DE10350529A1 - Head-up Anzeigesystem - Google Patents

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DE10350529A1
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Alfred Nowak
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Nowak Consulting
NOWAK CONSULTING KLAGENFURT
Riebling Peter Dr-Ing
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Head-up-Anzeigesystem, bei dem ein flächiges und weitgehend transparentes Anti-Stokes und/oder UV-Element in einer Windschutzscheibe beziehungsweise in einem transparenten flächigen Anzeige-Element integriert ist und bei Bestrahlung mit NIR- und/oder UV-Strahlen eine für das menschliche Auge sichtbare Information erzeugt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein flächiges und weitgehend transparentes Anti-Stokes und/oder UV-aktivierbares Element für die Verwendung zur Anzeige oder Einblendung einer grafischen Information mittels unsichtbarer infraroter und/oder ultravioletter Strahlen und deren Umwandlung mittels eines Mehrphotonenprozesses in der Anti-Stokes- beziehungsweise Up-conversion beziehungsweise mittels eines Down-conversion Prozesses in der UV-aktivierbaren Beschichtung auf beziehungsweise in einem flächigen Element und dient der visuellen Sichtbarmachung der grafischen Information in heller sowie dunkler Umgebung auf beziehungsweise in einer Glasscheibe, insbesondere einer mehrlagigen Glasscheibe in Land-, Wasser oder Luftfahrzeugen.
  • Sogenannte Head-up Anzeigesysteme werden in Luft- und teilweise bereits Landfahrzeugen, Brillen und Helmvisieren verwendet.
  • Dabei werden halbspiegelnde bzw. teilreflektierende und diffraktive Schichtsysteme als auch Flüssigkristall-Systeme und dergleichen Anzeigesysteme verwendet.
  • In der EP 0 734 852 B1 wird eine Verbundglasscheibe für ein Automobil beschrieben, wobei zwischen zwei Glasscheiben ein Antireflexionsfilm, ein Zwischenfilm, ein die Polarisationsrichtung verändernder Film, ein lichtdurchlässiger Reflexionsfilm und ein Klebstoff angeordnet ist. Als die Polarisationsrichtung verändernder Film wird ein Flüssigkristall-Hochpolymer genannt. Durch ein entsprechendes Mittel wird Licht in einem polarisierten Zustand auf die erste Glasplatte des Verbundglases im Wesentlichen im Brewsterwinkel einfallen gelassen, wobei das Licht ein Bild ausbildet, das von einer Person zu beobachten ist.
  • In der US 6,327,089 B1 wird eine verbesserte transparente Laminatstruktur auf Basis eines optischen Rotationsfilmes für die Verwendung als Head-up Display in einem automobilen Fahrzeug beschrieben und kann derart in einem Windschutzscheibenglas eine projizierte Information beobachtet werden. Als optischer Rotationsfilm wird ein spezieller Flüssigkristall Polymer genannt.
  • In der EP 0 367 246 B1 wird ein Head-up Anzeigegerät zum Anzeigen eines Bildes auf einem Betrachtungsgerät beschrieben, wobei eine nichtlineare optische Vorrichtung in Form eines Beugungsgitters, insbesondere in Form eines Volumenhologramms, eine von einem Infrarot Laserstrahl emittierte Bildinformationen in sichtbare harmonische Lichtstrahlen umwandelt und streut und reflektiert.
  • In der US 6,262,848 B1 wird ein Head-up Display System auf Basis von mittels Infrarot-Strahlung gewonnener bildhafter Information beschrieben, die in eine sichtbare Information umgewandelt wird und mittels Reflektor im Bereich der Windschutzscheibe zum Betrachter reflektiert wird.
  • In der US 6,580,562 B2 wird ein verbessertes Head-up Display System auf Basis eines reflektierten Bildes im Bereich der Windschutzscheibe beschrieben.
  • Nachteil der vorgenannten Druckschriften ist, dass die Projektion der Information im sichtbaren Bereich erfolgt. Dies erschwert die Lesbarkeit der Information aus verschiedenen Blickwinkeln und kann mit einer Störung des Fahrzeugführers verbunden sein.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Projektion der Information relativ unabhängig vom Blickwinkel und ohne optische Störung des Fahrzeugführers vorzunehmen.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
  • Gegenüber dem Stand der Technik erfolgt in der vorliegenden Erfindung die Projektion einer Information und/oder eines Bildes mit nicht-sichtbarer NIR- und/oder UV-Strahlung und diese Information wird beispielsweise in der Windschutzscheibe beziehungsweise Teilbereichen mittels einer transluzenten Up-conversion und/oder Down-conversion Schicht in sichtbares Licht umgewandelt.
  • Dabei können unterschiedliche Emissionfarben bis zu Mischfarben erzeugt werden und es kann eine derartige Up- und/oder Down-conversion Schicht grafisch beziehungsweise elementweise auf einer Windschutzscheibe oder einem allgemeinen flächigen Anzeigeelement angeordnet werden.
  • Die erzeugte sichtbare Information ist weitgehend unabhängig von der Position der Betrachtung erkennbar, da die Erzeugung der sichtbaren Information weitgehend mit einer isotropen Emission erfolgt und derart auch vertikal oder horizontal weit auseinanderliegende Informationen gut erkennbar sind.
  • Erfindungsgemäß werden grafisch gestaltete Up- und/oder Down-conversion Elemente im Sicherheitsglasverbund einer Windschutzscheibe mit spezieller Anregungswellenlänge und spezieller Emissionswellenlänge wie bei heute üblichen Instrumentenanzeigesystemen (Dashboards), zum Beispiel rot als Warnsignalfarbe für Ölmangel oder Unterspannung oder einem Bremsproblem oder blau für das Fernlicht oder grün für Blinkersignale sehr einfach durch Beleuchtung mit einer entsprechenden NIR- und/oder UV-Lichtquelle, beispielsweise durch eine LED, verwendet.
  • Die Erfindung schlägt beispielsweise die Verwendung des Anti-Stokes Effektes vor, der auch als Up-conversion Effekte bezeichnet wird. Als bevorzugtes Anwendungsbeispiel wird vorgeschlagen, Thulium (Tm) aktiviertes und Ytterbium (Yb) kodotiertes Gadoliniumoxisulfid (Gd1–x- yYbxTmx)2O2S oder auch in anderer Schreibweise (Gd1–x–y)2O2S:YbxTmx zu verwenden.
  • Dabei wird im Falle des erfindungsgemäßen Gadoliniumoxisulfides Gd2O2S:YbTm festgehalten, dass sich die Anklingzeiten und/oder Abklingzeiten durch die Einstellung der Absorberkonzentration Ytterbium (Yb) und/oder der Emitterkonzentration Thulium (Tm) der elektromagnetischen Strahlung derart einstellen lassen, dass die Wechselwirkungen zwischen diesen Ionen bereits zu einer anteiligen Löschung der Anti-Stokes-Lumineszenz (Konzentrationslöschung) führen.
  • Weiters wurde festgestellt, dass anstelle Gadolinium zumindest anteilig auch Yttrium und/oder Lanthan und/oder Luthetium als Grundgitter- beziehungsweise Wirtsgitter- beziehungsweise Matrix-Bestandteile eingesetzt werden können.
  • Die Möglichkeit der Einstellung optimaler Ankling und/oder Abklingzeiten ist bei der Bestrahlung mit Infrarot Strahlung zur Herstellung einer visuell sichtbaren grafischen Information sehr wesentlich.
  • Ferner ist wesentlich, dass durch Wahl geeigneter UC-Pigmente und einer geeigneten NIR-Bestrahlung im Bereich von etwa 800 bis 1500 nm mehrfärbige sichtbare Informationen, insbesondere im Bereich rot, grün und blau dargestellt werden können.
  • Im Phosphor Handbook, Edited by Shigeo Shionoya und William M. Yeh, The CRC Press, ISBN No 0-8493-7560-6, 1999 werden im Kapitel 12.1 "Infrared up-conversion phosphors", pp643-650 sehr eingehend die Mechanismen und Anwendungen von Up-conversion Phosphoren beschrieben.
  • UC-Pigmente in den unterschiedlichsten Ausführungsformen sind von einer Reihe von Firmen erhältlich.
  • Honeywell Specialty Chemicals GmbH, vormals Riedel-deHaën, in Seelze, Deutschland bietet derartige Pigmente für die Sicherheitsdruckindustrie an, wobei übliche Anregungswellenlängen bei 900 bis 1100 nm liegen, insbesondere bei 980 nm und Emissionen im grünen bis blauen Bereich liegen und spezielle Pigmente im nicht-grünen Bereich emittierien (vergleiche RdH WO09839392A1 NON-GREEN ANTI-STOKES LUMINESCENT SUBSTANCE.).
  • Weiters bietet die Firma Luminophor JSC, 8, Kulakov ave., Stavropol 355000, Russia eine Reihe von Up-conversion Materialien an, die im NIR-Bereich 900 bis 1070 nm beziehungsweise 900 nm bis 980 nm und bis 1000 nm ein Anregungsmaximum aufweisen und im blauen, grünen und roten Wellenlängenbereich emittieren:
    Figure 00060001
  • Weitere Up-conversion Pigmente sind beispielhaft von der Firma Shanghai Kerune Phosphor Technology Co., Ltd., China, unter den Bezeichnungen H718 (rot), H827 (blau) und H925 (grün) und weiteren Varianten erhältlich.
  • Kristalline feine UC-Pigmente mit Pigmentabmessungen im Bereich 1 bis 50 μm sind von einer Reihe von weiteren Firmen erhältlich. Der Konversionswirkungsgrad wird bei Verwendung einer NIR-Anregungswellenlänge im Bereich 980 nm und der Emission im grünen Wellenlängenbereich, also im Bereich 540 bis 560 nm, bei Fluoride Gläsern mit Er3+ und Yb3+ Ionen mit bis zu 4% angegeben (Phosphor Handbook, Edited by Shigeo Shionoya und William M. Yeh, The CRC Press, ISBN No 0-8493-7560-6, 1999, p649).
  • Neben der Verwendung von Up-conversion (UC) Pigmenten beziehungsweise Schichten können auch Down-conversion (DC) Pigmente beziehungsweise Schichten verwendet werden.
  • Im Gegensatz zu den Up-conversion Effekten sind die Down-conversion Effekte üblicherweise Einphotonenprozesse mit einem entsprechend höheren Wirkungsgrad. Durch die Verfügbarkeit von UV-LED's bis in den Bereich von etwa 350 nm ist eine kostengünstige Anregungsquelle möglich, die auch gepulst mit langer Lebensdauer betrieben werden kann. Unterhalb dieser weichen UV-Strahlung wäre zwar die Anregung teilweise noch effizienter und könnten noch weitere Farbeffekte verwendet werden, allerdings besteht hierbei die Gefahr der Ozonbildung und stellen derartige Strahlen für das menschliche Auge und die Haut eine Gefahrenquelle dar.
  • Handelsübliche UV-Dioden emittieren mit einem Maximum bei etwa 360 bis 400 nm. Um den sichtbaren Blauanteil nicht störend hoch zu halten, können entsprechende Filter bei etw 420 nm oder bei 390 bis 400 nm verwendet werden. Die Richtungscharakteristika kann auf den jeweiligen Anwendungsfall abgstimmt werden. Oftmals werden mehrere UV-LED Elemente in ein Gehäuse montiert und kann derart die Leistung wesentlich erhöht werden.
  • Grundsätzlich können jedoch auch Weißlichtstrahler mit hohem UV-Anteil und einem entsprechenden Filter für das sichtbare Licht verwendet werden. Dies gilt ebenso für die Anregung von Up-conversion Elementen.
  • Erfindungsgemäß können auch Up- und Down-conversion Elemente und derart eine NIR- und UV-Bestrahlung verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Verwendung von feinen kristallinen UC- und/oder DC-Pigmenten zur Herstellung flächiger und weitgehend transparenter beziehungsweise transluzenter Elemente auf transparenten Substraten, insbesondere auf Glassubstraten und hier vor allem im Innenbereich eines Sicherheitsglasaufbaues.
  • UV-aktivierbare Elemente können anorganischer als auch organischer Natur sein. Im Bereich der Farbe Blau kann beispielsweise Titandioxid (Rutil, Anatas) verwendet werden, wobei hier kein direkter Down-Conversion Prozess gegeben ist, sondern lediglich im sichtbaren blauen zu ultravioletten Wellenlängenbereich ein derartiges UV Element angestrahlt wird, also im Bereich 350 nm bis 400 nm und 420 nm. UV aktivierbare Elemente auf Basis Titandioxid und dergleichen Pigmenten können sehr feinkörnig und transparent ausgebildet werden und reflektieren bei Bestrahlung mit UV-Licht ein deutliches Blau. Neben den anorganischen UV aktivierbaren Pigmenten beziehungsweise Schichten können auch organische Farbstoffe verwendet werden. Dabei ist von Vorteil, dass diese sehr transparent ausgeführt werden können, jedoch üblicherweise einen Schutz gegen harte UV-Strahlung benötigen. Da derartige UV-Elemente im Zwischenbereich zwischen den Sicherheitsverbundglasscheiben und/oder auf der Fahrzeuginnenseite angeordnet werden, kann ein Schutz gegen harte UV-Strahlung, also Strahlung unterhalb etwa 350 nm durch entsprechende Schichten kostengünstig realisiert werden.
  • Dies erfolgt mittels Siebdruckfarben oder Vorhanggießen oder Rakeln oder einem Transferelement, wobei die Bindemittel polymerer Natur sein können als auch aus Glasfritten und einem entsprechenden Flussmittel.
  • Windschutzscheiben werden üblicherweise aus laminiertem Sicherheitsglas gebildet und es können deshalb sehr einfach flächige UC- und/oder DC-Elemente integriert werden.
  • Bei Verwendung eines Vorhanggießvorganges oder eines Rakelvorganges sind üblicherweise vollflächige Beschichtungen machbar und bei Verwendung eines Siebdruckprozesses können beliebige kundenspezifische Gebilde und Mehrfachdrucke mit unterschiedlichen UC- und/oder DC-Systemen angebracht werden und es können auch unterschiedliche Anregungsfrequenzen und/oder unterschiedliche Emissionswellenlengängen genützt werden.
  • Bei Verwendung von Glasfritten als Bindemittel muß einerseits das Substrat für die entsprechenden Trocknungs-Temperaturen im Bereich von etwa 480 bis 700°C geeignet sein und natürlich auch das UC- und/oder DC-Pigment.
  • Als Beschichtungssubstrat kommen daher praktisch nur Glassubstrate in Frage, so wie sie bereits heute beim Stand der Technik für die Herstellung von Sicherheitsgläsern Verwendung finden und es können dann in speziellen Ausführungen polymere transparente Substrate, wie beispielsweise Polycarbonat, in einem Laminiervorgang sandwichartig miteinander verbunden werden.
  • Für eine Frontscheibe in einem Auto wird heute üblicherweise ein splitterbindendes Verbundsicherheitsglas (VSG) verwendet, das aus zwei Scheiben besteht, die mit einer hochwärmebeständigen Kunststoffolie, üblicherweise auf Basis Polyvinylbutyral (PVB), verklebt sind.
  • Ein flächiges und gegebenenfalls grafisch gestaltetes UC- und/oder DC-Element mit einem oder mehreren verschiedenen UC- und/oder DC-Pigmenten kann nunmehr in einen VSG Aufbau integriert werden.
  • Dabei kann je nach Temperaturbeständigkeit des jeweils verwendeten UC- und/oder DC-Pigmentes eine Glasfrittenmatrix bei entsprechend hohen Trocknungstemperaturen verwendet werden oder polymere transparente Bindemittel mit dispergierten UC- und/oder DC-Pigmenten, die dann bis zu etwa 200°C getrocknet oder eingebrannt werden.
  • Bei Verwendung von einem polymeren Bindemittelsystem kann auch die grafische Gestaltung der PVB-Folie erfolgen oder es kann eine PE oder PC Zwischenfolie bedruckt werden und dann zu einem VSG System gefertigt werden.
  • In einer weiteren Herstellvariante kann auch das flächige und gegebenenfalls grafisch gestaltete UC- und/oder DC-System mittels eines Transfervorganges direkt auf das Glas oder eine polymere Zwischenschicht gebracht werden, wobei Transfersysteme auf Frittenbasis als auch auf thermoplastischer Basis verwendet werden können.
  • Durch den Einbau des UC- und/oder DC-Systems in einen VSG Laminatverbund, sind sowohl die UC- und/oder DC-Pigmente als auch das jeweils verwendete Bindemittelsystem zusätzlich durch den Verbund gegen Umwelteinflüsse wie Wasserdampf, mechanische Beschädigung und dergleichen geschützt. Grundsätzlich kann auch ein UV-Schutz im Bereich kleiner 350 nm der UC- und/oder DC-Pigmente und/oder des Bindersystems eingebaut werden und wird dazu die äußere Glasscheibe zum Beispiel an der Innenseite mit einer entsprechenden Beschichtung versehen.
  • Neben der Verwendung von kristallinen feinkörnigen Up-conversion und/oder DC Pigmenten können auch nanoskalige UC- und/oder DC-Pigmente und/oder nanoskalige Agglomerate beziehunsgweise Aggregate verwendet werden und es können dabei Bindemittelsysteme und Applikationsverfahren wie bei feinkörnigen kristallinen UC- und/oder DC-Pigmenten eingesetzt werden.
  • Als Alternative zu feinkörnigen, kristallinen und nanoskaligen Pigmenten steht noch die Möglichkeit der vakuumtechnischen Aufbringung dünner UC- und/oder DC-Schichten zur Verfügung, wobei die Anbringung grafisch gestalteter Gebilde und die Verwendung von unterschiedlichen UC- und/oder DC-Pigmenten die Herstellkosten erhöht, allerdings ist die geringe Dicke und die gute Homogenität einer derartigen Schicht ein großer Vorteil.
  • Wenn nunmehr eine NIR- und/oder UV-Bestrahlung erfolgt, dann wird in der UC- und/oder DC-Schicht eine weitgehend isotrope Lichtemission bewirkt, was für die Betrachtung aus unterschiedlichen Blickwinkeln ein Vorteil ist. Allerdings muß hierbei berücksichtigt werden, dass keine Totalreflektionen in eng beabstandenden Grenzschichten entstehen und dadurch Schattenbilder erzeugt werden.
  • Grundsätzlich kann dieser Effekt auch dazu verwendet werden, dass eng beabstandet hinter der UC- und/oder DC-Schicht eine teilreflektierende Beschichtung eingebaut wird und dadurch die Lichtemission nur in die Richtung des Einfalls der Anregungsbestrahlung erfolgt.
  • Die Anregungsbestrahlung erfolgt im NIR-Bereich, also ab etwa 780 nm bis etwa 1500 nm und wird je nach UC-Pigment bevorzugt auf dessen Anregungsmaximum eingestellt. Im UV-Bereich erfolgt die Anregung bevorzugt im Wellenlängenbereich von 350 bis 420 nm. In diesem NIR- und UV-Bereich sind kostengünstige LED- und Laser-Elemente verfügbar. Für die grafische Einblendung bieten sich insbesondere sogenannte DMD (Digital-Micro-Mirror-Devices), beispielhaft von der Firma Texas-Instruments an, als auch einfache LCD-Projektoren oder Mehrfarbenprojektoren auf Basis von Penta-Prismen. Grundsätzlich können jedoch auch Blenden und galvanospiegelähnliche Vorrichtungen zur Einblendung von Signalen und Hinweisen verwendet werden.
  • Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen – einschließlich der Zusammenfassung – offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination neu gegenüber dem Stand der Technik sind.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
  • Es zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Head-up Anordnung,
  • 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe (3) beziehungsweise eines transparenten flächigen Anzeige-Elementes (3),
  • 3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe (3) beziehungsweise eines transparenten flächigen Anzeige-Elementes (3) mit einem Reflektor (12).
  • Unter einem Head-up Anzeigesystem (1) wird ein System zur Visualisierung von Informationen verstanden, wobei das Anzeigesystem transparent bis transluzent durchscheinend ausgeführt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird das Anzeigesystem (1) in Form eines Verbundsicherheitsglas (VSG) Laminates (3) verwendet, in das ein flächiges und weitgehend transparentes Anti-Stokes und/oder UV Element (2) integriert ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Head-up Anzeigesystem (1) umfasst ferner eine NIR- und/oder UV-Bestrahlungsquelle (5) beziehungsweise einen NIR- und/oder UV-Projektor (5), dessen Bestrahlung für das menschliche Auge unsichtbar ist und sehr kostengünstig durch entsprechende NIR- und/oder UV-Lichtquellen in Form von LED's und/oder Laserdioden und dergleichen Strahlungsquellen herbeigeführt werden können.
  • Ein derartiges Head-up Anzeigesystem (1) kann beispielsweise als Windschutzscheibe eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuges ausgebildet sein oder als Raumelement oder Fassadenelement ausgebildet sein und kann auch Hinweisfunktionen geben und/oder für Werbezwecke verwendet werden.
  • Unter einem flächigen und weitgehend transparentem Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) wird ein Element verstanden, das bei Bestrahlung mit einer NIR-Wellenlänge im Bereich 780 nm bis 1500 nm beziehungsweise im Bereich 350 nm bis 420 nm eine sichtbare Emission im Bereich 380 nm bis 780 nm bewirkt.
  • Die Emission entsteht weitgehend isotrop und kann daher aus einem großen Betrachtungswinkelbereich visuell wahrgenommen werden. Durch die geeignete Wahl bestimmter Anti-Stokes und/oder UV Elemente kann eine selektive Anregung bei einer bestimmten nichtsichtbaren-Wellenlänge und eine selektive Emission bei einer bestimmten sichtbaren Wellenlänge erreicht werden.
  • Bei der entsprechenden Mischung geeigneter Anti-Stokes und/oder UV-Elemente können Mehrfarbenbilder erzeugt werden. Die Emissionshelligkeit kann sehr einfach an die Umgebungshelligkeit angepasst werden.
  • Die Anti-Stokes und/oder UV-Elemente (2) können mittels dispergierter feinkörniger kristalliner Pigmente und/oder nanoskaliger Pigmente oder nanoskaliger Agglomerate beziehungsweise Aggregate in entsprechender Matrix hergestellt werden.
  • Als Matrixmaterial kann eine Glasfritte mit entsprechendem Flussmittel oder kann ein polymeres Bindemittelsystem verwendet werden. Alternativ kann das Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) mittels Vakuumbeschichtungstechnologie oder eines Transferelementes direkt auf eine der Innenseiten der Glasscheiben (9, 10) angebracht werden und kann derart eine sehr dünne Up-conversion und/oder UV-Schicht erreicht werden, die eine hohe Transparenz aufweist.
  • Als Anti-Stokes Systeme können alle verfügbaren Mehrphotonenprozess-Systeme verwendet werden, die im Bereich von 780 nm bis 1500 nm Anregungswellenlänge einen hohen Konversionswirkungsgrad zur Konversion im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm aufweisen. Als UV aktivierbare Systeme können alle Down-conversion Systeme verwendet werden, die bei einer Anregung im Wellenlängenbereich von etwa 350 nm bis 420 nm eine Emission im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm aufweisen.
  • Bei Verwendung von Glasfritten als Beschichtungsmatrix werden bevorzugt temperaturstabile Seltene-Erd Oxide verwendet, die ihre Funktion bei der hohen Temperaturbehandlung von etwa 480°C bis etwa 700°C beibehalten. Die Anti-Stokes und/oder UV-Elemente (2) werden ganzflächig oder elementweise oder mit der gewünschten grafischen Gestaltung ausgebildet. Die Verwendung von mehreren Anti-Stokes und/oder UV-Systemen kann als Mischung in einem Beschichtungsvorgang erfolgen oder kann selektiv in einzelnen Beschichtungsvorgängen durchgeführt werden.
  • Unter einem transparenten flächigen Anzeige-Element (3), insbesondere unter einer Windschutzscheibe und dergleichen Elementen, wird ein weitgehend transparentes beziehungsweise zumindest transluzentes Element verstanden und wird dabei bevorzugt ein Verbundsicherheitsglas (VSG) Laminates verwendet, wobei zwei oder mehr Glasscheiben und zumindest ein polymeres Verbindungselement und oftmals zwei oder drei derartige Verbindungselemente verwendet werden und das Anzeigesystem (1) beispielsweise als Windschutzscheibe eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuges ausgebildet ist oder als Raumelement oder Fassadenelement ausgebildet ist und derart Hinweisfunktionen geben kann und/oder für Werbezwecke verwendet werden kann.
  • Unter einem Auge des Betrachters (4) wird die Position und Richtung eines Betrachters verstanden.
  • Unter einem NIR- und/oder UV-Projektor beziehungsweise NIR- und/oder UV-Bestrahler (5) wird ein System verstanden, das Licht im NIR-Bereich von 780 nm bis 1500 nm und/oder 350 nm bis 420 nm aussendet. Die Lichtemission kann dabei in Form einer Konstantlichtquelle vollflächig oder über Blenden und/oder sequentiell in Form eines Strahls oder mehrerer Strahlbündel erfolgen. Dabei können übliche NIR oder UV Lichtquellen mit schmalbandigen Emissionsbanden wie bei Laserquellen oder etwas breitbandiger, wie bei LED-Elementen und dergleichen Quellen verwendet werden. Insbesondere können sogenannte DMD's , also Digitale Micro-Mirror-Devices, beispielsweise der Firma Texas-Instruments, verwendet werden oder Projektoren unter Verwendung von LCD-Elementen oder Mehrfarbeprojektoren unter Verwendung von Penta-Prismen und dergleichen Projektionsgerätschaften.
  • Unter NIR- und/oder UV-Strahlen (6) werden Strahlen im Bereich 780 nm bis 1500 nm und/oder 350 nm bis 420 nm verstanden. Bei sequentieller Bestrahlung wird die Strahldauer und/oder Impulsdauerverhältnis auf das jeweils verwendete Anti-Stokes und/oder UV System, insbesondere auf die Anregungsdauer und auf die Abklingdauer, abgestimmt.
  • Unter der Visualisierung im sichtbaren Wellenlängenbereich (7) beziehungsweise der sichtbaren Information (7) wird die Konversion von unsichtbarem Licht beziehungsweise unsichtbarer Information im flächigen und weitgehend transparenten Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) in ein für das menschliche Auge sichtbares Licht beziehungsweise eine sichtbare Information (7) verstanden und wird diese visualisierte Information (7) in dem flächigen Element (2) dargestellt und kann diese Information (7) aus einem großen Winkelbereich betrachtet werden. Weiters liegt diese visualisierte Information (7) bevorzugt in einer farblichen Ausführung vor und kann derart auch bei heller Umgebung besser wahrgenommen werden, als nur durch eine Kontrastdarstellung aus hell und dunkel.
  • Unter dem Strahlengang des Betrachters (8) wird schematisch die Blickrichtung des Betrachters beispielsweise auf die Fahrbahn dargestellt. In 1 wird das flächige Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) etwas unterhalb dieses Strahlenganges des Betrachters (8) aufgezeigt. Grundsätzlich kann das Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) auch im Bereich des Strahlenganges des Betrachters (8) angeordnet werden und muß dann die erforderliche Transparenz berücksichtigt werden. Bei einem außerhalb des Strahlenganges (8) angeordneten Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) kann es sinnvoll sein, weniger auf die Transparenz zu achten und dafür die Emissionshelligkeit möglichst groß zu machen und kann derart die Signalwirkung erhöht werden.
  • Unter dem äußeren und dem inneren flächigen Element (9, 10) werden bevorzugt die Glasscheiben eines Verbundsicherheitsglas (VSG) Laminates verstanden. Dabei werden zwei oder mehr Glasscheiben mit zumindest einem polymeren Verbindungselement und oftmals zwei oder drei derartigen Verbindungselementen zu einem Laminat verbunden beziehungsweise verklebt. Anstelle von Glasscheiben (9, 10) können grundsätzlich auch transparente und/oder transluzente Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) Scheiben miteinenader verbunden werden. Es können auch Kombinationen aus Glasscheiben und polymeren Scheiben miteinander verklebt werden.
  • Unter einem polymeren Verbindungselement (11) wird das flächige und transparente polymere Element verstanden, das zwei Scheiben (9, 10) dauerhaft miteinander verbindet. Bei VSG werden eine oder mehrere Folien (11) zwischen die Scheiben (9, 10) gelegt und üblicherweise in einem Autoklaven mit entsprechenden Vakuumtaschen und einem entsprechenden Temperaturprofil verpresst. Beispielhaft und bevorzugt bestehen derartige Laminatfolien (11) aus einem Polyvinylbutyral (PVB) System, können jedoch auch aus PVA und dergleichen polymeren haftvermittelnden System hergestellt sein. Neuartige PVB Folien können bereits ohne Autoklaven für einen dauerhaften Laminationsprozess verwendet werden. Neben der Verwendung von mehreren PCB-Folien können auch andere thermoplastische und transparente oder grafisch gestaltetet Folien in ein VSG eingebaut werden. Neben Laminatfolien als Verbindungselement (11) wird auch das Gießverfahren eingesetzt. Der Gießharzverbund wird bevorzugt für dickere Verbundsysteme verwendet.
  • In 1 wird schematisch das Prinzip eines Head-up Anzeigesystems (1) bestehend aus dem transparenten flächigen Anzeige-Element (3), dem integrierten Anti-Stokes und/oder UV-Element (2), dem NIR- und/oder UV-Bestrahler (5) mit den NIR- und/oder UV-Strahlen (6), der Visualisierung (7) und der Beobachtung durch das Auge eines Betrachters (4) dargestellt.
  • Schematisch wird noch der Strahlengang (8) des Betrachters beim Blick nach vorne auf die Straße eingezeichnet, wobei die Position des flächigen Anti-Stokes und/oder UV-Elementes (2) grundsätzlich auch in oder über oder seitlich beabstandet von diesem Strahlengang (8) angeordnet sein kann.
  • Ein wesentliches Kriterium für die Anordnung ist dabei die Transparenz des Feldes (2) und des Inhaltes der grafischen Information.
  • Wenn beispielsweise lediglich Informationen aus dem Armaturenbrett einprojiziert werden sollen, so ist die Anordnung außerhalb des Hauptblickfeldes sinnvoll.
  • Für allgemeine Navigationsinformationen ist die Anbringung des Anzeigefeldes (2) ebenfalls außerhalb des Hauptblickfeldes sinnvoll.
  • In 2 wird schematisch ein transparentes flächiges Anzeige-Element (3) in geschnittener Ausführung dargestellt.
  • Bei der Verwendung als Windschutzscheibe in einem Automobil wird üblicherweise ein Verbundsicherheitsglas (VSG) bestehend aus einer äußeren Glasscheibe (9), einem polymeren Verbindungselement (11) und einer inneren Glasscheibe (10) vorgesehen.
  • Das flächige Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) wird nunmehr zwischen den Scheiben (9, 10) angeordnet.
  • Je nach Art der Anwendung des Head-up Anzeigesystems (1) kann das flächige Element (2) direkt auf eine Innenseite der Scheiben (9, 10) gebracht werden oder auf das polymere Verbindungselement (11) oder es können zwei oder mehrere polymere Verbindungselemente (11) verwendet werden und kann dann das Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) zwischen diese Schichten gegeben werden.
  • Die Anbringung des Anti-Stokes und/oder UV-Elementes (2) auf einer der Innenseiten der Glasscheiben (9, 10) kann mittels Siebdruck, Vorhanggießen, Rakeln, Rollenbeschichtung, Tampondruck, Dispensen und dergleichen Methoden erfolgen. Die Verwendung eines Transfers ist ebenfalls möglich und sehr effizient. Als Bindemittel können dabei sowohl Glasfritten mit einem entsprechenden Flussmittel verwendet werden und muß dann eine Temperaturbehandlung bei etwa 480°C bis 700°C und darüber erfolgen. Für eine derartige Beschichtung werden allerdings sehr temperaturstabile Anti-Stokes und/oder UV-Pigmente benötigt und sind hierbei Seltene-Erd Oxide sehr gut geeignet. Bei Verwendung von polymeren Bindemitteln reichen im allgemeinen Temperaturbehandlungen bei typisch 120°C bis maximal 200°C.
  • Die Anbringung der flächigen Anti-Stokes und/oder UV-Elemente (2) direkt auf einem polymeren Verbindungselement (11), zum Beispiel auf einer 380 μm dicken PVB-Folie, stellt eine kostengünstige Alternative dar. Hierbei scheiden Glasfritten als Bindemittel naturgemäß aus und werden übliche Siebdruckfarben oder Transfersysteme oder Tampondruckfarben für derartige Applikationen verwendet.
  • In 3 wird schematisch ein transparentes flächiges Anzeige-Element (3) in geschnittener Ausführung mit einem zusätzlichen Reflektor (12) dargestellt.
  • In dieser schematisierten Ausführung wird der Reflektor (12) unmittelbar beabstandet zum Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) eingezeichnet und dabei wird aufgezeigt, das ein durch NIR- und/oder UV-Strahlung angeregtes Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) weitgehend isotrop emittiert und bei Anordnung einer unmittelbar benachbarten Reflektorschicht (12) sichtbares Licht in die Richtung des betrachtenden Auges (4) gelenkt wird.
  • Je nach dem Abstand der Reflektorschicht (12) von der flächigen Anti-Stokes und/oder UV- (2) Schicht wird eine Vergrößerung des Emissionsbereichs gegeben sein. Der Reflektor (12) kann aus einer semitransparenten spiegelnden Schicht oder einer totalreflektierenden Schicht oder einer diffraktiven Schicht gebildet sein. Die Reflektorschicht (12) kann auch beabstandet ausgeführt werden und kann dabei auf der Innenseite der äußeren Scheibe (9) angeordnet werden.
    • 1
    Head-up Anzeigesystem
    2
    Flächiges und weitgehend transparentes Anti-Stokes und/oder UV-Element
    3
    Transparentes flächiges Anzeige-Element, insbesondere Windschutzscheibe und dergleichen Elemente
    4
    Auge des Betrachters
    5
    NIR- und/oder UV-Projektor beziehungsweise NIR- und/oder UV-Bestrahler
    6
    NIR und/oder UV Strahlen
    7
    Visualisierung im sichtbaren Wellenlängenbereich
    8
    Strahlengang des Betrachters
    9
    Äußeres flächiges Element, bevorzugt Glas
    10
    Inneres flächiges Element, bevorzugt Glas
    11
    Polymeres Verbindungselement, bevorzugt PVB (Polyvinylbutyrol)
    12
    Reflekor (semitransparent)

Claims (14)

  1. Head-up Anzeigesystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiges und weitgehend transparentes Anti-Stokes und/oder UV Element (2) in einer Windschutzscheibe (3) beziehungsweise in einem transparenten flächigen Anzeige-Element (3) integriert ist und bei Bestrahlung mit NIR- und/oder UV-Strahlen (6) eine für das menschliche Auge sichtbare Information (7) erzeugt.
  2. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) zwischen zwei Glas-Elementen (9, 10) angeordnet ist.
  3. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) aus feinkörnigen kristallinen und/oder nanoskaligen Anti-Stokes und/oder UV Pigmenten dispergiert in einer entsprechenden Matrix aus Glasfritten oder thermoplastischen Polymeren gebildet wird.
  4. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) aus Anti-Stokes und/oder UV Pigmenten mit einem Bindemittelsystem auf Basis Glasfritten oder thermoplastischen Polymeren mittels Siebdruck oder Rakeln oder Vorhanggießen oder Tampondruck oder einem Transfervorgang zwischen zwei Scheiben (9, 10) angeordnet wird.
  5. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti- Stokes und/oder UV-Element (2) auf den Innenseiten der Scheiben (9, 10) und/oder auf einer der Seiten des polymeren Verbindungselementes (11) und/oder zwischen zwei sandwichartig angeordneten Verbindungselementen (11) zwischen zwei Scheiben (9, 10) angeordnet wird.
  6. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) direkt mittels Vakuumbeschichtungstechnologien zwischen zwei Scheiben (9, 10) auf wahlweise einer Innenseite der Scheiben (9, 10) angeordnet wird.
  7. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) grafisch gestaltet ist.
  8. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) aus mehreren Anti-Stokes und/oder UV Pigmenten mit unterschiedlichen Anregungswellenlängen und/oder unterschiedlichen Emissionswellenlängen gebildet wird.
  9. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) derart ausgebildet ist, dass zumindest drei Anti-Stokes und/oder UV-Pigmente mit den Emissionfarben rot, grün und blau verwendet werden und diese zumindest drei Anti-Stokes und/oder UV- Pigmente bei unterschiedlichen NIR- und/oder UV-Anregungswellenlängen anregbar sind und diese zumindest drei Anti-Stokes und/oder UV-Pigmente dispergiert in dem Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) vorliegen und derart eine farbige Information angezeigt werden kann.
  10. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) rückseitig durch eine transluzente Reflektionsschicht hinterlegt ist.
  11. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV-Element (2) je nach Wahl des Anti-Stokes und/oder UV-Systems bei Bestrahlung im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1500 und/oder 350 nm bis 420 nm nm eine Emission im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm bewirkt.
  12. Head-up Anzeigesystem (1) nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige und weitgehend transparente Anti-Stokes und/oder UV Element (2) aus Anti-Stokes und/oder UV Systemen aufgebaut ist, das hinsichtlich der Anregungsgeschwindigkeit und der Abklinggeschwindigkeit auf die Anwendung und die NIR- und/oder UV-Bestrahlungsquelle (5) optimiert ist.
  13. Verfahren zur Herstellung von einem Head-up Anzeigesystem (1) auf Basis eines flächigen und weitgehend transparenten Anti-Stoke und/oder UV-Elementes (2), das in einer Windschutzscheibe (3) beziehungsweise in einem transparenten flächigen Anzeige-Element (3) integriert ist und bei Bestrahlung mit NIR- und/oder UV-Strahlen (6) eine für das menschliche Auge sichtbare Information (7) erzeugt nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Anwendung eines Head-up Anzeigesystems (1), hergestellt nach Anspruch 13, als Anzeigesystem in einem Land-, Wasser- und Luftfahrzeug als auch stationär für Werbeanzeigen, Hinweisanzeigen und dergleichen Anzeigesystemen.
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