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EINLEITUNG
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Die Offenbarung betrifft ein Frontscheibenanzeigesystem und eine Vorrichtung. Bei einer Frontscheibenanzeige oder HUD (Head-Up-Display) handelt es sich um eine transparente Anzeige, die dem Bediener eines Gerätes, wie z. B. eines Fahrzeugs oder einer Komponente, Daten anzeigt, ohne dass der Bediener vom Blickfeld wegsehen muss. Ein HUD kann dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs beispielsweise Geschwindigkeitsdaten, Tachometerdaten, Tankdaten und/oder Navigationsdaten anzeigen, während der Fahrer geradeaus durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs blickt. Gleichermaßen kann ein HUD dem Piloten eines Flugzeugs Höhendaten, Fluggeschwindigkeitsdaten, Kursdaten und/oder eine Horizontlinie anzeigen, während der Pilot geradeaus durch die Frontscheibe oder das Kabinendach des Flugzeugs blickt. Gleichermaßen kann ein HUD dem Tragenden eines Helms, eines Visiers, einer Schutzbrille oder Brille Bilder und/oder Text durch ein Objektiv des Helms, des Visiers, der Schutzbrille, oder Brille anzeigen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Frontscheibenanzeigesystem beinhaltet ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Flüssigkristallanzeige, die zum Emittieren eines ersten Lichtstrahls konfiguriert ist sowie einen neben der Flüssigkristallanzeige im Gehäuse angeordneten Reflektorstapel. Der Reflektorstapel ist so konfiguriert, dass dieser den ersten Lichtstrahl durchlässt und beinhaltet eine Verzögerungsplatte und einen optischen Film. Die optische Schicht ist auf der Verzögerungsplatte angeordnet und der Flüssigkristallanzeige zugewendet. Das Frontscheibenanzeigesystem beinhaltet auch eine an dem Gehäuse angeordnete Strahlungswärmesenke und einen Umlenkspiegel, der von dem Reflektorstapel beabstandet ist. Der Umlenkspiegel ist derart zum Leiten eines ersten Sonnenstrahls zum Reflektorstapel konfiguriert, dass der erste Sonnenstrahl von dem Reflektorstapel zu der Strahlungswärmesenke als ein zweiter Sonnenstrahl reflektiert wird.
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Gemäß einem Aspekt grenzt die optische Schicht an die Flüssigkristallanzeige an, sodass die Flüssigkristallanzeige und der Reflektorstapel keinen Luftspalt zwischen diesen aufweisen. Die optische Schicht kann eine reflektierende Polarisatorschicht sein.
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Vorteilhafterweise kann die Strahlungswärmesenke den zweiten Sonnenstrahl derart absorbieren, dass der Umlenkspiegel nur den ersten Sonnenstrahl und den ersten Lichtstrahl reflektiert. Das heißt, der zweite Sonnenstrahl kann nicht vom Umlenkspiegel reflektiert werden. Die Strahlungswärmesenke kann aus einer Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhrchen gebildet werden, die sich jeweils von dem Gehäuse erstrecken und parallel zueinander ausgerichtet sind.
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In einer Ausführungsform ist der Reflektorstapel von der Flüssigkristallanzeige beabstandet, um einen Luftspalt zwischen diesen zu bilden, und ein Sperrmaterial ist im Luftspalt angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Umlenkspiegel von dem Reflektorstapel beabstandet und derart zum Leiten eines ersten Sonnenstrahls zum Reflektorstapel konfiguriert, dass der erste Sonnenstrahl von dem Reflektorstapel zu der Strahlungswärmesenke als ein zweiter Sonnenstrahl reflektiert wird. Der Umlenkspiegel ist auch zum Leiten eines dritten Sonnenstrahls durch den Reflektorstapel zum Sperrmaterial konfiguriert, sodass der dritte Sonnenstrahl von dem Sperrmaterial zu der Strahlungswärmesenke als ein vierter Sonnenstrahl reflektiert wird.
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Gemäß einem Aspekt kann die optische Schicht eine reflektierende Polarisatorschicht sein. Gemäß einem anderen Aspekt kann die optische Schicht ein linearer Polarisator sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Sperrmaterial ein Indexentsprechungs (Index-Matching)-Gel sein. Zusätzlich kann die Flüssigkristallanzeige eine erste Oberfläche aufweisen, die dem Reflektorstapel zugewendet und zum Emittieren des ersten Lichtstrahls konfiguriert ist. Das Sperrmaterial kann auf der ersten Oberfläche und der optischen Schicht angeordnet sein.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt kann das Sperrmaterial eine gehärtete Schicht sein, die von einer Antireflexionsbeschichtungszusammensetzung gebildet wird. Die gehärtete Schicht kann eine Dicke von 35 µm bis 65 µm und eine Mottenaugenstruktur aufweisen, die eine Vielzahl von Spitzen und eine Vielzahl von Mulden aufweist, die zwischen benachbarten der Vielzahl von Spitzen angeordnet sind. Die gehärtete Schicht kann zum Minimieren der Reflexion des ersten Lichtstrahls von der ersten Oberfläche konfiguriert sein und kann eine Doppelreflexion des ersten Sonnenstrahls eliminieren.
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Eine Vorrichtung beinhaltet eine Windschutzscheibe, eine von der Windschutzscheibe beabstandete Bedienersichtzone und ein Frontscheibenanzeigesystem zum Erzeugen nur eines Primärbildes, das auf der Windschutzscheibe sichtbar ist, wenn dieses von der Bedienersichtzone aus betrachtet wird, ohne einen Geisterbildversatz von dem Primärbild zu erzeugen. Das Frontscheibenanzeigesystem beinhaltet ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Flüssigkristallanzeige, die zum Emittieren eines ersten Lichtstrahls konfiguriert ist sowie einen neben der Flüssigkristallanzeige im Gehäuse angeordneten Reflektorstapel. Der Reflektorstapel ist so konfiguriert, dass dieser den ersten Lichtstrahl durchlässt und eine Verzögerungsplatte und eine optische Schicht beinhaltet, die auf der Verzögerungsplatte angeordnet und der Flüssigkristallanzeige zugewendet ist. Das Frontscheibenanzeigesystem beinhaltet auch eine an dem Gehäuse angeordnete Strahlungswärmesenke und einen Umlenkspiegel, der von dem Reflektorstapel beabstandet ist. Der Umlenkspiegel ist derart zum Leiten eines ersten Sonnenstrahls zum Reflektorstapel konfiguriert, dass der erste Sonnenstrahl von dem Reflektorstapel zu der Strahlungswärmesenke als ein zweiter Sonnenstrahl reflektiert wird.
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Gemäß einem Aspekt kann der zweite Sonnenstrahl nicht von dem Umlenkspiegel reflektiert werden, und der zweite Sonnenstrahl kann nicht von der Strahlungswärmesenke in die Bedienersichtzone reflektiert werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann die Vorrichtung eine unterste Oberfläche besitzen, und die Bedienersichtzone kann eine Oberseite und eine Unterseite aufweisen, die zwischen der oberen und der untersten Oberfläche angeordnet sind. Der zweite Sonnenstrahl ist möglicherweise auf der Windschutzscheibe nicht sichtbar, wenn diese von der Oberseite der Bedienersichtzone aus betrachtet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann die optische Schicht so an der Flüssigkristallanzeige anliegen, dass die Flüssigkristallanzeige und der Reflektorstapel keinen Luftspalt zwischen diesen aufweisen. Gemäß einem noch weiteren Aspekt kann der Reflektorstapel von der Flüssigkristallanzeige beabstandet sein, um zwischen diesen einen Luftspalt zu bilden. Das Frontscheibenanzeigesystem kann ferner ein im Luftspalt angeordnetes Sperrmaterial enthalten.
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Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Vorrichtung einschließlich eines Frontscheibenanzeigesystems.
- 2 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Flüssigkristallanzeige, eines Reflektorstapels und eines Umlenkspiegels des Frontscheibenanzeigesystems von 1.
- 3 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Flüssigkristallanzeige, eines Reflektorstapels und eines Umlenkspiegels des Frontscheibenanzeigesystems der 1 und 2.
- 4 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Flüssigkristallanzeige, eines Reflektorstapels und eines Umlenkspiegels des Frontscheibenanzeigesystems von 3.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Elemente beziehen, ist in den 1 bis 3 im Allgemeinen ein Frontscheibenanzeigesystem 10 für eine Vorrichtung 12 dargestellt. Das Frontscheibenanzeigesystem 10 kann hilfreich dabei sein, dem Bediener 16 der Vorrichtung 12 Daten wie z. B. ein Primärbild 14 anzuzeigen, ohne dass der Bediener 16 vom Blickfeld wegsehen muss. Es kann sich bei der Vorrichtung 12 beispielsweise um ein Fahrzeug, wie z. B. ein Kraftfahrzeug oder ein Flugzeug, oder um eine Komponente, wie z. B. einen Helm oder eine Brille, handeln. Durch das Frontscheibenanzeigesystem 10 kann das Primärbild 14 durch ein transparentes Element, wie z. B. eine Windschutzscheibe 18 (1), eine Cockpitüberdachung (nicht dargestellt), die Sonnenblende eines Helms (nicht dargestellt) oder eine Brillenlinse (nicht dargestellt) projiziert werden und kann die Sonneneinstrahlung auf das Frontscheibenanzeigesystem 10 wirksam handhaben. Das Frontscheibenanzeigesystem 10 zeigt helle, scharfe und klare Bilder 14 an, die im Wesentlichen frei von sichtbaren Geisterbildern sind. Das heißt und obwohl nicht gezeigt, dass Geisterbilder in der Regel dann auftreten, wenn ein Geisterbild, d. h. ein Sekundärbild, das eine ähnliche Form wie das Primärbild 14 aufweist, jedoch diesem gegenüber versetzt oder leicht verschoben ist, für den Bediener 16 sichtbar ist. Geisterbilder erscheinen beispielsweise oft leicht unter- oder oberhalb des Primärbildes 14. Jedoch ist jedes Geisterbild des vorliegenden Frontscheibenanzeigesystems 10 unauffällig oder wird unterdrückt, sodass das Frontscheibenanzeigesystem 10 ein klares Primärbild 14 zeigt, während dieses gleichzeitig die Wärmeenergie des Sonnenlichtes ableitet, damit das Frontscheibenanzeigesystem 10 während des Einsatzes nicht überhitzt. Ferner vermeidet das Frontscheibenanzeigesystem 10 das Einfangen und Reflektieren von Wärmestrahlung der Sonne in die Augen des Bedieners 16.
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Wie hierin zur Verdeutlichung verwendet, ist das Geisterbild von einem Windschutzscheibengeisterbild (nicht dargestellt) zu unterscheiden. D. h., dass das Windschutzscheibengeisterbild durch Reflektion des Primärbildes 14 von der Außenfläche einer Windschutzscheibe 18 verursacht werden kann und durch, beispielsweise, Laminieren eines keilförmigen Elementes zwischen den Innen- und Außenschichten der Windschutzscheibe beseitigt werden kann. Das hier erläuterte Geisterbild würde ansonsten von der Sonneneinstrahlung, z. B. einem ersten Sonnenstrahl 20 (1), stammen, der während des Betriebs das Frontscheibenanzeigesystem 10 erreicht, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
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Bei erneuter Betrachtung der 1 ist festzustellen, dass es sich bei der Vorrichtung 12 in einer Ausführungsform um ein Kraftfahrzeug, wie z. B. einen Personen- oder Lastkraftwagen handeln kann. Alternativ kann es sich bei der Vorrichtung 12 um eine andere Fahrzeugart, wie z. B. ein Industriefahrzeug, ein Geländefahrzeug, ein Motorrad und dergleichen, handeln. Die Vorrichtung 12 beinhaltet die Windschutzscheibe 18, die, während die Vorrichtung 12 in Bewegung bzw. Verwendung ist, den Bediener 16 ggf. vor Schmutz und/oder Feuchtigkeit schützt. Die Windschutzscheibe 18 kann aus einer Vielzahl zusammenlaminierter Schichten (nicht dargestellt) gebildet sein. Zudem kann die Windschutzscheibe 18 als Trennwand zwischen einer inneren Fahrgastzelle 22 der Vorrichtung 12 und einer äußeren Umgebung 24, in der die Vorrichtung 12 betrieben wird, dienen. Alternativ kann es sich bei der Windschutzscheibe 18 in Anwendungen, die nicht für Kraftfahrzeuge bestimmt sind, um die Sonnenblende eines Helms, das Objektiv einer Brille oder Schutzbrille und dergleichen handeln. Unabhängig davon kann die Vorrichtung 12 eine unterste Oberfläche 26 aufweisen, und die Windschutzscheibe 18 kann von der untersten Oberfläche 26 beabstandet sein.
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Wie unter weiterer Bezugnahme auf 1 beschrieben, beinhaltet die Vorrichtung 12 zudem eine von der Windschutzscheibe 18 beabstandete Bedienersichtzone 28. Die Bedienersichtzone 28 kann im Allgemeinen einem Bereich entsprechen, in welchem sich ein Kopf 30 des Bedieners 16 ggf. bewegt, während der Bediener 16 durch die Windschutzscheibe 18 sieht. Das heißt, dass die Bedienersichtzone 28 einer Box entspricht, die sich unmittelbar vor dem Bediener 16 befindet, durch die der Bediener 16 das vom Frontscheibenanzeigesystem 10 angezeigte Primärbild 14 sehen kann, ohne dabei seinen Kopf mehr als etwa 20° nach oben, unten, links, und/oder rechts drehen oder neigen zu müssen. Die Bedienersichtzone 28 weist eine Oberseite 32 und eine Unterseite 34 zwischen der oberen 32 und der untersten Oberfläche 26 der Vorrichtung 12 auf.
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Bei einer erneuten Betrachtung der 1, ist festzustellen, dass die Vorrichtung 12 des Weiteren das Frontscheibenanzeigesystem 10 beinhaltet. Das Frontscheibenanzeigesystem 10 dient zur Erzeugung des Primärbildes 14, welches von der Bedienersichtzone 28 aus an der Windschutzscheibe 18, ohne Erzeugung eines vom Primärbild 14 versetzten Geisterbildes (nicht dargestellt), sichtbar ist.
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Wie insbesondere mit Bezug auf 1 beschrieben, beinhaltet das Frontscheibenanzeigesystem 10 einen Projektor 36 zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls 38. Bei dem ersten Lichtstrahl 38 handelt es sich ggf. um polarisiertes Licht. Der erste Lichtstrahl 38 kann einen s-Polarisierungszustand oder einen p-Polarisierungszustand aufweisen. Bei dem Projektor 36 kann es sich um eine beliebige geeignete Lichtquelle handeln, die den ersten Lichtstrahl 38 aussendet. Der Projektor 36 kann beispielsweise eine optische Technik zum Fokussieren, Vergrößern, Brechen und/oder Reflektieren von Licht enthalten und ggf. ein oder mehrere Blendenöffnungen (nicht dargestellt) definieren. In einem nicht beschränkenden Beispiel sendet der Projektor 36 den ersten Lichtstrahl 38 von einer Leuchtdiode aus.
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Wie unter erneuter Bezugnahme auf 1 gezeigt, kann das Frontscheibenanzeigesystem 10 auch eine Linse 40 aufweisen, die dazu konfiguriert ist, den ersten Lichtstrahl 38 auf die Windschutzscheibe 18 zu reflektieren. In einer Ausführungsform kann das Objektiv 40 als ein Kombinator gekennzeichnet sein und sich zwischen dem Bediener 16 und der Windschutzscheibe 18 befinden. Das Objektiv 40 kann den ersten vom Projektor 36 projizierten Lichtstrahl 38 so umleiten oder brechen, dass für den Bediener 16 durch die Windschutzscheibe 18 sowohl ein Sichtfeld als auch das Primärbild 14 gleichzeitig sichtbar sind.
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Das Objektiv 40 kann aus einem transparenten dielektrischen Material gebildet sein und eine entsprechend einer gewünschten Anwendung des Frontscheibenanzeigensystems 10 geeignete Stärke aufweisen. Genauer gesagt kann das transparente dielektrische Material bei einer Wellenlänge von 588 nm einen Brechungsindex von 1,45 bis 1,6 aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Objektiv 40 aus Polymethylmethacrylat gebildet sein und einen Brechungsindex von 1,493 aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Objektiv 40 aus Polycarbonat gebildet sein und einen Brechungsindex von 1,589 aufweisen.
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Wie am besten in 1 gezeigt wird, weist das Frontscheibenanzeigesystem 10 auch ein Gehäuse 42 auf. Das Gehäuse 42 kann beispielsweise aus einem haltbaren Kunststoff hergestellt werden und verschiedene Komponenten des Frontscheibenanzeigesystems 10 einschließen und schützen.
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Wie unter Bezugnahme auf die 2 und 3 gezeigt, beinhaltet das Frontscheibenanzeigesystem 10 auch eine Flüssigkristallanzeige 44, die im Gehäuse 42 angeordnet und zum Emittieren des ersten Lichtstrahls 38 konfiguriert ist. Obwohl nicht gezeigt, kann die Flüssigkristallanzeige 44 eine Lichtquelle wie etwa eine Weißlicht emittierende Diode beinhalten. Die Flüssigkristallanzeige 44 kann die Lichtquelle optisch modulieren und den ersten Lichtstrahl 38 emittieren, der für den Bediener 16 in Form eines Textes, Diagramms, Objektes, eines Umrisses und dergleichen sichtbar sein kann. Zum Beispiel kann der erste Lichtstrahl 38 für den Bediener 16 als Fahrgeschwindigkeit, Fahrtrichtungsanzeige, Umgebungstemperaturdaten und dergleichen sichtbar sein.
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Die Flüssigkristallanzeige 44 kann eine Passivmatrix-Anzeigenanordnung oder eine Aktivmatrix-Anzeigenanordnung, d. h., eine Dünnschichttransistor-Anzeigenanordnung, enthalten. Die Passivmatrix-Anzeigenanordnung kann ein Gitter von Leitern aus einer Vielzahl einzelner Pixel beinhalten, die an jedem Kreuzungspunkt des Gitters angeordnet sind. Ein elektrischer Strom kann über beliebige zwei Leiter fließen, um die Funktion und das Licht irgendeines einzelnen Pixels zu steuern. Alternativ kann die Aktivmatrix-Anzeigenanordnung einen Transistor an jedem Kreuzungspunkt beinhalten. Während des Betriebs kann die Flüssigkristallanzeige 44 den ersten Lichtstrahl 38 in Richtung eines Umlenkspiegels 46 emittieren, wie nachstehend ausführlicher dargelegt wird.
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Wie unter erneuter Bezugnahme auf die 2 und 3 gezeigt, beinhaltet das Frontscheibenanzeigesystem 10 auch einen Reflektorstapel 48, der benachbart zu der Flüssigkristallanzeige 44 innerhalb des Gehäuses 42 angeordnet ist. So kann beispielsweise der Reflektorstapel 48 an der Flüssigkristallanzeige 44 anliegen, sodass die Flüssigkristallanzeige 44 und der Reflektorstapel 48 zwischen diesen keinen Luftspalt 50 bilden, wie in 2 gezeigt. Alternativ kann der Reflektorstapel 48 von der Flüssigkristallanzeige beabstandet sein, um zwischen diesen einen Luftspalt 50 zu bilden, wie in 3 darstellt.
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Der Reflektorstapel 48 ist so konfiguriert, dass dieser den ersten Lichtstrahl 38, der von der Flüssigkristallanzeige 44 emittiert wird, durchlässt. Der Reflektorstapel 48 beinhaltet eine Verzögerungsplatte 52 und eine optische Schicht 54. Die optische Schicht 54 ist auf der Verzögerungsplatte 52 angeordnet und der Flüssigkristallanzeige 44 zugewendet. Die Verzögerungsplatte 52 kann aus einem optisch transparenten Material geformt werden und den ersten Lichtstrahl 38 in zwei orthogonale Komponenten (nicht gezeigt) auflösen, kann eine Phase einer orthogonalen Komponente relativ zu der anderen verzögern und dann die orthogonalen Komponenten in einen einzelnen Lichtstrahl 38 mit veränderten Polarisationseigenschaften rekombinieren.
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Der Reflektorstapel 48 beinhaltet ferner die optische Schicht 54, die auf der Verzögerungsplatte 52 gegenüber der Flüssigkristallanzeige 44 angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die optische Schicht 54 eine reflektierende Polarisatorschicht sein, wie die optische Schicht 54, die im Handel unter dem Handelsnamen Vikuiti™ Dual Brightness Enhancement Film von 3M aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich ist. Die optische Schicht 54 kann die Helligkeit des Primärbildes 14 erhöhen und eine Polarisation des ersten Lichtstrahls 38 durch Trennen der Polarisationszustände, d. h., des s-Polarisationszustands und des p-Polarisationszustands, des ersten Lichtstrahls 38 ohne Absorption vornehmen. Das heißt, die optische Schicht 54 kann einen Polarisationszustand, beispielsweise den s-Polarisationszustand, reflektieren, anstatt diesen zu absorbieren, wenn der erste Lichtstrahl 38 durch die optische Schicht 54 übertragen wird. Somit kann die optische Schicht 54 eine thermische Belastung des Frontscheibenanzeigesystems 10 minimieren. Anders ausgedrückt, anstatt die Verzögerungsplatte 52 an einer absorbierenden Polarisatorplatte oder einem absorbierenden Polarisatormaterial (nicht gezeigt) zu befestigen, kann der Reflektorstapel 48 einen reflektierenden Polarisator, d. h., die optische Schicht 54, enthalten.
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Wie am besten in 2 gezeigt, kann die optische Schicht 54 auch ermöglichen, dass der Reflektorstapel 48 an der Flüssigkristallanzeige 44 angrenzt, an diese laminiert oder auf andere Weise an dieser befestigt wird, sodass der Luftspalt 50 zwischen dem Reflektorstapel 48 und der Flüssigkristallanzeige 44 eliminiert oder minimiert wird. Die Eliminierung des Luftspaltes 50 kann ferner das Vorhandensein des Geisterbildes (nicht gezeigt) verringern und stattdessen die Luminanz des Primärbildes 14 erhöhen, sodass das Frontscheibenanzeigesystem 10 nur ein scharfes, helles und klares Primärbild 14 präsentiert, das frei von einem Geisterbild ist.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2, da der Reflektorstapel 48 jedoch konfiguriert ist, um den ersten Sonnenstrahl 20 von dem Reflektorstapel 48 als einen zweiten Sonnenstrahl 56 zu reflektieren, anstatt diesen zu absorbieren, d. h., als unerwünschtes Streusonnenlicht, besitzt das Frontscheibenanzeigesystem 10 ebenfalls eine Strahlungswärmesenke 58, die sich an dem Gehäuse 42 befindet. Die Strahlungswärmesenke 58 kann konfiguriert sein, um sichtbare optische Energie von der Sonne, d. h., den unerwünschten, von dem Reflektorstapel 48 reflektierten zweiten Sonnenstrahl 56 oder das Streulicht, zu absorbieren. Somit kann die Beseitigung des Luftspaltes 50 keine thermische Überlastung oder Überhitzung des Frontscheibenanzeigesystems 10 verursachen, da der zweite Sonnenstrahl 56 durch eine Strahlungswärmesenke 58 absorbiert werden kann, anstatt diesen erneut zu reflektieren oder zur Bedienersichtzone 28 zu senden.
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Die Strahlungswärmesenke 58 kann eine Beschichtung sein, die auf mindestens einem Teil des Gehäuses 42 in der Nähe des Reflektorstapels 48 innerhalb des Gehäuses 42 angeordnet ist und diesen abdeckt. Somit kann die Strahlungswärmesenke 58 aus einem energieabsorbierenden Material wie etwa nanostrukturiertem Graphen oder ausgerichteten mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet werden. In einer Ausführungsform kann die Strahlungswärmesenke 58 aus einer Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet werden, die sich jeweils von dem Gehäuse 42 erstrecken und parallel zueinander ausgerichtet sind. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer geeigneten Strahlungswärmesenke 58 ist im Handel unter dem Handelsnamen Vantablack® von Surrey NanoSystems aus New Haven, GB, erhältlich.
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Wenn der zweite Sonnenstrahl 56 die Strahlungswärmesenke 58 kontaktiert, kann die Strahlungswärmesenke 58 die thermische Belastung absorbieren und ein kühles Gehäuse 42 selbst während klarer, sonniger Betriebszustände aufrechterhalten. Insbesondere kann der zweite Sonnenstrahl 56 während des Betriebs des Frontscheibenanzeigesystems 10 nicht von der Strahlungswärmesenke 58 in die Bedienersichtzone 28 reflektiert werden. Das heißt, wie am besten in 1 gezeigt wird, kann der zweite Sonnenstrahl 56 an der Windschutzscheibe 18 nicht sichtbar sein, wenn von der Oberseite 32 der Bedienersichtzone 28 aus betrachtet. Daher kann das Geisterbild (nicht gezeigt), das ansonsten durch Streusonnenlicht, wie etwa dem zweiten Sonnenstrahl 56, verursacht wird, nicht in der Nähe des Primärbildes 14 vorhanden sein. Somit kann die Strahlungswärmesenke 58 als ein thermischer Manager des Streulichtes für das Frontscheibenanzeigesystem 10 charakterisiert werden und kann zum klaren, hellen und klaren Primärbild 14 beitragen, das frei von einem Geisterbild ist. Das heißt, die Strahlungswärmesenke 58 kann das Streulicht reflektierter Sonnenenergie steuern.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2, das Frontscheibenanzeigesystem 10 beinhaltet ferner einen Umlenkspiegel 46, der von dem Reflektorstapel 48 beabstandet ist. Der Umlenkspiegel 46 kann aus einem reflektierenden Material, wie beispielsweise Glas oder Metall, gebildet sein, und das, wie am besten in 1 gezeigt ist, den ersten Lichtstrahl 38, der von der Flüssigkristallanzeige 44 emittiert wird, in Richtung der Linse 40 zur letztendlichen Anzeige in der Bedienersichtzone 28 umleitet. Zusätzlich kann der Umlenkspiegel 46 den ersten Sonnenstrahl 20 steuern und umleiten. Insbesondere kann der Umlenkspiegel 46 zum Leiten des ersten Sonnenstrahls 20 zum Reflektorstapel 48 konfiguriert sein, sodass der erste Sonnenstrahl 20 von dem Reflektorstapel 48 zu der Strahlungswärmesenke 58 als zweiter Sonnenstrahl 56 reflektiert wird. Vorteilhafterweise kann die Strahlungswärmesenke 58 den zweiten Sonnenstrahl 56 derart absorbieren, dass der Umlenkspiegel 46 nur den ersten Sonnenstrahl 20 und den ersten Lichtstrahl 38 reflektiert.
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Das heißt, der zweite Sonnenstrahl 56 kann nicht von dem Umlenkspiegel 46 reflektiert werden, sodass dieser in die Bedienersichtzone 28 umgeleitet wird. Vielmehr kann der zweite Sonnenstrahl 56 zu der Strahlungswärmesenke 58 zur Absorption gelenkt werden, während der Umlenkspiegel 46 den ersten Lichtstrahl 38 in die Bedienersichtzone 28 reflektiert, um dadurch das Primärbild 14 zu bilden, das frei von jedem durch Streusonnenlicht verursachten Geisterbild ist.
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Bezugnehmend auf 3 ist in einer anderen Ausführungsform der Reflektorstapel 48 von der Flüssigkristallanzeige 44 beabstandet, um den Luftspalt 50 zu definieren, wie vorstehend dargelegt. Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform kann die optische Schicht 54 die vorstehend beschriebene reflektierende Polarisatorschicht sein. Gemäß einem anderen Aspekt dieser Ausführungsform kann die optische Schicht 54 ein linearer Polarisator sein, der konfiguriert ist, den ersten Sonnenstrahl 20 und den ersten Lichtstrahl 38 linear zu polarisieren. Das heißt, die optische Schicht 54 kann ein Austrittspolarisator sein, der einen Teil des Lichtes 20, 38 blockieren kann, sodass das Licht 20, 38 nur in einer Ebene in Bezug auf eine Ausbreitungsrichtung schwingen kann, was ebenfalls das im Gehäuse 42 vorhandene Blendlicht oder Streusonnenlicht reduzieren kann.
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Ferner enthält in dieser Ausführungsform das Frontscheibenanzeigesystem 10 auch ein im Luftspalt 50 angeordnetes Sperrmaterial 60. Das Sperrmaterial 60 kann ausgewählt werden, um einen Teil der Sonneneinstrahlung, die vorhanden ist, wenn der erste Sonnenstrahl 20 durch den Reflektorstapel 48 hindurchgeht, zu sperren oder zu unterdrücken. Das heißt, wenn der Umlenkspiegel 46 den ersten Sonnenstrahl 20 zum Reflektorstapel 48 hin reflektiert, kann der zweite Sonnenstrahl 56 von der Verzögerungsplatte 52 zu der Strahlungswärmesenke 58 hin reflektiert werden, wie vorstehend dargelegt, und ein dritter Sonnenstrahl 62 breitet sich durch den Reflektorstapel 48 zu der Flüssigkristallanzeige 44 hin aus, wie nachstehend ausführlicher dargelegt wird. Das Sperrmaterial 60 kann eine zusätzliche Rückreflexion und Ausbreitung des dritten Sonnenstrahls 62 innerhalb des Luftspaltes 50 minimieren.
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Genauer gesagt kann das Sperrmaterial 60 auf der Flüssigkristallanzeige 44 und/oder auf der optischen Schicht 54 angeordnet sein. So kann beispielsweise, wie in 3 gezeigt, die Flüssigkristallanzeige 44 eine erste Oberfläche 64 aufweisen, die dem Reflektorstapel 48 zugewendet und zum Emittieren des ersten Lichtstrahls 38 konfiguriert ist. Das Sperrmaterial 60 kann auf der ersten Oberfläche 64 und der optischen Schicht 54 angeordnet werden.
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Das Sperrmaterial 60 kann eine gehärtete Schicht 160 sein, die von einer Antireflexionsbeschichtungszusammensetzung gebildet wird. Die ausgehärtete Schicht 160 kann sich in geeigneter Weise auf der ersten Oberfläche 64 befinden. Die Antireflexionsbeschichtung kann beispielsweise auf die erste Oberfläche 64 aufgesprüht oder aufgewalzt und anschließend zur Bildung der ausgehärteten Schicht 160 eingebrannt sein. Die ausgehärtete Schicht 160 kann eine Dicke 66 (3) von 35 µm bis 65 µm, also beispielsweise 40 µm bis 55 µm oder 50 µm aufweisen.
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Wie in einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 4 beschrieben, weist die ausgehärtete Schicht 160 ggf. eine Mottenaugenstruktur 68 auf, die eine Vielzahl von Spitzen 70 und eine Vielzahl von Mulden 72 zwischen einer benachbarten Vielzahl von Spitzen 70 beinhaltet. Das heißt, dass die Mottenaugenstruktur 68 die Struktur eines Mottenauges ggf. imitiert und den Reflexionsgrad des dritten Sonnenstrahls 62 (3) stören und verringern kann. Die Mottenaugenstruktur 68 kann durch ein Wälzprägeverfahren gebildet sein, bis die ausgehärtete Schicht 160 reproduzierbar und beständig ist. Die Mottenaugenstruktur 68 kann beispielsweise unter Verwendung eines Originalwerkzeugs in ein Fotopolymer geprägt sein. Von daher können Herstellungsverfahren der Mottenaugenstruktur 68 vergleichsweise beständiger sein als Verfahren, wie z. B. die Sputterbeschichtung, die physikalische Gasphasenabscheidung und die chemische Gasphasenabscheidung.
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Die Antireflexbeschichtung kann als 1-%-Antireflexbeschichtung charakterisiert werden, sodass die ausgehärtete Schicht 160 nur 1 % des dritten Sonnenstrahls 62 von der ersten Oberfläche 64 reflektiert. Ein Beispiel einer geeigneten Antireflexionsbeschichtung ist im Handel von der Dexerials Corporation aus Tokio, Japan, erhältlich.
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Die gehärtete Schicht 160 kann auch Reflexion des ersten Lichtstrahls 38 und des dritten Sonnenstrahls 62 von der ersten Oberfläche 64 innerhalb des Luftspaltes 50 minimieren. Anders ausgedrückt, die gehärtete Schicht 160 kann zum Minimieren der Reflexion des ersten Lichtstrahls 38 von der ersten Oberfläche 64 konfiguriert sein, um dadurch die Aussendung des ersten Lichtstrahls 38 zum Umlenkspiegel 46 und in die Bedienersichtzone 28 zu maximieren. Daher kann die ausgehärtete Schicht 160 das Geisterbild verringern oder unterdrücken.
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Das heißt, bei Ausführungsformen mit Luftspalt 50 und Sperrmaterial 60 kann der Umlenkspiegel 46 derart zum Leiten a) des ersten Sonnenstrahls 20 zum Reflektorstapel 48 konfiguriert sein, dass der erste Sonnenstrahl 20 von dem Reflektorstapel 48 zu der Strahlungswärmesenke 58 als zweiter Sonnenstrahl 56 reflektiert wird. Der Umlenkspiegel 46 kann ebenfalls konfiguriert werden, um b) den dritten Sonnenstrahl 62 durch den Reflektorstapel 48 zum Sperrmaterial 60 zu leiten, sodass der dritte Sonnenstrahl 62 von dem Sperrmaterial 60 zu der Strahlungswärmesenke 58 als ein vierter Sonnenstrahl 74 reflektiert wird. Der dritte Sonnenstrahl 62 und der vierte Sonnenstrahl 74 können durch die Strahlungswärmesenke 58 absorbiert werden, sodass das Streusonnenlicht die Temperatur des Gehäuses 42 nicht erhöht.
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In noch einer anderen Ausführungsform kann das Sperrmaterial 60 ein Indexentsprechungs (Index-Matching)-Gel sein, das im Luftspalt 50 angeordnet ist und einen Kontakt der Flüssigkristallanzeige 44 und der optischen Schicht 54 erzeugt. Das Indexentsprechungs (Index-Matching)-Gel kann einen Brechungsindex aufweisen, der einem Brechungsindex der optischen Schicht 54, des Luftspaltes 50 und/oder der Flüssigkristallanzeige 44 nahe kommt. Das heißt, das Indexanpassungsgel kann innerhalb des Luftspaltes 50 angeordnet werden, sodass der dritte Sonnenstrahl 62 und der erste Lichtstrahl 38 jeweils ohne Reflexion oder Brechung durch das Indexanpassungsgel laufen können, um dadurch das Geisterbild zu unterdrücken. In einem anderen Beispiel kann das Sperrmaterial 60 ein Hochtemperaturlaminat sein, das aus einem optisch klaren Polyurethan-Klebstoff besteht.
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Daher wird während des Betriebs des Frontscheibenanzeigesystems 10 das Primärbild 14 durch die Windschutzscheibe 18 als ein klares, einzelnes, helles Bild mit erhöhter Luminanz dargestellt. Vorteilhafterweise ist das Geisterbild an der Windschutzscheibe 18 sogar unter Betriebsbedingungen, die eine hohe Sonneneinstrahlung oder thermische Belastung aufweisen, nicht sichtbar, wenn von der Oberseite 32 der Bedienersichtzone 28 aus betrachtet. Das heißt, das Frontscheibenanzeigesystem 10 präsentiert klare, singuläre, helle und scharfe Primärbilder 14 während des Betriebs und mindert die thermische Belastung und die von dem ersten Sonnenstrahl 20 verursachte Streulichtreflexion.
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Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.
