DE202020104053U1

DE202020104053U1 - Verbundscheibe mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung für ein Head-Up-Display

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Publication number: DE202020104053U1
Application number: DE202020104053.7U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2020-07-23
Anticipated expiration: 2030-07-15

Abstract

Verbundscheibe (10) für ein Head-Up-Display (HUD), mit
- einer Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II),
- einer Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV),
- einer thermoplastischen Zwischenschicht (3), über welche die innenraumseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) mit der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) verbunden ist,
- einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (6) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) oder der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2), wobei, falls die Beschichtung (6) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) angeordnet ist,
- die Zwischenschicht (3) oder die Innenscheibe (2) keilförmig ausgebildet ist, mit einem ersten Keilwinkel, der zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit einem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der Beschichtung (6) hervorgerufenen wird, und
- die Außenscheibe (1) keilförmig ausgebildet ist mit einem zweiten Keilwinkel, wobei die Summe aus dem ersten Keilwinkel und dem zweiten Keilwinkel zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit dem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1) hervorgerufenen wird; und, falls die Beschichtung (6) auf der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist,
- die Innenscheibe (2) keilförmig ausgebildet ist, mit einem ersten Keilwinkel, der zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit dem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der Beschichtung (6) hervorgerufenen wird, oder als Scheibe mit einer konstanten Dicke von kleiner oder gleich 0,7 mm ausgebildet ist, und
- die Außenscheibe (1) oder die Zwischenschicht (3) keilförmig ausgebildet ist mit einem zweiten Keilwinkel, wobei die Summe aus gegebenenfalls dem ersten Keilwinkel und dem zweiten Keilwinkel zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit dem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1) hervorgerufenen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe und eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts oder im Dachbereich, werden Bilder auf die Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (von ihm aus gesehen) hinter der Windschutzscheibe wahrgenommen. So können wichtige Informationen in das Blickfeld des Fahrers projiziert werden, beispielsweise die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit, Navigations- oder Warnhinweise, die der Fahrer wahrnehmen kann, ohne seinen Blick von der Fahrbahn wenden zu müssen. Head-Up-Displays können so wesentlich zur Steigerung der Verkehrssicherheit beitragen.
Bei den vorstehend beschriebenen Head-Up-Displays tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch nimmt der Fahrer nicht nur das gewünschte Hauptbild wahr, welches durch die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen wird (Primärreflexion). Der Fahrer nimmt auch ein leicht versetztes, in der Regel intensitätsschwächeres Nebenbild wahr, welches durch die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen wird (Sekundärreflexion). Letzteres wird gemeinhin auch als Geisterbild („Ghost“) bezeichnet. Dieses Problem wird gemeinhin dadurch gelöst, dass die reflektierenden Oberflächen mit einem bewusst gewählten Winkel (Keilwinkel) zueinander angeordnet werden, so dass Hauptbild und Geisterbild überlagert werden, wodurch das Geisterbild nicht mehr störend auffällt.
Windschutzscheiben bestehen aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Folie miteinander laminiert sind. Üblicherweise wird der besagte Keilwinkel in die Zwischenschicht eingebracht, weil dies technisch relativ einfach zu bewerkstelligen ist. Man spricht auch von einer keilförmigen Folie oder Keilfolie. Verbundgläser mit Keilfolien sind beispielsweise aus WO2009/071135A1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt. Es ist aber auch möglich, eine der Glasscheiben keilförmig herzustellen und den Keilwinkel dadurch in die Verbundscheibe einzubringen, beispielsweise bekannt aus US20190105879 , US20190126593 und WO2018181180A1 .
Es ist auch bekannt, Windschutzscheiben mit transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen zu versehen. Diese Beschichtungen können als IR-reflektierende Beschichtungen wirken, um die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums zu verringern und dadurch den thermischen Komfort zu verbessern. Die Beschichtungen können aber auch als beheizbare Beschichtungen verwendet werden, indem sie mit einer Spannungsquelle verbunden werden, so dass ein Strom durch die Beschichtung fließt. Geeignete Beschichtungen enthalten leifähige, metallische Schichten beispielsweise auf Basis von Silber oder Aluminium. Da diese Schichten korrosionsanfällig sind, ist es üblich, sie auf die der Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe aufzubringen, so dass sie keinen Kontakt zur Atmosphäre haben. Silberhaltige transparente Beschichtungen sind beispielsweise bekannt aus WO 03/024155 , US 2007/0082219 A1 , US 2007/0020465 A1 , WO2013/104438 oder WO2013/104439 . Im Zusammenhang mit Head-Up-Displays weisen beschichtete Windschutzscheiben häufig das Problem auf, dass durch die leitfähige Beschichtung eine weitere reflektierende Grenzfläche für das Projektorbild gebildet wird. Dies führt zu einem weiteren unerwünschten Nebenbild, welches auch als Schicht-Geisterbild oder Schicht-„Ghost“ bezeichnet wird.
Falls sich die Zwischenschicht der Windschutzscheibe zwischen der leitfähigen Beschichtung und der Außenscheibe befindet, könnte das Schicht-Geisterbild ebenfalls über eine keilförmige Ausgestaltung der selben vermieden oder reduziert werden. Allerdings wären zur optimalen Vermeidung des Geisterbildes infolge der beiden Glasoberflächen einerseits des Schicht-Geisterbildes andererseits unterschiedliche Keilwinkel erforderlich, so dass das Ergebnis nicht ideal sein kann, sondern immer einen Kompromiss darstellen muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Verbundscheibe für ein Head-Up-Display bereitzustellen, welche mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung ausgestattet ist, wobei das Auftreten von Doppelbildern effektiv vermieden wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe für ein Head-Up-Display (HUD) weist eine Oberkante und eine Unterkante auf. Mit Oberkante wird diejenige Seitenkante der Verbundscheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Seitenkante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Ist die Verbundscheibe die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, so wird die Oberkante häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Öffnung, insbesondere einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum (Fahrzeuginnenraum) zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Beide Scheiben weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche (Hauptfläche) auf und eine sich dazwischen erstreckende, umlaufende Seitenkantenfläche. Die außenseitige Oberfläche ist dafür vorgesehen, der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche ist dafür vorgesehen, dem Innenraum zugewandt zu sein. Über die thermoplastische Zwischenschicht ist die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe mit der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe weist einen HUD-Bereich auf. Beim Betrieb des HUDs bestrahlt ein Projektor einen Bereich der Verbundscheibe, wo die Strahlung in Richtung des Betrachters (Fahrers) reflektiert wird, wodurch ein virtuelles Bild erzeugt wird, welches der Betrachter von ihm aus gesehen hinter der Verbundscheibe wahrnimmt. Der durch den Projektor bestrahlte beziehungsweise bestrahlbare Bereich der Verbundscheibe wird als HUD-Bereich bezeichnet. Die Strahlrichtung des Projektors kann typischerweise durch Spiegel variiert werden, insbesondere vertikal, um die Projektion an die Körpergröße des Betrachters anzupassen. Der Bereich, in dem sich die Augen des Betrachters bei gegebener Spiegelstellung befinden müssen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Dieses Eyeboxfenster kann durch Verstellung der Spiegel vertikal verschoben werden, wobei der gesamte dadurch zugängliche Bereich (das heißt die Überlagerung aller möglichen Eyeboxfenster) als Eyebox bezeichnet wird. Ein innerhalb der Eyebox befindlicher Betrachter kann das virtuelle Bild wahrnehmen. Damit ist natürlich gemeint, dass sich die Augen des Betrachters innerhalb der Eyebox befinden müssen, nicht etwa der gesamte Körper.
Die hier verwendeten Fachbegriffe aus dem Bereich der HUDs sind dem Fachmann allgemein bekannt. Für eine ausführliche Darstellung sei auf die Dissertation „Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-Up Displays“ von Alexander Neumann am Institut für Informatik der Technischen Universität München (München: Universitätsbibliothek der TU München, 2012) verwiesen, insbesondere auf Kapitel 2 „Das Head-Up Display“.
Der HUD-Bereich ist typischerweise polygonal ausgebildet und weist eine Unterkante und eine Oberkante auf. Die Unterkante des HUD-Bereichs ist der Unterkante der Verbundscheibe zugewandt und verläuft bevorzugt im Wesentlichen parallel zu dieser. Die Oberkante des HUD-Bereichs ist der Oberkante der Verbundscheibe zugewandt und verläuft bevorzugt im Wesentlichen parallel zu dieser.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen, welche auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe abgeschieden ist.
Beim Betrieb des HUDs führt die Reflexion der Projektorstrahlung an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe zum erwünschten HUD-Bild (Hauptbild). Der nichtreflektierte Teilstrahl verläuft durch die Verbundscheibe hindurch und wird an der elektrisch leitfähigen Beschichtung und an der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe jeweils ein weiteres Mal teilweise reflektiert. Die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe führt zu einem Geisterbild, welches im Sinne der Erfindung als Glas-Geisterbild bezeichnet wird. Die Reflexion an der elektrisch leitfähigen Beschichtung führt zu einem weiteren Geisterbild, welches im Sinne der Erfindung als Schicht-Geisterbild bezeichnet wird. Im Falle paralleler Scheibenoberfläche würden Bild und Geisterbilder versetzt zueinander erscheinen, was für den Betrachter störend ist. Ziel ist eine räumliche Überlagerung der Geisterbilder mit dem Hauptbild, so dass der Betrachter nur noch ein einziges Bild wahrnimmt.
Durch die vorliegende Erfindung können sowohl Glas-Geisterbild als auch Schicht-Geisterbild wirksam vermieden werden beziehungsweise ihr Abstand zum Hauptbild soweit reduziert werden, dass sie nicht weiter störend auffallen.
Eine Variante der Erfindung beruht darauf, zwei keilförmige Elemente der Verbundscheibe vorzusehen, wobei ein keilförmiges Element innenraumseitig zur Beschichtung angeordnet ist und das andere keilförmige Element außenseitig. Zur Vermeidung des Schicht-Keilwinkels ist ein erster Keilwinkel erforderlich, der durch das innenraumseitige keilförmige Element bereitgestellt wird. Zur Vermeidung des Glas-Geisterbildes ist ein größerer Keilwinkel erforderlich, wobei die Differenz zwischen diesem größeren Keilwinkel und dem ersten Keilwinkel durch das außenseitige keilförmige Element bereitgestellt wird. Dieses ist mit einem zweiten Keilwinkel ausgebildet, so dass Summe aus dem ersten Keilwinkel und dem zweiten Keilwinkel zur Vermeidung des Glas-Geisterbildes ausgelegt ist.
Je nach Anordnung der leitfähigen Beschichtung können die keilförmigen Elemente unterschiedlich ausgebildet sein. Falls die Beschichtung auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe angeordnet ist, kann das innenraumseitige keilförmige Element die Zwischenschicht oder die Innenscheibe sein. Grundsätzlich können auch sowohl Innenscheibe als auch Zwischenschicht keilförmig ausgebildet sein, wobei der erforderliche Keilwinkel auf die beiden Elemente aufgeteilt wird. Das außenseitige keilförmige Element ist die Außenscheibe. Falls die Beschichtung auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist, ist das innenraumseitige keilförmige Element die Innenscheibe sein. Das außenseitige keilförmige Element kann die Außenscheibe oder die Zwischenschicht sein. Grundsätzlich können auch sowohl Außenscheibe als auch Zwischenschicht keilförmig ausgebildet sein, wobei der erforderliche Keilwinkel auf die beiden Elemente aufgeteilt wird.
Eine weitere Variante der Erfindung beruht darauf, dass die Beschichtung auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist und diese Innenscheibe als sehr dünne Glasscheibe mit einer Dicke von weniger als 1 mm, insbesondere höchstens 0,7 mm, bevorzugt höchstens 0,5 mm ausgebildet ist. Der Abstand zwischen innenraumseitiger Oberfläche der Innenscheibe und Beschichtung ist dann so gering, dass das Schicht-Geisterbild nicht störend auffällt und auf einen Keilwinkel verzichtet werden kann. Die Innenscheibe weist daher bevorzugt eine konstante Dicke auf. Die Außenscheibe oder die Zwischenschicht sind keilförmig ausgebildet mit einem Keilwinkel, der zur Vermeidung des Glas-Geisterbildes ausgelegt ist. Grundsätzlich können auch sowohl Außenscheibe als auch Zwischenschicht keilförmig ausgebildet sein, wobei der erforderliche Keilwinkel auf die beiden Elemente aufgeteilt wird.
Grundsätzlich kann die leitfähige Beschichtung auch auf einer Trägerfolie aufgebracht sein, beispielsweise einer PET-Folie, die in die Zwischenschicht eingelagert ist. Die Trägerfolie ist dabei über eine erste thermoplastische Folie mit der Außenscheibe und über eine zweite thermoplastische Folie mit der Innenscheibe verbunden. In diesem Fall ist das innenraumseitige keilförmige Element die Innenscheibe und/oder die zweite thermoplastische Folie, während das außenseitige keilförmige Element die Außenscheibe und/oder die erste thermoplastische Folie ist.
Die Erfindung umfasst außerdem eine Projektionsanordnung für ein HUD, umfassend die erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen HUD-Projektor, der auf den HUD-Bereich der Verbundscheibe gerichtet ist und diesen unter einem Einstrahlwinkel zur Erzeugung des HUD-Anzeigebildes mit elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich bestrahlt. Die Projektionsanordnung ist bevorzugt in einem Fahrzeug realisiert, beispielsweise einem Kraftfahrzeug wie einem Personen- oder Lastkraftwagen, wobei die Verbundscheibe die Windschutzscheibe ist.
Unter einer Keilform wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass die Dicke des jeweiligen Elements (Außenscheibe, Innenscheibe, Zwischenschicht) im vertikalen Verlauf zwischen der Unterkante und der Oberkante der Verbundscheibe veränderlich ist, insbesondere ansteigt. Der Winkel zwischen den beiden Oberflächen des besagten Elements wird als Keilwinkel bezeichnet. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn die Keilform auf den HUD-Bereich beschränkt ist. Üblicherweise wird aber das gesamte Element keilförmig ausgebildet. Eine keilförmige Zwischenschicht wird typischerweise als Keilfolie bezeichnet, Eine keilförmige Scheibe als Keilglas. Ist ein Keilwinkel nicht konstant, so sind zu seiner Messung an einem Punkt die Tangenten an die Oberflächen heranzuziehen
Die erforderlichen Keilwinkel können vom Fachmann für jede Projektionsanordnung und die dafür verwendete Verbundscheibe anhand bekannter theoretischer Grundlagen berechnet werden. Neben der Dicke der Scheiben und der Zwischenschicht spielt auch der Einstrahlwinkel eine Rolle. Typische Einstrahlwinkel des HUD-Projektors auf die Verbundscheibe (gemessen zur Flächennormalen) liegen bei Kraftfahrzeugen typischerweise im Bereich von 50° bis 70°, insbesondere 60° bis 65°. Die gängigen und an sich bekannten Modelle und Formelsätze sind beispielsweise in WO2009071135A1 sowie in dem darin zitierten Artikel J. P. Aclocque: „Doppelbilder als störender optischer Fehler der Windschutzscheibe“, Z. Glastechn. Ber. 193 (1970) S. 193-198, zusammengefasst.
Die Zwischenschicht ist typischerweise durch mindestens eine thermoplastische Folie ausgebildet. Soll die Zwischenschicht keilförmig sein, so kann dies durch Bereitstellen einer Keilfolie mittels Extrusion erfolgen oder durch Recken einer im Ausgangszustand planen Folie (also einer Folie mit konstanter Dicke). Plane Folien sind kostengünstiger als vorgefertigte Keilfolien, so dass die Herstellung der Verbundscheibe weniger kostenintensiv ausfällt. Der Fachmann erkennt nachträglich, ob ein Keilwinkel durch Recken oder durch Extrusion ausgebildet ist, insbesondere am typischen Dickenverlauf in der Nähe der Unterkante und/oder Oberkante. Die Zwischenschicht kann auch aus mehreren Folien ausgebildet sein, wobei mindestens eine Folie eine Keilfolie sein muss, wenn die Zwischenschicht keilförmig sein soll. Die Zwischenschicht kann auch aus einer sogenannten akustischen Folie ausgebildet sein, welche eine geräuschdämpfende Wirkung hat. Solche Folien bestehen typischerweise aus mindestens drei Lagen, wobei die mittlere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines höheren Anteils an Weichmachern.
Der Gesamt-Keilwinkel der Verbundscheibe (Summe aller Keilwinkel der diese aufbauenden Elemente) beträgt bevorzugt von 0,05 mrad bis 1,0 mrad, besonders bevorzugt von 0,3 mrad bis 0,7 mrad. Damit werden gute Ergebnisse erzielt hinsichtlich der Vermeidung von Geisterbildern.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borsilikatglas, Quarzglas, Aluminosililatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein.
Die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe können vom Fachmann den Erfordernissen im Einzelfall entsprechend frei gewählt werden. Die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe betragen bevorzugt von 0,5 mm bis 4 mm, insbesondere von 1,0 mm bis 3,0 mm. Standard-Glasdicken für Verbundgläser sind beispielsweise 2,1 mm oder 1,6 mm Die Dicke von keilförmigen Glasscheiben wird an der Unterkante gemessen.
Die Zwischenschicht enthält bevorzugt zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist in einer bevorzugten Ausgestaltung aus einer PVB-Folie ausgebildet.
Die Zwischenschicht weist bevorzugt eine Minimaldicke von 0,3 mm bis 1,5 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 1,0 mm auf. Mit Minimaldicke wird die Dicke an der dünnsten Stelle der Zwischenschicht bezeichnet, also typischerweise die Dicke an der Unterkante der Verbundscheibe, wenn die Zwischenschicht keilförmig ist. Verbundscheiben mit dünneren Zwischenschichten weisen häufig eine zu geringe Stabilität auf, um als Fahrzeugscheibe verwendet werden zu können. Thermoplastische Folien, insbesondere PVB-Folien werden in der Standarddicke 0,76 mm vertrieben.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch die Verbundscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%, insbesondere wenn die Verbundscheibe eine Windschutzscheibe ist. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.
Die Verbundscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Die Verbundscheibe kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die Dicke der Verbundscheibe kann in horizontalen Schnitten (das heißt Schnitte etwa parallel zu Oberkante und Unterkante) konstant sein. Dann ist das Dicken- und Keilwinkelprofil über die Breite konstant. Die Dicke kann aber auch in horizontalen Schnitten veränderlich sein. Dann ist die Dicke nicht nur im vertikalen, sondern auch im horizontalen Verlauf veränderlich.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden bevorzugt im Floatglas-Verfahren hergestellt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas. Dabei wird die Glasschmelze im Durchlaufverfahren auf ein flüssiges Zinnbad gegossen, wo sie aushärtet. Keilförmige Gläser werden typischerweise dadurch erzeugt, dass die viskose, teilausgehärtete Glasmasse an ihren seitlichen Rändern mit geeigneten Werkzeugen gegriffen und im Wesentlichen senkrecht zur Fortbewegungsrichtung der Glasschmelze nach außen gezogen wird. Im Vergleich zur Herstellung planer Gläser wird dabei das Temperaturprofil der Floatanlage geändert, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen der Mitte und den Rändern des Zinnbads reduziert wird. Die dadurch bedingte Änderung der Viskosität der Glasmasse führt zur Bildung des keilförmigen Glases. Dadurch einsteht ein Floatglas mit maximaler Dicke im Zentralbereich und nach außen abnehmender Dicke, aus dem die Glasscheiben für die Außenscheibe und die Innenscheibe ausgeschnitten werden können.
Die Herstellung der Verbundscheibe durch Lamination erfolgt mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und / oder Druck.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem Personenkraftwagen, als Windschutzscheibe, die als Projektionsfläche eines Head-Up-Displays dient.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung der gattungsgemäße Verbundscheibe,
2 einen Querschnitt durch die Verbundscheibe nach 1,
3 die Verbundscheibe der 2 als Bestandteil einer gattungsgemäßen Projektionsanordnung,
4 Querschnitte durch herkömmliche Verbundscheiben,
5 einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,
6 einen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,
7 einen Querschnitt durch eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,
8 einen Querschnitt durch eine vierte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,

1 und 2 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10, welche aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2 besteht, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe 10 ist als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, welches mit einem Head-Up-Display ausgestattet ist. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum. Die Oberkante O der Verbundscheibe 10 weist in Einbaulage nach oben zum Fahrzeugdach (Dachkante), die Unterkante U nach unten zum Motorraum (Motorkante).
Die Außenscheibe 1 weist eine außenseitige Oberfläche I auf, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche II, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Ebenso weist die Innenscheibe 2 eine außenseitige Oberfläche III auf, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche IV, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 ist über die Zwischenschicht 3 mit der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 verbunden.
In der Figur ist auch ein Bereich B angedeutet, welcher dem HUD-Bereich der Verbundscheibe 10 entspricht. In diesem Bereich sollen Bilder durch einen HUD-Projektor erzeugt werden. Die Primärreflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 erzeugt die gewünschte HUD-Anzeige als virtuelles Bild. Die nicht reflektierten Strahlungsanteile dringen durch die Verbundscheibe 10 hindurch und werden an der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1 abermals reflektiert (Sekundärreflexion). Der HUD-Bereich B weist eine Unterkante BU auf, die der Unterkante U der Verbundscheibe 10 zugewandt ist, und eine Oberkante BO, die der Oberkante O der Verbundscheibe 10 zugewandt ist.
Die Zwischenschicht 3 ist keilförmig ausgebildet - ihre Dicke nimmt von der Unterkante U zur Oberkante O der Verbundscheibe 10 stetig zu. Daher sind die Hauptoberflächen der Zwischenschicht 3 nicht parallel, sondern zueinander geneigt mit einem Keilwinkel. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 sind herkömmliche Glasscheiben mit konstanter Dicke, also parallelen Oberflächen I, II beziehungsweise III, IV. Die externen Oberflächen der Verbundscheibe 10, also die außenseitige Oberfläche I der Außenscheibe 1 und die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 sind aufgrund der keilförmigen Zwischenschicht zueinander geneigt. Dadurch können die beiden virtuellen Bilder, die durch Reflexion des Projektorbildes an den Oberfläche I und IV erzeugt werden, miteinander überlagert werden. Die Sekundärreflexion erscheint daher nicht oder nur leicht versetzt zur Primärreflexion, so dass störende Geisterbilder (Glas-Geisterbilder) vermieden werden können.
Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von Beispielsweise 2,1 mm. Die Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer einzelnen PVB-Folie ausgebildet mit einer Dicke von 0,76 mm (gemessen an der Unterkante)
3 zeigt die Verbundscheibe 10 der 1 und 2 als Teil einer Projektionsanordnung für ein HUD. Die Anordnung umfasst außer der Verbundscheibe 10 einen Projektor 4, welcher auf einen HUD-Bereich B gerichtet ist. Im HUD-Bereich B können durch den Projektor 4 Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 5 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 10 wahrgenommen werden. Der Keilwinkel im HUD-Bereich B führt zu gegeneinander geneigten Oberflächen I, IV der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2, wodurch Geisterbilder vermieden werden können.
4 zeigt zwei Verbundscheiben 10 des vorstehend beschriebenen Typs. Die Verbundscheiben 10 sind zusätzlich mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 6 ausgestattet. Die Beschichtung 6 ist beispielsweise ein Dünnschichtsystem mit mehreren Silberschichten zwischen dielektrischen Schichten. Solche Beschichtungen 6 sind allgemein bekannt und werden beispielsweise als IR-reflektierende Sonnenschutz-Beschichtungen verwenden, um die Einstrahlung von IR-Strahlung in den Fahrzeuginnenraum zu verringern, oder als beheizbare Beschichtungen, um die Verbundscheibe 10 von Eis und Feuchtigkeit befreien zu können. Aufgrund der Korrosionsanfälligkeit der Silberschichten ist die Beschichtung 10 im Innern der Verbundscheibe 10 eingelagert und entweder auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 (4a) oder auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 (4b) abgeschieden.
Die Anwesenheit der Beschichtung 10 verstärkt die Problematik der Geisterbilder. Da die elektrisch leitfähige Beschichtung 10 gegenüber sichtbarer Strahlung in gewissem Maße reflektierend wirkt, stellt sie eine weitere Reflexionsfläche für die Strahlung des Projektors 4 dar, neben den Oberflächen I, IV. Die Beschichtung 10 führt also ebenso zu einem Geisterbild (Schicht-Geisterbild), welches gegenüber dem Glas-Geisterbild und der Primärreflexion versetzt erscheint. Eine ideale Kompensation des Glas-Geisterbilds erfordert einen anderen Keilwinkel als eine ideale Kompensation des Schicht-Geisterbildes. Da jedoch mit der keilförmigen Zwischenschicht 3 nur ein Freiheitsgrad zur Erzeugung eines Keilwinkels zur Verfügung steht, ist das Ergebnis stets mit Kompromissen behaftet. Typischerweise ist der Keilwinkel der Zwischenschicht 3 auf das Glas-Geisterbild optimiert, so dass das Schicht-Geisterbild entweder überkompensiert (4a) oder unterkompensiert (4b) wird und störend in Erscheinung tritt. Alternativ könnte man den Keilwinkel auf das Schicht-Geisterbild optimieren, wodurch dann aber das Glas-Geisterbild störend in Erscheinung tritt. Weiter ist es möglich, einen Mittelwert für den Keilwinkel zu wählen, so dass beide Geisterbilder zwar dem Hauptbild angenähert werden, aber nicht vollständig kompensiert werden. Keines der Ergebnisse ist zufriedenstellend.
5 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10. Die elektrische leitfähige Beschichtung 6 ist auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 abgeschieden. Die Zwischenschicht 3 ist als herkömmliche PVB-Folie mit konstanter Dicke von beispielsweise 0,76 mm ausgebildet. Sowohl die Außenscheibe 1 als auch die Innenscheibe 2 sind keilförmig ausgebildete Glasscheiben aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von beispielsweise 2,1 mm (gemessen an der Unterkante). Es stehen somit zwei Freiheitsgrade zur Verfügung, mit denen Geisterbilder vermieden werden können. Der Keilwinkel der Innenscheibe 2 ist so gewählt, dass das Schicht-Geisterbilder, welches durch die Reflexion an der Beschichtung 6 hervorgerufen wird, kompensiert wird. Der Keilwinkel zwischen den Glasoberflächen I, IV ergibt sich aus der Summe der Keilwinkel der beiden Glasscheiben 1, 2. Der Keilwinkel der Außenscheibe 1 kann daher so gewählt werden, dass diese Summe zu einer Kompensation des Glas-Geisterbildes führt. Somit können beide Geisterbilder zufriedenstellend reduziert werden. In aller Regel werden die Keilwinkel des Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 unterschiedlich sein, was in der Figur allerdings der Einfachheit halber nicht widergegeben ist.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10. Die elektrische leitfähige Beschichtung 6 ist auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 abgeschieden. Die Zwischenschicht 3 ist als herkömmliche PVB-Folie mit konstanter Dicke von beispielsweise 0,76 mm ausgebildet. Sowohl die Außenscheibe 1 als auch die Innenscheibe 2 sind keilförmig ausgebildete Glasscheiben aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von beispielsweise 2,1 mm (gemessen an der Unterkante). Es stehen somit zwei Freiheitsgrade zur Verfügung, mit denen Geisterbilder vermieden werden können. Der Keilwinkel der Innenscheibe 2 ist so gewählt, dass das Schicht-Geisterbilder, welches durch die Reflexion an der Beschichtung 6 hervorgerufen wird, kompensiert wird. Der Keilwinkel zwischen den Glasoberflächen I, IV ergibt sich aus der Summe der Keilwinkel der beiden Glasscheiben 1, 2. Der Keilwinkel der Außenscheibe 1 kann daher so gewählt werden, dass diese Summe zu einer Kompensation des Glas-Geisterbildes führt. Somit können beide Geisterbilder zufriedenstellend reduziert werden. In aller Regel werden die Keilwinkel des Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 unterschiedlich sein, was in der Figur allerdings der Einfachheit halber nicht widergegeben ist.
Alternativ kann auch die Zwischenschicht 3 keilförmig ausgebildet sein, während die Außenscheibe 1 eine konstante Dicke aufweist. Damit kann die gleiche Wirkung erzielt werden, wobei dann der Keilwinkel der Zwischenschicht 3 so gewählt werden kann, dass die Summe beider Keilwinkel (Zwischenschicht 3, Innenscheibe 2) zu einer Kompensation des Glas-Geisterbildes führt.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10. Die elektrische leitfähige Beschichtung 6 ist auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 abgeschieden. Die Außenscheibe 1 ist eine keilförmig ausgebildete Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von beispielsweise 2,1 mm (gemessen an der Unterkante). Die Zwischenschicht 3 ist als keilförmige PVB-Folie mit einer Dicke von beispielsweise 0,76 mm (gemessen an der Unterkante) ausgebildet. Die Innenscheibe 2 ist eine herkömmliche Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas mit einer konstanten Dicke von beispielsweise 2,1 mm. Es stehen somit zwei Freiheitsgrade zur Verfügung, mit denen Geisterbilder vermieden werden können. Der Keilwinkel der Zwischenschicht 3 ist so gewählt, dass das Schicht-Geisterbilder, welches durch die Reflexion an der Beschichtung 6 hervorgerufen wird, kompensiert wird. Der Keilwinkel zwischen den Glasoberflächen I, IV ergibt sich aus der Summe der Keilwinkel der Außenscheibe 1 und der Zwischenschicht 3 Der Keilwinkel der Außenscheibe 1 kann daher so gewählt werden, dass diese Summe zu einer Kompensation des Glas-Geisterbildes führt. Somit können beide Geisterbilder zufriedenstellend reduziert werden.
8 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10. Die Außenscheibe 1 ist eine keilförmig ausgebildete Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von beispielsweise 2,1 mm (gemessen an der Unterkante). Die Zwischenschicht 3 ist als herkömmliche PVB-Folie mit konstanter Dicke von beispielsweise 0,76 mm ausgebildet. Die Innenscheibe 2 ist eine sehr dünne Glasscheibe mit einer konstanten Dicke von beispielsweise 0,7 mm oder weniger. Die elektrische leitfähige Beschichtung 6 ist auf der außenseitigen Oberfläche III der dünnen Innenscheibe 2 abgeschieden. Aufgrund der geringen Dicke der Innenscheibe 2 liegen die Reflexionsflächen für das Hauptbild und das Schicht-Geisterbild sehr nah beieinander. Dies hat zur Folge, dass das Schicht-Geisterbild kaum versetzt zum Hauptbild erscheint und daher nicht störend auffällt. Auf eine Kompensation des Schicht-Geisterbildes kann daher verzichtet werden. Der Keilwinkel der Außenscheibe 1 ist so gewählt, dass das Glas-Geisterbilder, welches durch die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1 hervorgerufen wird, kompensiert wird.
Beispiele:
Es wurden vergleichbare Verbundscheiben 10 gemäß der Lösungen der 4 bis 8 hergestellt und das Auftreten der Geisterbilder quantitativ bestimmt (als Abstand des Geisterbilds vom Hauptbild). Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Dabei stehen die einzelnen Zeilen für:

A: Keilwinkel der Innenscheibe 2 (in mrad)
B: Keilwinkel der Zwischenschicht 3 (in mrad)
C: Keilwinkel der Außenscheibe 1 (in mrad)
D: minimal auftretender Abstand des Glas-Geisterbildes vom Hauptbild (im mm)
E: maximal auftretender Abstand des Glas-Geisterbildes vom Hauptbild (im mm)
F: minimal auftretender Abstand des Schicht-Geisterbildes vom Hauptbild (im mm)
G: maximal auftretender Abstand des Schicht-Geisterbildes vom Hauptbild (im mm)
H: Dicke der Innenscheibe 2 (in mm), im Falle eines keilförmigen Glases gemessen als Minimaldicke an der Unterkante U
I: Dicke der Außenscheibe 1 (in mm), im Falle eines keilförmigen Glases gemessen als Minimaldicke an der Unterkante U

	4a	4b	5	6	7	8
A	0	0	0,23	0,16	0	0
B	0,44	0,44	0	0	0,23	0
C	0	0	0,21	0,28	0,21	0,35
D	-1,5	-1,5	-1,5	-1,5	-1,5	-1,22
E	1,53	1,53	1,53	1,53	1,53	1,2
F	1,2	-0,38	-0,78	-0,58	-0,78	0,53
G	1,45	-3,12	0,82	0,53	0,82	0,64
H	1,6	1,6	1,6	1,6	1,6	0,7
I	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1

Es ist deutlich zu erkennen, dass die erfindungsgemäßen Lösungen gemäß der 5 bis 8 zu einer deutlichen Verringerung des Schicht-Geisterbildes führen gegenüber den herkömmlichen Lösungen gemäß 4. Diese Verringerung beträgt

- bei Lösungen mit Beschichtung 6 auf der Oberfläche III:
- • 6 gegenüber 4a: 60%
- • 8 gegenüber 4a: 56%
- bei Lösungen mit Beschichtung 6 auf der Oberfläche II:
- • 5 gegenüber 4b: 73%
- • 7 gegenüber 4b: 73%

Bezugszeichenliste

(10): Verbundscheibe
(1): Außenscheibe
(2): Innenscheibe
(3): thermoplastische Zwischenschicht
(4): Projektor
(5): Betrachter / Fahrzeugfahrer
(6): elektrisch leitfähige Beschichtung
(O): Oberkante der Verbundscheibe 10
(U): Unterkante der Verbundscheibe 10
(B): HUD-Bereich der Verbundscheibe 10
(BO): Oberkante des HUD-Bereichs B
(BU): Unterkante des HUD-Bereichs B
(I): außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(II): innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(III): außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
(IV): innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
A-A': Schnittlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/071135 A1 [0004]
EP 1800855 B1 [0004]
EP 1880243 A2 [0004]
US 20190105879 [0004]
US 20190126593 [0004]
WO 2018181180 A1 [0004]
WO 03/024155 [0005]
US 2007/0082219 A1 [0005]
US 2007/0020465 A1 [0005]
WO 2013/104438 [0005]
WO 2013/104439 [0005]
WO 2009071135 A1 [0023]

Claims

Verbundscheibe (10) für ein Head-Up-Display (HUD), mit - einer Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II), - einer Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), - einer thermoplastischen Zwischenschicht (3), über welche die innenraumseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) mit der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) verbunden ist, - einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (6) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) oder der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2), wobei, falls die Beschichtung (6) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) angeordnet ist, - die Zwischenschicht (3) oder die Innenscheibe (2) keilförmig ausgebildet ist, mit einem ersten Keilwinkel, der zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit einem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der Beschichtung (6) hervorgerufenen wird, und - die Außenscheibe (1) keilförmig ausgebildet ist mit einem zweiten Keilwinkel, wobei die Summe aus dem ersten Keilwinkel und dem zweiten Keilwinkel zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit dem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1) hervorgerufenen wird; und, falls die Beschichtung (6) auf der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist, - die Innenscheibe (2) keilförmig ausgebildet ist, mit einem ersten Keilwinkel, der zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit dem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der Beschichtung (6) hervorgerufenen wird, oder als Scheibe mit einer konstanten Dicke von kleiner oder gleich 0,7 mm ausgebildet ist, und - die Außenscheibe (1) oder die Zwischenschicht (3) keilförmig ausgebildet ist mit einem zweiten Keilwinkel, wobei die Summe aus gegebenenfalls dem ersten Keilwinkel und dem zweiten Keilwinkel zur Vermeidung eines Geisterbildes ausgelegt ist, das bei Bestrahlung mit dem HUD-Projektor (4) durch Reflexion an der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1) hervorgerufenen wird.
Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend - eine Verbundscheibe (10) nach Anspruch 1; und - einen HUD-Projektor (4), der auf einen HUD-Bereich (B) der Verbundscheibe (10) gerichtet ist und diesen unter einem Einstrahlwinkel zur Erzeugung eines Anzeigebildes mit elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich bestrahlt.