EP4188699A1 - Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung - Google Patents

Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung

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Publication number
EP4188699A1
EP4188699A1 EP21732885.5A EP21732885A EP4188699A1 EP 4188699 A1 EP4188699 A1 EP 4188699A1 EP 21732885 A EP21732885 A EP 21732885A EP 4188699 A1 EP4188699 A1 EP 4188699A1
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EP
European Patent Office
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layer
pane
silver
projection arrangement
layers
Prior art date
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Pending
Application number
EP21732885.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hagen
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
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    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects

Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement for a head-up display and its use.
  • HUDs head-up displays
  • Images are projected onto the windshield with a projector, typically in the area of the dashboard, where they are reflected and perceived by the driver as a virtual image (from his perspective) behind the windshield.
  • a projector typically in the area of the dashboard
  • Head-up displays can thus make a significant contribution to increasing road safety.
  • HUD projectors operate predominantly with s-polarized radiation and illuminate the windshield at an angle of incidence of approximately 65%, which is close to Brewster's angle for an air-to-glass transition (56.5° for soda-lime glass).
  • the problem arises that the projector image is reflected on both external surfaces of the windshield.
  • a slightly offset secondary image also appears, the so-called ghost image (“ghost”).
  • the problem is usually alleviated by angling the surfaces relative to one another, particularly by using a wedge-type interlayer to laminate the laminated windshields so that the main image and ghost image are superimposed.
  • Laminated glasses with wedge foils for HUDs are known, for example, from WO2009/071135A1, EP1800855B1 or EP1880243A2.
  • HUD projection arrangements that make do with windshields without wedge foils.
  • DE102014220189A1 discloses such a HUD projection arrangement, which is operated with p-polarized radiation.
  • Further HUD projection arrangements with reflective coatings against p-polarized radiation, comprising a single metallic layer are known, for example, from WO2021/004685A1 and WO2021/104800A1.
  • the single metallic layer coatings can have good reflective properties to the p-polarized radiation of the projector.
  • the coating should often also have reflective properties for infrared solar radiation in order to prevent the interior from heating up.
  • the effectiveness of coatings with a single metallic layer, in particular a silver layer in this regard is very limited. In principle, an improvement would be possible by choosing a very thick metallic layer. In this respect, however, there are narrow limits to the freedom of design, because the metallic layer also reduces the transmission in the visible spectral range, on which high demands are made in the case of windshields.
  • Coatings with multiple metallic layers separated by dielectric layers have also been proposed.
  • Better IR-reflecting properties with a comparatively high transmission in the visible spectral range are possible with such coatings.
  • the deposition of such complex coatings with a large number of individual layers is technically complex.
  • the design of the coating cannot be carried out purely taking into account the IR reflection and the transmission in the visible spectral range.
  • the use as a reflective coating for the radiation of a HUD projector places further demands on the coating, in particular a high degree of reflection compared to p-polarized radiation in the visible spectral range and a reflection spectrum that is as smooth as possible, i.e. a degree of reflection that is as constant as possible in order to display the color as neutrally as possible enable HUD projection.
  • US2017242247A1 discloses another HUD projection arrangement with a reflective coating for p-polarized radiation, which can contain several conductive silver layers, moreover dielectric layers.
  • WO2019179683A1 discloses a HUD projection arrangement, wherein the windshield has a reflection coating for the p-polarized HUD radiation, which comprises four electrically conductive silver layers and intervening dielectric layer sequences.
  • the dielectric layer sequences can contain dielectric matching layers made of aluminum-doped zinc oxide.
  • the coating should ensure high transmission in the visible spectral range and a high degree of reflection of infrared components of solar radiation and have a high and constant degree of reflection of the p-polarized radiation of the HUD projector in the visible spectral range.
  • the object of the present invention is to provide such an improved projection arrangement.
  • the projection arrangement according to the invention for a head-up display comprises at least one composite pane, which is provided with a reflective coating, and a projector (HUD projector).
  • the projector illuminates an area of the laminated pane where the radiation is reflected in the direction of the viewer (driver), creating a virtual image which the viewer perceives from behind the laminated pane.
  • the area of the laminated pane that can be irradiated by the projector is referred to as the HUD area.
  • the beam direction of the projector can typically be varied using mirrors, particularly vertically, in order to adapt the projection to the viewer's height.
  • the area in which the viewer's eyes must be located for a given mirror position is referred to as the eyebox window.
  • This eyebox window can be shifted vertically by adjusting the mirrors, with the entire area accessible in this way (that is to say the superimposition of all possible eyebox windows) being referred to as the eyebox.
  • a viewer located within the eyebox can perceive the virtual image. Of course, this means that the viewer's eyes must be inside the eyebox, not the entire body.
  • the technical terms used here from the field of HUDs are generally known to the person skilled in the art. For a detailed description, reference is made to the dissertation "Simulation-based measurement technology for testing head-up displays" by Alexander Neumann at the Institute for Computer Science of the Technical University of Kunststoff (Munich: University Library of the Technical University of Kunststoff, 2012), in particular to Chapter 2 "The Head- up display”.
  • the composite pane comprises an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the laminated pane is intended to separate the interior from the outside environment in a window opening of a vehicle.
  • the inner pane refers to the pane of the laminated pane facing the vehicle interior.
  • the outer pane refers to the pane facing the outside environment.
  • the composite pane according to the invention is preferably a windscreen (front screen) of a vehicle on land, in water or in the air, in particular the windscreen of a motor vehicle, for example a car or truck, or the front screen of an airplane, ship or rail vehicle, in particular a train.
  • HUDs in which the projector radiation is reflected off a windshield to produce an image perceptible to the driver (viewer), are particularly common. In principle, however, it is also conceivable to project the HUD projection onto other windows, in particular vehicle windows, for example onto a side window or rear window.
  • the HUD on a side window can, for example, mark people or other vehicles with which a collision is imminent if their position is determined by cameras or other sensors.
  • a rear window HUD may provide information to the driver when reversing.
  • the laminated pane has an upper edge and a lower edge as well as two side edges running in between.
  • the top edge designates that edge which is intended to point upwards in the installation position.
  • the lower edge designates that edge which is intended to point downwards in the installation position.
  • the top edge is often referred to as the roof edge and the bottom edge as the engine edge.
  • the outer pane and the inner pane each have an outside and an inside surface and a circumferential side edge running in between.
  • the outside surface designates that main surface which is intended to face the external environment in the installed position.
  • the interior-side surface designates that main surface which is intended to face the interior in the installed position.
  • the interior surface of the outer pane and the outside surface of the inner pane face each other and are connected to one another by the thermoplastic intermediate layer
  • the projector is aimed at the HUD area of the compound pane.
  • the radiation from the projector is at least partially, preferably predominantly, particularly preferably essentially completely p-polarized.
  • the reflective coating is capable of reflecting p-polarized radiation.
  • the reflective coating is a thin-layer coating, i.e. a sequence of layers of thin individual layers, which can also be referred to as a thin-layer stack.
  • the reflective coating comprises n electrically conductive layers based on silver (hereinafter also referred to as silver layers) and (n+1) layer modules, where n is a natural number greater than or equal to 1.
  • the layer modules and the electrically conductive layers are arranged alternately, so that each electrically conductive layer is arranged between two layer modules.
  • the reflective coating thus has at least the structure “layer module—electrically conductive layer—layer module” from bottom to top, with further units “electrically conductive layer—layer module” following above.
  • the layer module denotes a single layer or a plurality of layers that are present in addition to the silver layers, in particular forming the upper and lower end of the layer structure and separating adjacent silver layers from one another if there are several silver layers. Coatings of this type are known.
  • the layer modules are conventionally designed as dielectric layers or layer sequences.
  • at least one of the layered modules formed as a layer based on a transparent electrically conductive oxide (TCO, transparent conductive oxide) (hereinafter also referred to as TCO layer).
  • TCO transparent electrically conductive oxide
  • the layer modules serve to protect the silver layers from corrosion and influence the optical properties of the reflective coating.
  • these layer modules must be designed as dielectric layers or layer sequences.
  • the inventors have recognized that the function can also be fulfilled by TCO layers.
  • the TCO layers also have the advantage that they reduce the energy input into the vehicle interior due to their reflective properties in the infrared spectrum I range (IR range). On the other hand, they are largely transparent in the visible spectral range, so that the light transmission is not significantly reduced. In particular, the transmission-reducing effect is less than that of the silver layers.
  • the layer structure according to the invention enables reflective coatings with a high and comparatively constant reflectivity in relation to p-polarized radiation in the visible spectral range, as a result of which an intensive and color-neutral HUD projection can be implemented.
  • One or more layer modules can be designed as a TCO layer. If further layer modules are present in addition to the layer modules designed as a TCO layer, then these are each designed as a dielectric layer or layer sequence. In a preferred embodiment, precisely one of the layer modules is designed as a TCO layer, while all the other layer modules are designed as dielectric layers or layer sequences. Since dielectric layers can typically be deposited more cheaply than TCO layers, such a composite pane can be manufactured more cheaply. In addition, the dielectric layers can also provide the coating with advantageous properties, for example a barrier effect against the diffusion of alkali ions. Because of this barrier effect, which can prevent alkali ions from diffusing from the glass into the silver layer, the bottom layer module is preferably designed as a dielectric layer or layer sequence under the bottom silver layer.
  • the dielectric layers which conventionally form the layer modules, are replaced overall by the TCO layer in the TCO layer module.
  • the layer module is therefore designed entirely as a TCO layer and contains no further layers apart from the TCO layer, in particular no dielectric ones Layers. This means that no dielectric layer is arranged between the TCO layer and the overlying electrically conductive layer, if such is present, and between the TCO layer and the underlying electrically conductive layer, if such is present.
  • the TCO layer module is the uppermost layer module, then preferably no dielectric layer is arranged above the TCO layer and between the TCO layer and the underlying silver layer.
  • the TCO layer module is the lowest layer module, then preferably no dielectric layer is arranged below the TCO layer and between the TCO layer and the overlying silver layer.
  • the reflection coating preferably consists of the silver layers and the layer modules and has no further layers.
  • An exception to this are very thin, metal-containing blocker layers with a thickness of less than 1 nm, which can optionally be present between the silver layers and the adjacent layer modules. Apart from the silver layers and the layer modules, the reflection coating therefore preferably has no further layers with a thickness of more than 1 nm.
  • the reflective coating preferably consists of the silver layers and the layer modules as well as optional blocking layers with a thickness of less than 1 nm.
  • layer thicknesses or thicknesses relates to the geometric thickness of a layer.
  • first layer is arranged above a second layer, this means within the meaning of the invention that the first layer is arranged further away from the substrate on which the coating is applied than the second layer. If a first layer is arranged below a second layer, this means within the meaning of the invention that the second layer is arranged further away from the substrate than the first layer.
  • the layer mainly consists of this material, in particular essentially of this material in addition to any impurities or dopings.
  • the at least one electrically conductive layer is based on silver.
  • the at least one conductive layer preferably contains at least 90% by weight silver, particularly preferably at least 99% by weight silver, very particularly preferably at least 99.9% by weight % Silver.
  • the silver layer can have dopings, for example palladium, gold, copper or aluminum.
  • the thickness of the silver layer is preferably at least 7 nm, particularly preferably at least 9 nm.
  • the thickness of the silver layer is preferably at most 14 nm. Particularly advantageous properties of the reflection coating can be achieved in this range for the thickness.
  • the silver layers are thick enough to have significant IR-reflecting properties and not lead to dewetting problems during thermal treatment.
  • Dewetting is an island-like accumulation of silver instead of a homogeneous layer, which can occur with very thin silver layers.
  • the silver layers are thin enough to ensure high light transmission.
  • the desired reflecting properties with respect to p-polarized radiation can also be advantageously realized in this range for the thickness of the silver layer. If the reflective coating has a plurality of silver layers, the above preferred ranges for the layer thickness apply in principle to each of the silver layers.
  • the number n is equal to 1.
  • the reflection coating then comprises precisely one individual silver layer and two layer modules, namely one layer module each above and below the silver layer.
  • the reflective coating thus contains no more than one silver layer, and no further silver layers are also arranged above or below the reflective coating. It is a particular advantage of the invention that the required properties can be achieved with a simple structure using only one silver layer. As a result, the deposition of the coating is technically simple and inexpensive, and the individual silver layer does not excessively reduce the light transmission.
  • the reflective coating then has the following basic layer structure, starting from the substrate on which it is deposited (“from bottom to top”):
  • dielectric layer/layer sequence - silver layer - TCO layer TCO layer - silver layer - dielectric layer/layer sequence TCO layer - silver layer - TCO layer The two first-mentioned layer structures with only one TCO layer are preferred.
  • a TCO layer below the silver layer offers the advantage that silver layers develop particularly good layer properties when they are deposited on TCO layers due to a similar crystal structure.
  • a TCO layer above the silver layer offers the advantage that its degree of oxidation can be adjusted well, which in turn influences its barrier effect against oxygen and thus the oxidation of the silver layer, in particular during a temperature treatment.
  • a sub-stoichiometric TCO layer can prevent the corrosion of the silver, because the oxygen required for this is absorbed by the TCO layer, which is afflicted with an oxygen deficiency.
  • a dielectric layer module underneath the silver layer also has the advantage that it can prevent the diffusion of alkali ions from the glass into the silver layer more effectively than a TCO layer module. The properties of the silver layer can thus be advantageously influenced.
  • the reflective coating may also include more than one layer of silver, for example two layers of silver.
  • the reflective coating then has the following basic layer structure, starting from the substrate on which it is deposited (“from bottom to top”):
  • Layer module electrically conductive layer based on silver
  • Layer module electrically conductive layer based on silver
  • only one of the layer modules is preferably designed as a TCO layer, while the other two layer modules are designed as dielectric layers or layer sequences.
  • the layer module between the two electrically conductive layers is particularly preferably designed as a TCO layer.
  • a reflective coating with a plurality of silver layers, in particular two silver layers, can be advantageous in particular when the individual silver layers are to be formed with a small thickness, for example in order to increase light transmission.
  • the thickness of the individual silver layers is particularly preferably from 7 nm to 10 nm.
  • At least one layer module is designed according to the invention as a TCO layer.
  • the TCO is indium tin oxide (ITO, indium tin oxide).
  • ITO indium tin oxide
  • ITO indium tin oxide
  • ITO has particularly good IR-reflecting properties and is easy to deposit, especially by means of cathode sputtering.
  • ITO shows beneficial interactions with silver layers. In this way, silver layers of high quality can be deposited on ITO layers due to a very similar crystal structure.
  • TCOs indium-zinc mixed oxide (IZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), fluorine-doped tin oxide (FTO, Sn0 2 :F), antimony doped tin oxide (ATO, Sn0 2 : Sb) or niobium-doped titanium oxide (Ti0 2 : Nb).
  • IZO indium-zinc mixed oxide
  • AZO aluminum-doped zinc oxide
  • GZO gallium-doped zinc oxide
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • Sn0 2 :F fluorine-doped tin oxide
  • ATO antimony doped tin oxide
  • Ti0 2 : Nb niobium-doped titanium oxide
  • the thickness of the at least one TCO layer is preferably from 20 nm to 100 nm, preferably from 30 nm to 80 nm. This achieves good results in terms of the IR-reflecting properties and the reflecting properties compared to the p-polarized radiation of the HUD projector.
  • the TCO layer is thin enough not to reduce the light transmission to a critical extent, but thick enough to effectively protect the silver layer from corrosion. If the reflective coating has multiple TCO layers, the above preferred ranges apply to each of the TCO layers.
  • the TCO layer is preferably substoichiometric, ie has a substoichiometric oxygen content. Oxygen is then absorbed by the sub-stoichiometric TCO layers, for example during temperature treatment, and cannot react with the silver layers.
  • the reflective coating comprises at least one blocking layer based on a metal or a metal alloy (metallic blocking layer).
  • the blocking layer is preferably in direct contact with a silver layer.
  • the blocking layer is preferably arranged above the silver layer.
  • the blocking layer is then arranged between the silver layer and the overlying layer module and serves to protect the silver layer from oxidation, in particular during temperature treatments of the coated pane, such as typically occur in the context of bending processes.
  • a blocking layer can also be present below the silver layer.
  • the blocking layer is then arranged between the silver layer and the underlying layer module. Such a Blocking layer underneath the silver layer improves the adhesion of the silver layer.
  • the reflective coating comprises more than one silver layer
  • a blocking layer is assigned to at least one silver layer, particularly preferably to each silver layer.
  • the blocking layer preferably has a thickness of less than 1 nm, particularly preferably from 0.1 nm to 0.5 nm.
  • the blocking layer can be based, for example, on nickel (Ni), chromium (Cr), niobium (Nb), titanium ( Ti) or mixtures or alloys thereof.
  • the blocking layer is preferably based on titanium or a nickel-chromium alloy.
  • the following particularly preferred layer sequences result (“from bottom to top"): dielectric layer/layer sequence - (optional blocking layer) - silver layer - blocking layer - TCO layer
  • the optical thickness of the dielectric layer modules is preferably from 50 nm to 150 nm, particularly preferably from 60 nm to 120 nm, very particularly preferably from 70 nm to 100 nm. Particularly advantageous optical properties of the reflection coating are achieved in this way.
  • the dielectric layers have an anti-reflective effect, so that the light transmission is increased, and influence the reflection spectrum with respect to the radiation of the HUD projector. In the specified range for the optical thickness, an advantageous light transmission is achieved as well as a pronounced and uniform (color-neutral) reflection compared to the radiation of the HUD projector.
  • the optical thickness is the product of the geometric thickness and the refractive index (at 550 nm).
  • the optical thickness of a layer sequence is calculated as the sum of the optical thicknesses of the individual layers.
  • the dielectric layer modules can be embodied as individual dielectric layers or as dielectric layer sequences.
  • the dielectric layers can be based, for example, on silicon oxide, silicon nitride, zinc oxide, tin oxide, tin-zinc oxide, Silicon-metal mixed nitrides such as silicon-zirconium nitride, zirconium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide or silicon carbide can be formed.
  • the reflective coating does not include any dielectric layers whose refractive index is less than 1.9. All dielectric layers of the reflection coating therefore have a refractive index of at least 1.9. Because low-index layers with a refractive index of less than 1.9 can be silicon oxide layers in particular, which have low deposition rates in magnetic field-assisted cathode deposition, the reflective coating according to the invention can be produced quickly and inexpensively.
  • refractive indices are generally given in relation to a wavelength of 550 nm.
  • the refractive index can be determined, for example, by means of ellipsometry. Ellipsometers are commercially available, for example from Sentech.
  • each dielectric layer module includes a dielectric layer that can be referred to as an anti-reflective layer and is preferably based on an oxide, for example tin oxide, and/or a nitride, for example silicon nitride, particularly preferably based on silicon nitride.
  • Silicon nitride has proven itself due to its optical properties, its easy availability and its high mechanical and chemical stability.
  • the silicon is preferably doped, for example with aluminum or boron. If the dielectric layer module is the uppermost layer module above the uppermost silver layer, the antireflection layer is preferably the uppermost layer of the layer sequence in the case of a layer sequence.
  • the antireflection layer is preferably the lowest layer of the layer sequence in the case of a layer sequence.
  • such anti-reflective coatings in particular based on silicon nitride, have a good barrier effect against the diffusion of ions (for example alkali ions from the glass panes), so that the anti-reflective coating chemically protects the functional silver layer.
  • the dielectric layer module includes a dielectric matching layer, which improves the reflectivity of the silver layer.
  • the adaptation layer is preferably formed on the basis of zinc oxide, particularly preferably zinc oxide Zhqid with 0 ⁇ d ⁇ 0.01.
  • the matching layer preferably contains dopants.
  • the matching layer can contain aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al), for example.
  • the zinc oxide is preferably deposited sub-stoichiometrically with respect to the oxygen in order to avoid a reaction of excess oxygen with the silver-containing layer.
  • the adaptation layer is preferably arranged between the silver layer and the antireflection layer.
  • the matching layer is advantageous with regard to the crystal structure of the overlying silver layer. In addition, it can protect the silver layer from corrosion, especially if it is deposited sub-stoichiometrically and is therefore able to absorb excess oxygen and prevent it from reacting with the silver layer.
  • the dielectric layer module can also include a refractive index-increasing layer that has a higher refractive index than the anti-reflective layer.
  • a refractive index-increasing layer that has a higher refractive index than the anti-reflective layer.
  • the layer that increases the refractive index brings about, in particular, better anti-reflection coatings on the silver layers, so that light transmission is increased.
  • the refractive index increasing layer preferably has a refractive index of at least 2.1.
  • the layer increasing the refractive index is preferably based on a silicon-metal mixed nitride such as silicon-zirconium mixed nitride, silicon-titanium mixed nitride or silicon-hafnium mixed nitride, particularly preferably silicon-zirconium mixed nitride.
  • the proportion of zirconium is preferably between 15 and 45% by weight, particularly preferably between 15 and 30% by weight.
  • Tungsten oxide (WO3), niobium oxide (Nb 2 0s), bismuth oxide (B12O3), titanium oxide (T1O2) and/or aluminum nitride (AIN) are possible alternative materials.
  • the refractive index-increasing layer is preferably arranged between the anti-reflective coating and the silver layer or between the adaptation layer (if available) and the anti-reflection layer.
  • the thickness of the adaptation layer is preferably from 5 nm to 20 nm, particularly preferably from 8 nm to 12 nm.
  • the thickness of the refractive index-increasing layer is preferably from 5 nm to 20 nm, particularly preferably from 8 nm to 12 nm.
  • the thickness of the antireflection layer is preferably chosen so that overall an optical thickness of the entire layer sequence in the above mentioned preferred ranges is reached. If both an adaptation layer and a layer that increases the refractive index are present in addition to the anti-reflective layer, the thickness of the anti-reflective layer is particularly preferably from 10 nm to 40 nm.
  • the dielectric layer sequences have no further layers apart from the said antireflection layer, the optional layer increasing the refractive index and the optional adaptation layer, so that the dielectric layer sequences consist of the said layers.
  • the materials mentioned in the present description can be deposited stoichiometrically, under-stoichiometrically or over-stoichiometrically.
  • the materials can have dopings, in particular aluminum, boron, zirconium or titanium. Due to the doping, dielectric materials can be provided with a certain electrical conductivity. The person skilled in the art will nevertheless identify them as dielectric layers with regard to their function, as is usual in the area of thin layers.
  • the material of the dielectric layers preferably has an electrical conductivity (reciprocal of the specific resistance) of less than 10 4 S/m.
  • the material of the electrically conductive layers in particular TCO layers, silver layers
  • the at least one dielectric layer module is formed from exactly one dielectric layer, preferably an antireflection coating with a refractive index of at least 1.9, particularly preferably based on silicon nitride.
  • the thickness of the antireflection layer is preferably from 25 nm to 75 nm, particularly preferably from 30 nm to 60 nm, very particularly preferably from 35 nm to 50 nm.
  • the at least one dielectric layer module is formed from exactly two dielectric layers, preferably an antireflection layer and an adaptation layer, each with a refractive index of at least 1.9.
  • the antireflection coating is particularly preferably based on silicon nitride, the adaptation layer based on zinc oxide.
  • the thickness of the adaptation layer is particularly preferably from 5 nm to 20 nm, in particular from 8 nm to 12 nm.
  • the thickness of the anti-reflection layer is preferably selected such that the dielectric layer module has an overall optical thickness of 50 nm to 150 nm, particularly preferably 60 nm to 120 nm, very particularly preferably from 70 nm to 100 nm.
  • the adaptation layer is preferably arranged between the anti-reflective layer and the silver layer. In the preferred case of a single silver layer and a single TCO layer module, the preferred layer sequences result from the substrate ("from below up"):
  • the at least one dielectric layer module is formed from exactly three dielectric layers, preferably an anti-reflective layer with a refractive index of at least 1.9, a refractive index-increasing layer with a refractive index of at least 2.1 and an adaptation layer with a refractive index of at least 1.9.
  • the antireflection layer is particularly preferably based on silicon nitride, the refractive index-increasing layer based on a silicon-metal mixed nitride (such as silicon-zirconium mixed nitride, silicon-titanium mixed nitride or silicon-hafnium mixed nitride), the matching layer based on zinc oxide.
  • the thickness of the adaptation layer and the layer increasing the refractive index is particularly preferably in each case from 5 nm to 20 nm, in particular from 8 nm to 12 nm.
  • the thickness of the anti-reflection layer is preferably selected such that the dielectric layer module has an overall optical thickness of 50 nm to 150 nm , particularly preferably from 60 nm to 120 nm, very particularly preferably from 70 nm to 100 nm. It is very particularly preferably from 10 nm to 40 nm.
  • the matching layer preferably has the smallest distance to the adjacent silver layer, while the refractive index-increasing layer is arranged between the matching layer and the antireflection layer. in the In the preferred case of a single silver layer and a single TCO layer module, the preferred layer sequences result from the substrate ("from bottom to top”):
  • TCO layer silver layer - adaptation layer - refractive index increasing layer - anti-reflection layer
  • the layer sequences preferably consist exclusively of the layers mentioned, with a metallic blocking layer having a thickness of less than 1 nm also optionally being present between the silver layer and the overlying and/or underlying layer module.
  • the blocking layer is preferably located directly above the silver layer where it is most effective. This results in the preferred layer sequences starting from the substrate (“from bottom to top”):
  • An additional blocking layer can optionally be arranged directly below the silver layer.
  • the integrated light reflection of the laminated pane compared to p-polarized radiation, measured with a p-polarized light source of illuminant A at an angle of incidence of 65° and an observation angle of 65°, in each case to the interior surface normal, is preferably at least 10%, particularly preferably at least 15% , most preferably at least 20%.
  • the interior-side surface normal is the surface normal of the interior-side surface of the inner pane.
  • the light reflection can therefore also be referred to as interior light reflection.
  • the angle of incidence of 65° corresponds to the irradiation with conventional HUD projectors.
  • Light reflectance is measured at a point within the HUD area, preferably at the geometric center of the HUD area.
  • the reflection spectrum in the visible spectral range should be as uniform as possible.
  • this is the case when the reflection color has an a* value and a b* value in the La*b* color space whose absolute value is less than 5.
  • the reflection color is measured with a p-polarized light source of illuminant type A at an angle of incidence of 65° and an observation angle of 65°, in each case to the interior-side surface normal.
  • the coating according to the invention effectively reduces the heat input into the vehicle interior, which represents a main advantage of the present invention over the prior art.
  • the total solar energy radiated in expressed as a TTS value according to ISO 13837, is preferably at most 55%.
  • the reflective coating is preferably applied to one of the surfaces of the two panes facing the intermediate layer, ie the interior surface of the outer pane or the outside surface of the inner pane.
  • the reflective coating can also be arranged within the thermoplastic intermediate layer, for example applied to a carrier film which is arranged between two thermoplastic connecting films.
  • the reflective coating is transparent, which in the context of the invention means that it has an average transmission in the visible spectral range of at least 70%, preferably at least 75%, and therefore does not significantly restrict the view through the pane. In principle, it is sufficient for the HUD projection if the HUD area of the composite pane is provided with the reflective coating.
  • the laminated pane is preferably provided with the reflective coating over a large area. In an advantageous embodiment of the invention, at least 80% of the disk surface is covered with the surface according to the invention
  • the reflective coating is applied to the entire surface of the pane with the exception of a peripheral edge area and optional local area which, as a communication, sensor or camera window, is intended to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the laminated pane and is therefore not provided with the reflective coating.
  • the surrounding uncoated edge area has a width of up to 20 cm, for example. It prevents the reflective coating from coming into direct contact with the surrounding atmosphere, so that the reflective coating inside the laminated pane is protected against corrosion and damage.
  • the projector is arranged on the interior side of the laminated pane and irradiates the laminated pane via the interior-side surface of the inner pane. It is aimed at the HUD area and illuminates it to create the HUD projection.
  • the radiation of the projector is at least partially p-polarized, ie has a p-polarized radiation component.
  • the radiation from the projector is preferably predominantly p-polarized, ie has a p-polarized radiation component of more than 50%. The higher the proportion of p-polarized radiation in the total radiation of the projector, the higher the intensity of the desired projection image and the lower the intensity of undesired reflections on the surfaces of the laminated pane.
  • the p-polarized radiation component of the projector is preferably at least 70%, particularly preferably at least 80% and in particular at least 90%.
  • the radiation from the projector is essentially purely p-polarized—the p-polarized radiation component is therefore 100% or deviates from it only insignificantly.
  • the specification of the direction of polarization refers to the plane of incidence of the radiation on the laminated pane.
  • P-polarized radiation is radiation whose electric field oscillates in the plane of incidence.
  • S-polarized radiation is radiation whose electric field oscillates perpendicular to the plane of incidence.
  • the plane of incidence is spanned by the incidence vector and the surface normal of the composite pane at a point within the HUD area, preferably in the geometric center of the HUD area. Due to the curvature of the pane that is common in vehicles, which affects the plane of incidence and thus the definition of the polarization, the ratio of p-polarized radiation to s-polarized radiation can differ from this reference point at other points.
  • the p-polarized radiation emitted by the projector irradiates the HUD area to generate the HUD projection.
  • the radiation from the projector strikes the laminated pane preferably at an angle of incidence of 45° to 70°, in particular of 60° to 70°.
  • the angle of incidence deviates from the Brewster angle by at most 10°.
  • the p-polarized radiation is then reflected only to an insignificant extent on the surfaces of the laminated pane, so that no ghost image is generated.
  • the angle of incidence is the angle between the incidence vector of the projector radiation and the interior surface normal (i.e. the surface normal to the interior external surface of the laminated pane) in the geometric center of the HUD area. Ideally, the angle of incidence should be as close as possible to this Brewster angle.
  • angles of incidence of 65° can also be used, for example, which are customary for HUD projection arrangements, can be implemented without problems in vehicles and deviate only slightly from the Brewster angle, so that the reflection of the p-polarized radiation increases only insignificantly.
  • the external pane surfaces refer to the surfaces of the individual panes that face away from one another, ie the outside surface of the outer pane and the interior surface of the inner pane.
  • the external surfaces of the laminated pane are therefore preferably arranged essentially parallel to one another.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably not designed in the manner of a wedge, but has an essentially constant thickness, in particular also in the vertical course between the upper edge and the lower edge of the composite pane, just like the inner pane and the outer pane.
  • a wedge-like intermediate layer would counteract this have a variable, in particular increasing, thickness in the vertical course between the lower edge and the upper edge of the laminated pane.
  • the intermediate layer is typically formed from at least one thermoplastic film. Since standard foils are significantly cheaper than wedge foils, the production of the laminated pane is made more economical.
  • the reflective coating can also be used as a heatable coating. For this purpose, it must be electrically contacted so that it can be connected to the voltage source, usually the on-board voltage of the vehicle.
  • the coating is preferably provided with busbars, which can be connected to the poles of the voltage source in order to introduce current into the coating over as large a part of the pane width as possible.
  • the busbars can, for example, be in the form of printed and burned-in conductors, typically in the form of a burned screen-printing paste with glass frits and silver particles.
  • strips of an electrically conductive foil can also be used as busbars, which are placed or glued onto the coating, for example copper foil or aluminum foil.
  • the two busbars are positioned near two opposite side edges of the laminated pane, such as the top and bottom edges.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass, in particular of soda-lime glass, which is common for window panes.
  • the panes can also be made of other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or transparent plastics (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate).
  • the thickness of the outer pane and the inner pane can vary widely. Disks with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.9 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the total transmission through the laminated pane (including the reflective coating) is greater than 70% based on light type A, particularly if it is designed as a windshield.
  • the term total transmission refers to the procedure for testing the light transmittance of ECE-R 43, Annex 3, Section 9.1 motor vehicle windows.
  • the outer pane and the inner panes can be unprestressed, partially prestressed or prestressed independently of one another. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the outer pane is tinted or colored.
  • the reflectivity of the laminated pane on the outside can be reduced, making the impression of the pane more pleasant for an outside observer.
  • the outer pane should preferably have a light transmission of at least 80%, particularly preferably at least 85% if the laminated pane is to be used as a windshield.
  • the inner pane and the intermediate layer are preferably clear, ie not tinted or colored. For example, green or blue colored glass can be used as the outer pane.
  • the laminated pane is preferably curved in one or more spatial directions, as is customary for motor vehicle panes, with typical radii of curvature being in the range from about 10 cm to about 40 m.
  • the composite pane can also be flat, for example if it is intended as a pane for buses, trains or tractors.
  • the thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is typically formed from at least one thermoplastic film, in particular from a film based on PVB, EVA or PU. In addition to the polymer, the film can contain other additives, in particular plasticizers.
  • the thickness of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • the laminated pane can be manufactured by methods known per se.
  • the outer pane and the inner pane are laminated to one another via the intermediate layer, for example by autoclave methods, vacuum bag methods, vacuum ring methods, calendering methods, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the outer pane and inner pane are usually connected under the action of heat, vacuum and/or pressure.
  • the reflective coating is preferably applied to the inner pane by physical vapor deposition (PVD), particularly preferably by cathode sputtering (“sputtering”), very particularly preferably by magnetic field-assisted cathode sputtering (“magnetron sputtering”).
  • the coating can also be applied, for example, by means of chemical vapor deposition (CVD), for example plasma-enhanced vapor deposition (PECVD), by vapor deposition or by atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma-enhanced vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the coating is preferably applied to the panes before lamination.
  • the reflective coating it can in principle also be provided on a carrier film that is arranged in the intermediate layer.
  • the outer pane and the inner pane are preferably subjected to a bending process before lamination and preferably after any coating processes.
  • the outer pane and the inner pane are preferably bent congruently together (i.e. at the same time and using the same tool), because the shape of the panes is then optimally matched to one another for the lamination that takes place later.
  • Typical temperatures for glass bending processes are 500°C to 700°C, for example. This thermal treatment also increases the transparency and reduces the sheet resistance of the reflective coating.
  • the invention also includes the use of a composite pane designed according to the invention as a projection surface of a projection arrangement for a head-up display, with a projector being aimed at the HUD area whose radiation is at least partially, in particular predominantly, preferably essentially completely p-polarized.
  • a composite pane designed according to the invention as a projection surface of a projection arrangement for a head-up display, with a projector being aimed at the HUD area whose radiation is at least partially, in particular predominantly, preferably essentially completely p-polarized.
  • the invention also includes the use of a projection arrangement according to the invention as a HUD in a vehicle on land, on water or in the air, preferably a motor vehicle, rail vehicle, aircraft or ship, in particular a passenger car or truck.
  • a projection arrangement according to the invention as a HUD in a vehicle on land, on water or in the air, preferably a motor vehicle, rail vehicle, aircraft or ship, in particular a passenger car or truck.
  • Fig. 1 is a plan view of a composite pane of a generic
  • FIG. 3 shows a cross section through a laminated pane of one according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through a further embodiment of the reflective coating according to the invention on an inner pane.
  • FIG. 1 and FIG. 2 each show a detail of a generic projection arrangement for a HUD.
  • the projection arrangement comprises a composite pane 10, in particular the windshield of a passenger car.
  • the projection arrangement also includes a HUD projector 4 which is aimed at a portion of the laminated pane 10 .
  • HUD area B images can be generated by the HUD projector 4, which are perceived by a viewer 5 (vehicle driver) as virtual images on the side of the laminated pane 10 facing away from him when his eyes are inside the so-called eyebox E.
  • the laminated pane 10 is made up of an outer pane 1 and an inner pane 2 which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3 . Its lower edge U is arranged downwards towards the engine of the passenger car, its upper edge O upwards towards the roof. In the installed position, the outer pane 1 faces the outside environment, and the inner pane 2 faces the vehicle interior.
  • FIG 3 shows an embodiment of an inventive composite pane 10.
  • the outer pane 1 has an outside surface I, which faces the outside environment in the installed position, and an interior surface II, which in the installed position facing interior.
  • the inner pane 2 has an outside surface III, which faces the outside environment in the installed position, and an interior-side surface IV, which faces the interior in the installed position.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist, for example, of soda-lime glass and each have a thickness of 2.1 mm, for example.
  • the intermediate layer 3 is formed, for example, from a PVB film with a thickness of 0.76 mm.
  • the PVB film has an essentially constant thickness, apart from any surface roughness that is customary in the art - it is not designed as a so-called wedge film.
  • the outside surface III of the inner pane 2 is provided with a reflection coating 20 according to the invention, which is provided as a reflection surface for the projector radiation (and possibly also as an IR-reflecting coating).
  • the reflective coating 20 should also serve as a sun protection coating and reduce the energy input into the vehicle interior, which is caused in particular by the infrared radiation components of sunlight.
  • the radiation of the projector 4 is p-polarized, in particular essentially purely p-polarized. Since the HUD projector 4 irradiates the windshield 10 at an angle of incidence of approximately 65°, which is close to Brewster's angle, the radiation from the projector is only insignificantly reflected on the external surfaces I, IV of the composite pane 10 .
  • the reflection coating 20 according to the invention is optimized for the reflection of p-polarized radiation. It serves as a reflection surface for the radiation from the HUD projector 4 for generating the HUD projection.
  • FIG. 4 shows the layer sequence of an embodiment of the reflection coating 20 according to the invention on the inner pane 2.
  • the reflection coating 20 is a stack of thin layers.
  • the reflective coating 20 comprises an electrically conductive layer 21 based on silver.
  • a metallic blocking layer 24 is arranged directly above the electrically conductive layer 21 .
  • a first layer module M1 is arranged below the conductive layer 21 .
  • a second layer module M2 is arranged above the conductive layer 21 with the blocking layer 24 .
  • the first layer module M1 is designed as a dielectric layer sequence, as is generally customary for generic coatings.
  • the sequence of layers is from bottom to top on top of an antireflection layer 22a, a refractive index increasing layer 22c and a matching layer 22b.
  • the second layer module M2 is formed from a single layer 23 based on a TCO, namely ITO, and contains no dielectric layers.
  • the layer 23 serves the purpose of protecting the silver layer 21 from corrosion. In addition, it improves the IR reflectivity of the laminated pane 10, so that the energy input into the vehicle interior can be further reduced.
  • a reflection coating 20 can be implemented with the layer 23, which has excellent reflection properties with respect to the p-polarized radiation of the HUD projector 4, so that a high-intensity and color-neutral representation of the HUD projection is ensured.
  • the layer sequence of a laminated pane 10 with the reflective coating 20 on the outside surface III of the inner pane 2, together with the materials and layer thicknesses of the individual layers, is shown in Table 1 for four examples 1 to 4 according to the invention, which differ in the individual layer thicknesses.
  • the dielectric layers can be doped independently of one another, for example with boron or aluminum.
  • optical thickness of a layer results from the product of the geometric thickness shown in the tables and the refractive index (SiN: 2.0; SiZrN: 2.2, ZnO: 2.0).
  • reflective coatings 20 having a single conductive silver layer 21 are preferred, the invention is not so limited.
  • the reflective coating can also contain several silver layers 21, which are separated from one another by layer modules. This is particularly advantageous when the individual silver layers 21 are to be made thinner. In this way, high light transmission can be achieved with high reflectivity for IR radiation.
  • FIG. 5 shows the layer sequence of such an embodiment of the reflective coating 20 according to the invention with two silver layers 21.1, 21.2 on the inner pane 2.
  • the reflective coating 20 is a stack of thin layers.
  • a layer module M2 is arranged between the two silver layers 21.1, 21.2, which, according to the invention, is formed from a single layer 23 based on a TCO, namely ITO, and contains no dielectric layers.
  • a dielectric layer module M1 is arranged below the lower silver layer 21.1 and is designed as in FIG.
  • a metallic blocking layer 24 is initially arranged above the upper silver layer 21.2 and a further dielectric layer module M3 above it.
  • the layer sequence of the layer module From bottom to top, M3 consists of a matching layer 22b, a refractive index increasing layer 22c and an antireflection coating layer 22a.
  • the sequence of layers can be seen schematically in the figure.
  • the layer sequence of a corresponding laminated pane 10 with the reflective coating 20 on the outside surface III of the inner pane 2 is shown in Table 2 together with the materials and layer thicknesses of the individual layers (Example 5).
  • Table 2 A comparative example is shown in Table 3.
  • the reflective coating 20 comprises a single silver layer 21 and two layer modules M1, M2. Both layer modules M1, M2 are designed as dielectric layer sequences and each include an antireflection coating layer 22a, a layer 22c that increases the refractive index, and an adaptation layer 22b.
  • the arrangement of the TCO layer 23 in the examples is only to be understood as an example. According to the invention, any layer module can be used as a TCO layer 23.
  • Table 4 shows another example according to the invention (example 6).
  • the reflective coating 20 comprises only a single silver layer 21, in contrast to examples 1 to 4 the lower layer module M1 being designed as a TCO layer 23 and the upper layer module M2 as a dielectric layer sequence.
  • Table 5 summarizes some characterizing parameters of Examples 1 to 6 and the Comparative Example. The following are compared:
  • TL(A) integrated light transmission according to ISO 9050, measured with an illuminant A light source
  • TTS total radiated solar energy according to ISO 13837
  • R(A)p-pol integrated light reflection against p-polarized radiation, measured with a p-polarized light source of illuminant type A at an angle of incidence of 65° and an observation angle of 65° to the interior surface normal
  • b*(A)p-pol Color values in the L*a*b* color space as reflection color against p-polarized radiation, measured with a p-polarized light source of illuminant A at an angle of incidence of 65 ° and an observation angle of 65° to the interior surface normal
  • the light transmission TL(A) is a measure of the transparency of the laminated pane 10, with values greater than 70% being desirable in particular for windshields.
  • the radiated solar energy TTS is a measure of the energy input into the vehicle interior and thus of the thermal comfort.
  • R(A)p-pol is a measure of that Reflectivity to the radiation of the HUD projector 4 and thus the intensity of the HUD projection.
  • the color values in the L*a*b* color space are a measure of how color-neutral the HUD display is, whereby the values should be as close to zero as possible.
  • Table 5 It is clear from Table 5 that all of the examples and also the comparative example have a sufficiently high light transmission TL(A) so that the laminated panes 10 can be used as windshields.
  • the examples according to the invention have a significantly lower TTS value—the TCO layer 23 instead of a dielectric layer sequence significantly reduces the radiated solar energy and increases the thermal comfort in the vehicle.
  • a high degree of reflection which is comparable to the comparative example, can be achieved with respect to the p-polarized radiation of the HUD projector 4, so that the composite panes 10 are suitable as a projection surface of a generic HUD projection arrangement.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend - eine Verbundscheibe (10), umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, mit einem HUD-Bereich (B); und - einen HUD-Projektor (4), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist; wobei - die Strahlung des Projektors (4) zumindest teilweise p-polarisiert ist und - die Verbundscheibe (10) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren; und wobei - die Reflexionsbeschichtung (20) n elektrisch leitfähige Schichten (21) auf Basis von Silber und (n+1) Schichtmodule (M1, M2, M3) umfasst, wobei die Schichtmodule (M1, M2, M3) 15 und die elektrisch leitfähigen Schichten (21) alternierend angeordnet sind, so dass jede elektrisch leitfähige Schicht (21) zwischen zwei Schichtmodulen (M1, M2, M3) angeordnet ist, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 ist, und - mindestens eines der Schichtmodule (M1, M2, M3) als Schicht (23) auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids ausgebildet ist, und die übrigen Schichtmodule (M1, M2, 20 M3), soweit vorhanden, als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen (22a, 22b, 22c) ausgebildet sind.

Description

Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) mit p-polarisierter Strahlung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display und ihre Verwendung.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, typischerweise im Bereich des Armaturenbretts, 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.
HUD-Projektoren werden überwiegend mit s-polarisierter Strahlung betrieben und bestrahlen die Windschutzscheibe mit einem Einfallswinkel von etwa 65%, was nahe dem Brewster- Winkel für einen Luft-Glas-Übergang liegt (56,5° für Kalk-Natron-Glas). Dabei tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden externen Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch tritt neben dem gewünschten Hauptbild auch ein leicht versetztes Nebenbild auf, das sogenannte Geisterbild („Ghost“). Das Problem wird üblicherweise dadurch gemindert, dass die Oberflächen in einem Winkel zueinander eingeordnet werden, insbesondere durch Verwendung einer keilartigen Zwischenschicht zur Lamination der als Verbundscheibe ausgebildeten Windschutzscheiben, so dass Hauptbild und Geisterbild einander überlagert werden. Verbundgläser mit Keilfolien für HUDs sind beispielsweise aus W02009/071135A 1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt.
Die Keilfolien sind kostspielig, so dass die Herstellung einer solchen Verbundscheibe für ein HUD recht kostenintensiv ist. Es besteht daher Bedarf an HUD-Projektionsanordnungen, die mit Windschutzscheiben ohne Keilfolien auskommen. So ist es beispielsweise möglich, den HUD-Projektor mit p-polarisierter Strahlung zu betreiben, welche an den Scheibenoberflächen nicht wesentlich reflektiert wird. Als Reflexionsfläche für die p-polarisierte Strahlung weist die Windschutzscheibe stattdessen eine Reflexionsbeschichtung auf. Die DE102014220189A1 offenbart eine solche HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird. Als reflektierende Struktur wird unter anderem eine einzelne metallische Schicht vorgeschlagen mit einer Dicke von 5 nm bis 9 nm, beispielsweise aus Silber oder Aluminium. Weitere HUD-Projektionsanordnung mit reflektierenden Beschichtungen gegenüber p-polarisierter Strahlung, die eine einzelne metallische Schicht aufweisen, sind beispielsweise aus W02021/004685A1und W02021/104800A1 bekannt.
Die Beschichtungen mit einer einzelnen metallischen Schicht können gute reflektierende Eigenschaften gegenüber der p-polarisierten Strahlung des Projektors aufweisen. Häufig soll die Beschichtung jedoch auch reflektierende Eigenschaften gegenüber der infraroten Sonnenstrahlung aufweisen, um die Erwärmung des Innenraums zu vermeiden. Die diesbezügliche Wirksamkeit von Beschichtungen mit einer einzelnen metallischen Schicht, insbesondere Silberschicht, ist jedoch sehr eingeschränkt. Eine Verbesserung wäre grundsätzlich durch die Wahl einer sehr dicken metallischen Schicht möglich. Der Gestaltungsfreiheit sind in dieser Hinsicht aber enge Grenzen gesetzt, weil die metallische Schicht auch die Transmission im sichtbaren Spektralbereich herabsetzt, an die bei Windschutzscheiben hohe Anforderungen gestellt werden.
Es sind auch Beschichtungen mit mehreren metallischen Schichten vorgeschlagen worden, die durch dielektrische Schichten voneinander getrennt sind. Beispielhaft sein auf WO2019046157A1 , WO2019179683A1, W02020094422A1 , W02020094423A1 verwiesen. Durch solche Beschichtungen sind bessere IR-reflektierende Eigenschaften bei einer vergleichsweise hohen Transmission im sichtbaren Spektralbereich möglich. Die Abscheidung solcher komplexeren Beschichtungen mit einer Vielzahl von Einzelschichten ist jedoch technisch aufwändig.
Die Gestaltung der Beschichtung kann auch nicht rein unter Berücksichtigung der IR- Reflexion und der Transmission im sichtbaren Spektralbereich erfolgen. Der Einsatz als reflektierende Beschichtung für die Strahlung eines HUD-Projektors stellt weitere Anforderungen an die Beschichtung, insbesondere einen hohen Reflexionsgrad gegenüber p-polarisierter Strahlung im sichtbaren Spektralbereich und ein möglichst glattes Reflexionsspektrum, das heißt einen möglichst konstanten Reflexionsgrad, um eine möglichst farbneutrale Darstellung der HUD-Projektion zu ermöglichen. US2017242247A1 offenbart beispielsweise eine weitere HUD-Projektionsanordnung mit einer Reflexionsbeschichtung für p-polarisierte Strahlung, die mehrere leitfähige Silberschichten enthalten kann, darüber hinaus dielektrische Schichten. Das Reflexionsspektrum weist im relevanten Spektralbereich aber eine deutlich gekrümmte Form auf, so dass der Reflexionsgrad relativ stark wellenlängenabhängig ist. WO2019179683A1 offenbart ein HUD-Projektionsanordnung, wobei die Windschutzscheibe eine Reflexionsbeschichtung für die p-polarisierte HUD-Strahlung aufweist, welche vier elektrisch leitfähige Silberschichten und dazwischenliegende dielektrische Schichtenfolgen umfasst. Die dielektrischen Schichtenfolgen können dielektrische Anpassungsschichten aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid enthalten.
Es besteht daher Bedarf an weiter verbesserten Projektionsanordnungen für p-polarisierte HUDs mit Reflexionsbeschichtungen. Die Beschichtung soll eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und einen hohen Reflexionsgrad gegenüber infraroter Anteile der Sonnenstrahlung gewährleisten sowie einen hohen und möglichst konstanten Reflexionsgrad gegenüber der p-polarisierten Strahlung des HUD-Projektors im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Projektionsanordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) umfasst mindestens eine Verbundscheibe, die mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist, und einen Projektor (HUD-Projektor). Wie bei HUDs üblich bestrahlt der 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 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“.
Die Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist bevorzugt eine Windschutzscheibe (Frontscheibe) eines Fahrzeugs zu Lande, im Wasser oder in der Luft, insbesondere die Wndschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personen- oder Lastkraftwagens, oder die Frontscheibe eines Flugzeugs, Schiffs oder Schienenfahrzeugs, insbesondere Zugs. HUDs, bei denen die Projektorstrahlung an einer Wndschutzscheibe reflektiert wird, um ein für den Fahrer (Betrachter) wahrnehmbares Bild zu erzeugen, sind besonders gebräuchlich. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, die HUD-Projektion an andere Scheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben zu projizieren, beispielsweise an eine Seitenscheibe oder Heckscheibe. Durch das HUD einer Seitenscheibe können beispielsweise Personen oder andere Fahrzeuge markiert werden, mit denen eine Kollision droht, sofern deren Position durch Kameras oder andere Sensoren festgestellt wird. Ein HUD einer Heckscheibe kann bei Rückwärtsfahrt Informationen für den Fahrer liefern.
Die Verbundscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante auf sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Im Falle einer Windschutzscheibe wird die Oberkante häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkante. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden
Der Projektor ist auf den HUD-Bereich der Verbundscheibe gerichtet. Die Strahlung des Projektors ist zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig p-polarisiert. Die Reflexionsbeschichtung ist geeignet, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren. Dadurch wird aus der Projektorstrahlung ein virtuelles Bild erzeugt, welches der Fahrer des Fahrzeugs von ihm aus gesehen hinter der Verbundscheibe wahrnehmen kann.
Die Reflexionsbeschichtung ist eine Dünnschicht-Beschichtung, also eine Schichtenfolge dünner Einzelschichten, die auch als Dünnschichtstapel bezeichnet werden kann. Die Reflexionsbeschichtung umfasst n elektrisch leitfähige Schichten auf Basis von Silber (im Folgenden auch als Silberschichten bezeichnet) und (n+1) Schichtmodule, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 ist. Die Schichtmodule und die elektrisch leitfähigen Schichten sind alternierend angeordnet, so dass jede elektrisch leitfähige Schicht zwischen zwei Schichtmodulen angeordnet ist. Die Reflexionsbeschichtung weist also von unten nach oben zumindest den Aufbau „Schichtmodul - elektrisch leitfähige Schicht - Schichtmodul“ auf, wobei oberhalb weitere Einheiten „elektrisch leitfähige Schicht - Schichtmodul“ folgen können.
Mit Schichtmodul wird eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten bezeichnet, die zusätzlich zu den Silberschichten vorhanden sind, insbesondere den oberen und unteren Abschluss des Schichtaufbaus bilden und benachbarte Silberschichten voneinander trennen, falls mehrere Silberschichten vorhanden sind. Beschichtungen dieser Art sind bekannt. Nach herkömmlicher Weise sind die Schichtmodule als dielektrische Schichten oder Schichtenfolge ausgebildet. Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäß mindestens eines der Schichtmodule als Schicht auf Basis eines transparenten elektrisch leitfähigen Oxids (TCO, transparent conductive oxide) ausgebildet (im Folgenden auch als TCO-Schicht bezeichnet).
Die Schichtmodule dienen dem Korrosionsschutz der Silberschichten und haben Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Reflexionsbeschichtung. Bislang schien die Ansicht vorzuherrschen, dass diese Schichtmodule als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen ausgebildet sein müssen. Die Erfinder haben erkannt, dass die Funktion auch von TCO- Schichten erfüllt werden kann. Die TCO-Schichten haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie den Energieeintrag in den Fahrzeuginnenraum mindern aufgrund ihrer reflektierenden Eigenschaften im infraroten Spektra Ibereich (IR-Bereich). Sie sind im sichtbaren Spektralbereich dagegen weitestgehend transparent, so dass die Lichttransmission nicht wesentlich herabgesetzt wird. Die transmissionsmindernde Wirkung ist insbesondere geringer als diejenige der Silberschichten. Außerdem ermöglicht der erfindungsgemäße Schichtaufbau Reflexionsbeschichtungen mit hohem und vergleichsweise konstantem Reflexionsvermögen gegenüber p-polarisierter Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, wodurch eine intensive und farbneutrale HUD-Projektion realisierbar ist. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Es können ein oder mehrere Schichtmodule als TCO-Schicht ausgebildet sein. Sind außer den als TCO-Schicht ausgebildeten Schichtmodulen weitere Schichtmodule vorhanden, so sind diese jeweils als dielektrische Schicht oder Schichtenfolge ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist genau eines der Schichtmodule als TCO-Schicht ausgebildet, während alle übrigen Schichtmodule als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen ausgebildet sind. Da dielektrische Schichten typischerweise kostengünstiger abgeschieden werden können als TCO-Schichten, kann eine solche Verbundscheibe günstiger hergestellt werden. Außerdem können die dielektrischen Schichten die Beschichtung ebenfalls mit vorteilhaften Eigenschaften versehen, beispielsweise einer Barrierewirkung gegen die Diffusion von Alkaliionen. Aufgrund dieser Barrierewirkung, die eine Diffusion von Alkaliionen aus dem Glas in die Silberschicht verhindern kann, ist das unterste Schichtmodul unter der untersten Silberschicht bevorzugt als dielektrische Schicht oder Schichtenfolge ausgebildet.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken werden die dielektrischen Schichten, welche herkömmlich die Schichtmodule bilden, im TCO-Schichtmodul insgesamt durch die TCO- Schicht ersetzt. Das Schichtmodul ist also vollständig als TCO-Schicht ausgebildet und enthält keine weiteren Schichten außer der TCO-Schicht, insbesondere keine dielektrischen Schichten. Das bedeutet, dass zwischen der TCO-Schicht und der darüber liegenden elektrisch leitfähigen Schicht, soweit eine solche vorhanden ist, sowie zwischen der TCO- Schicht und der darunter liegenden elektrisch leitfähigen Schicht, soweit eine solche vorhanden ist, keine dielektrische Schicht angeordnet ist. Ist das TCO-Schichtmodul das oberste Schichtmodul, so ist oberhalb der TCO-Schicht und zwischen der TCO-Schicht und der darunterliegenden Silberschicht bevorzugt keine dielektrische Schicht angeordnet. Ist das TCO-Schichtmodul das unterste Schichtmodul, so ist unterhalb der TCO-Schicht und zwischen der TCO-Schicht und der darüberliegenden Silberschicht bevorzugt keine dielektrische Schicht angeordnet.
Bevorzugt besteht die Reflexionsbeschichtung aus den Silberschichten und den Schichtmodulen und weist keine weiteren Schichten auf. Eine Ausnahme hiervon bilden sehr dünne, metallhaltige Blockerschichten mit einer Dicke von weniger als 1 nm, die optional zwischen den Silberschichten und den benachbarten Schichtmodulen vorhanden sein können. Die Reflexionsbeschichtung weist also bevorzugt außer den Silberschichten und den Schichtmodulen keine weiteren Schichten mit einer Dicke von mehr als 1 nm auf. Anders ausgedrückt besteht die Reflexionsbeschichtung bevorzugt aus den Silberschichten und den Schichtmodulen sowie optionalen Blockerschichten mit einer Dicke von weniger als 1 nm.
Die Angabe von Schichtdicken oder Dicken beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die geometrische Dicke einer Schicht.
Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter von dem Substrat, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet ist, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht.
Ist eine Schicht auf Basis eines Materials ausgebildet, so besteht die Schicht mehrheitlich aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen aus diesem Material neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen.
Die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht ist auf Basis von Silber ausgebildet. Die mindestens eine leitfähige Schicht enthält bevorzugt mindestens 90 Gew. % Silber, besonders bevorzugt mindestens 99 Gew. % Silber, ganz besonders bevorzugt mindestens 99,9 Gew. % Silber. Die Silberschicht kann Dotierungen aufweisen, beispielsweise Paladium, Gold, Kupfer oder Aluminium. Die Dicke der Silberschicht beträgt bevorzugt mindestens 7 nm, besonders bevorzugt mindestens 9 nm. Die Dicke der Silberschicht beträgt bevorzugt höchstens 14 nm. In diesem Bereich für die Dicke können besonders vorteilhafte Eigenschaften der Reflexionsbeschichtung erreicht werden. Die Silberschichten sind einerseits dick genug, um signifikante IR-reflektierende Eigenschaften aufzuweisen und nicht zu Entnetzungsproblemen bei einer Temperaturbehandlung zu führen. Als Entnetzung wird dabei eine inselartige Akkumulation des Silbers statt einer homogenen Schicht bezeichnet, was bei sehr dünnen Silberschichten auftreten kann. Die Silberschichten sind andererseits dünn genug, um eine hohe Lichttransmission zu gewährleisten. Die gewünschten reflektierenden Eigenschaften gegenüber p-polarisierter Strahlung können in diesem Bereich für die Dicke der Silberschicht ebenfalls vorteilhaft realisiert werden. Weist die Reflexionsbeschichtung mehrere Silberschichten auf, so gelten die vorstehenden bevorzugten Bereiche für die Schichtdicke grundsätzlich für jede der Silberschichten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Zahl n gleich 1. Die Reflexionsbeschichtung umfasst dann genau eine einzelne Silberschicht und zwei Schichtmodule, nämlich je ein Schichtmodul oberhalb und unterhalb der Silberschicht. Die Reflexionsbeschichtung enthält dabei also nicht mehr als eine Silberschicht, und auch oberhalb oder unterhalb der Reflexionsbeschichtung sind keine weiteren Silberschichten angeordnet. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die erforderlichen Eigenschaften mit einem einfachen Aufbau mit nur einer Silberschicht erreicht werden kann. Dadurch wird die Abscheidung der Beschichtung vergleichsweise technisch einfach und kostengünstig gestaltet und die einzelne Silberschicht setzt die Lichttransmission nicht übermäßig herab. Die Reflexionsbeschichtung weist dann den folgenden grundsätzlichen Schichtaufbau auf ausgehend vom Substrat, auf dem sie abgeschieden ist („von unten nach oben“):
Schichtmodul elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber Schichtmodul
Es sind folgende Schichtaufbauten von unten nach oben möglich: dielektrische Schicht/Schichtenfolge - Silberschicht - TCO-Schicht TCO-Schicht - Silberschicht - dielektrische Schicht/Schichtenfolge TCO-Schicht - Silberschicht - TCO-Schicht Dabei sind die beiden erstgenannten Schichtaufbauten mit nur einer TCO-Schicht bevorzugt. Eine TCO-Schicht unterhalb der Silberschicht bietet den Vorteil, dass Silberschichten besonders gute Schichteigenschaften ausbildet, wenn sie auf TCO-Schichten abgeschieden sind aufgrund einer ähnlichen Kristallstruktur. Eine TCO-Schicht oberhalb der Silberschicht bietet den Vorteil, dass ihr Oxidationsgrad gut eingestellt werden kann, der wiederum Einfluss ausübt auf ihre Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff und damit auf die Oxidation der Silberschicht, insbesondere während einer Temperaturbehandlung. So kann insbesondere durch eine unterstöchiometrische TCO-Schicht die Korrosion des Silbers verhindern, weil der dazu nötige Sauerstoff von der mit Sauerstoffmangel behafteten TCO-Schicht aufgenommen wird. Ein dielektrisches Schichtmodul unterhalb der Silberschicht hat darüber hinaus den Vorteil, dass es die Diffusion von Alkaliionen aus dem Glas in die Silberschicht wirksamer verhindern kann als ein TCO-Schichtmodul. Die Eigenschaften der Silberschicht können somit vorteilhaft beeinflusst werden.
Die Reflexionsbeschichtung kann auch mehr als eine Silberschicht umfassen, beispielsweise zwei Silberschichten. Die Reflexionsbeschichtung weist dann den folgenden grundsätzlichen Schichtaufbau auf ausgehend vom Substrat, auf dem sie abgeschieden ist („von unten nach oben“):
Schichtmodul elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber
Schichtmodul elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber
Schichtmodul
Bevorzugt ist auch hier nur eines der Schichtmodule als TCO-Schicht ausgebildet, während die beiden anderen Schichtmodule als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist das Schichtmodul zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten als TCO-Schicht ausgebildet.
Eine Reflexionsbeschichtung mit mehreren Silberschichten, insbesondere zwei Silberschichten kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die einzelnen Silberschichten mit geringer Dicke ausgebildet werden sollen, beispielsweise um die Lichttransmission zu erhöhen. Die Dicke der einzelnen Silberschichten beträgt dabei besonders bevorzugt von 7 nm bis 10 nm. Mindestens ein Schichtmodul ist erfindungsgemäß als TCO-Schicht ausgebildet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das TCO Indium-Zinn-Oxid (ITO, indium tin oxide). ITO weist besonders gute IR-reflektierende Eigenschaften auf und lässt sich gut abscheiden, insbesondere mittels Kathodenzerstäubung. Außerdem zeigt ITO vorteilhafte Wechselwirkungen mit Silberschichten. So lassen sich Silberschichten mit hoher Qualität auf ITO-Schichten abscheiden aufgrund einer sehr ähnlichen Kristallstruktur. Grundsätzlich können aber auch andere TCOs eingesetzt werden, beispielsweise Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO), Gallium-dotiertes Zinkoxid (GZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, Sn02:F), Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, Sn02:Sb) oder Niob-dotiertes Titanoxid (Ti02:Nb).
Die Dicke der mindestens einen TCO-Schicht beträgt bevorzugt von 20 nm bis 100 nm beträgt, bevorzugt von 30 nm bis 80 nm. Damit werden gute Ergebnisse erzielt im Hinblick auf die IR-reflektierenden Eigenschaften und die reflektierenden Eigenschaften gegenüber der p-polarisierten Strahlung des HUD-Projektors. Die TCO-Schicht ist insbesondere dünn genug, um die Lichttransmission nicht in kritischem Maße herabzusetzen, andererseits dick genug, um die Silberschicht wirksam vor Korrosion zu schützen. Weist die Reflexionsbeschichtung mehrere TCO-Schichten auf, so gelten die vorstehenden bevorzugten Bereiche für jede der TCO-Schichten.
Die TCO-Schicht ist bevorzugt unterstöchiometrisch ausgebildet, weist also einen unterstöchiometrischen Sauerstoffgehalt auf. Sauerstoff wird dann beispielsweise während einer Temperaturbehandlung von den unterstöchiometrischen TCO schichten aufgenommen und kann nicht mir den Silberschichten reagieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Reflexionsbeschichtung mindestens eine Blockerschicht auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung (metallische Blockerschicht). Die Blockerschicht steht bevorzugt mit einer Silberschicht in direktem Kontakt. Bevorzugt ist die Blockerschicht dabei oberhalb der Silberschicht angeordnet. Die Blockerschicht ist dann zwischen der Silberschicht und dem darüber liegenden Schichtmodul angeordnet und dient dem Oxidationsschutz der Silberschicht insbesondere bei Temperaturbehandlungen der beschichteten Scheibe, wie sie typischerweise im Rahmen von Biegeprozessen Vorkommen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Blockerschicht unterhalb der Silberschicht vorhanden sein. Die Blockerschicht ist dann zwischen der Silberschicht und dem darunter liegenden Schichtmodul angeordnet. Ein solche Blockerschicht unterhalb der Silberschicht verbessert die Adhäsion der Silberschicht. Umfasst die Reflexionsbeschichtung mehr als eine Silberschicht, so ist mindestens einer Silberschicht eine solche Blockerschicht zugeordnet, besonders bevorzugt jeder Silberschicht. Die Blockerschicht weist bevorzugt eine Dicke von weniger als 1 nm auf, besonders bevorzugt von 0,1 nm bis 0,5 nm. Die Blockerschicht kann beispielsweise auf Basis von Nickel (Ni), Chrom (Cr), Niob (Nb), Titan (Ti) oder Mischungen oder Legierungen davon ausgebildet sein. Die Blockerschicht ist bevorzugt auf Basis von Titan oder einer Nickel-Chrom-Legierung ausgebildet. Für eine Reflexionsbeschichtung mit einer einzelnen Silberschicht ergeben sich die folgenden besonders bevorzugten Schichtenfolgen („von unten nach oben“): dielektrische Schicht/Schichtenfolge - (optionale Blockerschicht) - Silberschicht - Blockerschicht - TCO-Schicht
TCO-Schicht - (optionale Blockerschicht) - Silberschicht - Blockerschicht - dielektrische Schicht/Schichtenfolge
TCO-Schicht - (optionale Blockerschicht) - Silberschicht - Blockerschicht - TCO-Schicht
Diejenigen Schichtmodule, die nicht als TCO-Schicht ausgebildet sind, sind als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen ausgebildet (dielektrische Schichtmodule). Die optische Dicke der dielektrischen Schichtmodule beträgt bevorzugt von 50 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt von 60 nm bis 120 nm, ganz besonders bevorzugt von 70 nm bis 100 nm. Damit werden besonders vorteilhafte optische Eigenschaften der Reflexionsbeschichtung erreicht. Die dielektrischen Schichten weisen hinsichtlich der Silberschichten eine entspiegelnde Wirkung auf, so dass die Lichttransmission erhöht wird, und beeinflussen das Reflexionsspektrum gegenüber der Strahlung des HUD-Projektors. Im genannten Bereich für die optische Dicke wird eine vorteilhafte Lichttransmission erreicht sowie eine ausgeprägte und gleichmäßige (farbneutrale) Reflexion gegenüber der Strahlung des HUD-Projektors Die optische Dicke ist das Produkt aus der geometrischen Dicke und dem Brechungsindex (bei 550 nm). Die optische Dicke einer Schichtenfolge berechnet sich als Summe der optischen Dicken der Einzelschichten.
Die dielektrischen Schichtmodule können als dielektrische Einzelschichten oder als dielektrische Schichtenfolgen ausgebildet sein. Die dielektrischen Schichten können beispielsweise auf Basis von Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Zinkoxid, Zinnoxid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium-Metall-Mischnitriden wie Silizium-Zirkonium-Nitrid, Zirkoniumoxid, Nioboxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Wolframoxid oder Siliziumkarbid ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Reflexionsbeschichtung keine dielektrischen Schichten, deren Brechungsindex weniger als 1,9 beträgt. Alle dielektrischen Schichten der Reflexionsbeschichtung weisen also einen Brechungsindex von mindestens 1 ,9 auf. Da für niedrigbrechende Schichten mit einem Brechungsindex von kleiner als 1 ,9 insbesondere Siliziumoxid-Schichten in Frage kommen, die geringe Abscheidungsraten bei der magnetfeldunterstützten Kathodenabscheidung aufweisen, lässt sich die erfindungsgemäße Reflexionsbeschichtung so schnell und kostengünstig hersteilen.
Brechungsindizes sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich bezogen auf eine Wellenlänge von 550 nm angegeben. Der Brechungsindex kann beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmt werden. Ellipsometer sind kommerziell erhältlich, beispielsweise von der Firma Sentech.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst jedes dielektrische Schichtmodul eine dielektrische Schicht, die als Entspiegelungsschicht bezeichnet werden kann und bevorzugt auf Basis eines Oxids, beispielsweise Zinnoxid, und/oder eines Nitrids, beispielsweise Siliziumnitrid, besonders bevorzugt auf Basis von Siliziumnitrid. Siliziumnitrid hat sich aufgrund seiner optischen Eigenschaften, seiner einfachen Verfügbarkeit sowie seiner hohen mechanischen und chemischen Stabilität bewährt. Das Silizium ist bevorzugt dotiert, beispielsweise mit Aluminium oder Bor. Ist das dielektrische Schichtmodul das oberste Schichtmodul oberhalb der obersten Silberschicht, so ist die Entspiegelungsschicht im Falle einer Schichtenfolge bevorzugt die oberste Schicht der Schichtenfolge. In allen anderen Fällen (dielektrisches Schichtmodul als unterstes Schichtmodul oder als zwischen zwei Silberschichten befindliches Schichtmodul) ist die Entspiegelungsschicht im Falle einer Schichtenfolge bevorzugt die unterste Schicht der Schichtenfolge. Neben den vorteilhaften optischen Eigenschaften weisen solche Entspiegelungsschichten, insbesondere auf Basis von Siliziumnitrid, eine gute Barrierewirkung auf gegen die Diffusion von Ionen (beispielsweise Alkaliionen aus den Glasscheiben), so dass die Entspiegelungsschicht die funktionale Silberschicht chemisch schützt.
Neben der Entspiegelungsschicht können optional weitere dielektrische Schichten vorhanden sein, bevorzugt solche mit einem Brechungsindex von mindestens 1 ,9. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das dielektrische Schichtmodul eine dielektrische Anpassungsschicht, welche die Reflektivität der Silberschicht verbessert. Die Anpassungsschicht ist bevorzugt auf Basis von Zinkoxid ausgebildet, besonders bevorzugt Zinkoxid Zhqi-d mit 0 < d < 0,01. Die Anpassungsschicht enthält weiter bevorzugt Dotierungen. Die Anpassungsschicht kann beispielsweise Aluminium-dotiertes Zinkoxid (ZnO:AI) enthalten. Das Zinkoxid wird bevorzugt unterstöchiometrisch bezüglich des Sauerstoffs abgeschieden um eine Reaktion von überschüssigem Sauerstoff mit der silberhaltigen Schicht zu vermeiden. Die Anpassungsschicht ist bevorzugt angeordnet zwischen der Silberschicht und der Entspiegelungsschicht. Die Anpassungsschicht ist vorteilhaft im Hinblick auf die Kristallstruktur der darüberliegenden Silberschicht. Außerdem kann sie die Silberschicht vor Korrosion schützen, insbesondere wenn sie unterstöchiometrisch abgeschieden ist und folglich in der Lage ist, überschüssigen Sauerstoff aufzunehmen und an der Reaktion mit der Silberschicht zu hindern.
Das dielektrische Schichtmodul kann auch eine brechungsindexsteigernde Schicht umfassen, die einen höheren Brechungsindex aufweist als die Entspiegelungsschicht. Dadurch können die optischen Eigenschaften weiter verbessert und feineingestellt werden, insbesondere die Reflexionseigenschaften. Die brechungsindexsteigernde Schicht bewirkt insbesondere eine bessere Entspiegelung der Silberschichten, so dass die Lichttransmission erhöht wird. Die brechungsindexsteigernde Schicht weist bevorzugt einen Brechungsindex von mindestens 2,1 auf. Die brechungsindexsteigernde Schicht ist bevorzugt auf Basis eines Silizium-Metall- Mischnitrids wie Silizium-Zirkonium-Mischnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid oder Silizium- Hafnium-Mischnitrid, besonders bevorzugt Silizium-Zirkonium-Mischnitrid. Der Anteil an Zirkonium beträgt dabei bevorzugt zwischen 15 und 45 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 15 und 30 Gew.-%. Als alternative Materialien kommen beispielsweise Wolframoxid (WO3), Nioboxid (Nb20s), Wismutoxid (B12O3), Titanoxid (T1O2) und/oder Aluminiumnitrid (AIN) in Betracht Die brechungsindexsteigernde Schicht sind bevorzugt zwischen der Entspiegelungsschicht und der Silberschichtung angeordnet beziehungsweise zwischen der Anpassungsschicht (soweit vorhanden) und der Entspiegelungsschicht.
Die Dicke der Anpassungsschicht, soweit eine solche vorhanden ist, beträgt bevorzugt von 5 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 12 nm. Die Dicke der brechungsindexsteigernden Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 12 nm. Die Dicke der Entspiegelungsschicht wird bevorzugt so gewählt, dass insgesamt eine optische Dicke der gesamten Schichtenfolge in den vorstehend genannten bevorzugten Bereichen erreicht wird. Sind neben der Entspiegelungsschicht sowohl eine Anpassungsschicht als auch eine brechungsindexsteigende Schicht vorhanden, so beträgt die Dicke der Entspiegelungsschicht besonders bevorzugt von 10 nm bis 40 nm.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die dielektrischen Schichtenfolgen außer der besagten Entspiegelungsschicht, der optionalen brechungsindexsteigernden Schicht und der optionalen Anpassungsschicht keine weiteren Schichten auf, so dass die dielektrischen Schichtenfolgen aus den besagten Schichten bestehen.
Sind mehrere dielektrische Schichtmodule vorhanden, so gelten die vorstehenden Ausführungen zu bevorzugten Ausgestaltungen unabhängig voneinander für die Schichtmodule.
Die in der vorliegenden Beschreibung genannten Materialien können stöchiometrisch, unterstöchiometrisch ober überstöchiometrisch abgeschieden sein. Die Materialien können Dotierungen aufweisen, insbesondere Aluminium, Bor, Zirkonium oder Titan. Durch die Dotierungen können an sich dielektrische Materialien mit einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit versehen werden. Der Fachmann wird sie hinsichtlich Ihrer Funktion dennoch als dielektrische Schichten identifizieren, wie es im Bereich der dünnen Schichten üblich ist. Das Material der dielektrischen Schichten weist bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit (Kehrwert des spezifischen Widerstands) von kleiner 104 S/m auf. Das Material der elektrisch leitfähigen Schichten (insbesondere TCO-Schichten, Silberschichten) weist bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit von größer 104 S/m auf.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein dielektrisches Schichtmodul vorhanden. Das mindestens eine dielektrische Schichtmodul ist dabei aus genau einer dielektrischen Schicht ausgebildet, bevorzugt einer Entspiegelungsschicht mit einem Brechungsindex von mindestens 1,9, besonders bevorzugt auf Basis von Siliziumnitrid. Die Dicke der Entspiegelungsschicht beträgt dabei bevorzugt von 25 nm bis 75 nm, besonders bevorzugt von 30 nm bis 60 nm, ganz besonders bevorzugt von 35 nm bis 50 nm. Im bevorzugten Falle einer einzelnen Silberschicht und einem einzelnen TCO-Schichtmodul ergeben sich die bevorzugten Schichtenfolgen ausgehend vom Substrat („von unten nach oben“):
Entspiegelungsschicht - Silberschicht - TCO-Schicht TCO-Schicht - Silberschicht - Entspiegelungsschicht In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein dielektrisches Schichtmodul vorhanden. Das mindestens eine dielektrische Schichtmodul ist dabei aus genau zwei dielektrischen Schicht ausgebildet, bevorzugt einer Entspiegelungsschicht und einer Anpassungsschicht mit einem Brechungsindex von jeweils mindestens 1,9. Die Entspiegelungsschicht ist besonders bevorzugt auf Basis von Siliziumnitrid ausgebildet, die Anpassungsschicht auf Basis von Zinkoxid. Die Dicke der Anpassungsschicht beträgt besonders bevorzugt von 5 nm bis 20 nm, insbesondere von 8 nm bis 12 nm Die Dicke der Entspiegelungsschicht wird bevorzugt so gewählt, dass das dielektrische Schichtmodul insgesamt eine optische Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweist, besonders bevorzugt von 60 nm bis 120 nm, ganz besonders bevorzugt von 70 nm bis 100 nm. Die Anpassungsschicht ist bevorzugt zwischen der Entspiegelungsschicht und der Silberschicht angeordnet Im bevorzugten Falle einer einzelnen Silberschicht und einem einzelnen TCO-Schichtmodul ergeben sich die bevorzugten Schichtenfolgen ausgehend vom Substrat („von unten nach oben“):
Entspiegelungsschicht - Anpassungsschicht - Silberschicht - TCO-Schicht
TCO-Schicht - Silberschicht - Anpassungsschicht - Entspiegelungsschicht
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein dielektrisches Schichtmodul vorhanden. Das mindestens eine dielektrische Schichtmodul ist dabei aus genau drei dielektrischen Schicht ausgebildet, bevorzugt einer Entspiegelungsschicht mit einem Brechungsindex von mindestens 1 ,9, einer brechungsindexsteigernden Schicht mit einem Brechungsindex von mindestens 2,1 und einer Anpassungsschicht mit einem Brechungsindex von mindestens 1,9. Die Entspiegelungsschicht ist besonders bevorzugt auf Basis von Siliziumnitrid ausgebildet, die brechungsindexsteigernde Schicht auf Basis eines Silizium- Metall-Mischnitrids (wie Silizium-Zirkonium-Mischnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid oder Silizium-Hafnium-Mischnitrid), die Anpassungsschicht auf Basis von Zinkoxid. Die Dicke der Anpassungsschicht und der brechungsindexsteigernden Schicht beträgt besonders bevorzugt jeweils von 5 nm bis 20 nm, insbesondere von 8 nm bis 12 nm Die Dicke der Entspiegelungsschicht wird bevorzugt so gewählt, dass das dielektrische Schichtmodul insgesamt eine optische Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweist, besonders bevorzugt von 60 nm bis 120 nm, ganz besonders bevorzugt von 70 nm bis 100 nm. Sie beträgt ganz besonders bevorzugt von 10 nm bis 40nm. Die Anpassungsschicht weist bevorzugt den geringsten Abstand zur benachbarten Silberschicht auf, während die brechungsindexsteigernde Schicht zwischen der Anpassungsschicht und der Entspiegelungsschicht angeordnet ist. Im bevorzugten Falle einer einzelnen Silberschicht und einem einzelnen TCO-Schichtmodul ergeben sich die bevorzugten Schichtenfolgen ausgehend vom Substrat („von unten nach oben“):
Entspiegelungsschicht - brechungsindexsteigernde Schicht - Anpassungsschicht - Silberschicht - TCO-Schicht
TCO-Schicht - Silberschicht - Anpassungsschicht - brechungsindexsteigernde Schicht - Entspiegelungsschicht
In den drei vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen bestehen die Schichtenfolgen bevorzugt ausschließlich aus den genannten Schichten, wobei zusätzlich optional zwischen der Silberschicht und dem darüberliegenden und/oder dem darunterliegenden Schichtmodul eine metallische Blockerschicht mit einer Dicke von weniger als 1 nm vorhanden ist. Die Blockerschicht ist bevorzugt direkt oberhalb der Silberschicht angeordnet, wo sie besonders effektiv ist. Es ergeben sich die bevorzugten Schichtenfolgen ausgehend vom Substrat („von unten nach oben“):
Entspiegelungsschicht - Silberschicht - Blockerschicht - TCO-Schicht TCO-Schicht - Silberschicht - Blockerschicht - Entspiegelungsschicht Entspiegelungsschicht - Anpassungsschicht - Silberschicht - Blockerschicht - TCO- Schicht
TCO-Schicht - Silberschicht - Blockerschicht - Anpassungsschicht -
Entspiegelungsschicht
Entspiegelungsschicht - brechungsindexsteigernde Schicht - Anpassungsschicht - Silberschicht - Blockerschicht -TCO-Schicht
TCO-Schicht - Silberschicht - Blockerschicht - Anpassungsschicht - brechungsindexsteigernde Schicht - Entspiegelungsschicht Es kann jeweils optional eine zusätzliche Blockerschicht direkt unterhalb der Silberschicht angeordnet sein.
Mit der erfindungsgemäßen Beschichtung können vorteilhafte reflektierende Eigenschaften gegenüber p-polarisierter Strahlung realisiert werden, so dass eine intensitätsstarke HUD- Projektion ermöglicht wird. Die integrierte Lichtreflexion der Verbundscheibe gegenüber p- polarisierter Strahlung, gemessen mit einer p-polarisierten Lichtquelle der Lichtart A bei einem Einfallswinkel von 65° und einem Beobachtungswinkel von 65°, jeweils zur innenraumseitigen Flächennormalen, beträgt bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 15%, ganz besonders bevorzugt mindestens 20%. Die innenraumseitige Flächennormale ist die Flächennormale der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Die Lichtreflexion kann daher auch als innenraumseitige Lichtreflexion bezeichnet werden. Der Einfallswinkle von 65° entspricht der Bestrahlung mit üblichen HUD-Projektoren. Die Lichtreflexion wird an einem Punkt innerhalb des HUD-Bereichs gemessen, bevorzugt im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs.
Um eine möglichst farbneutrale Darstellung der HUD-Projektion zu erreichen, sollte das Reflexionsspektrum im sichtbaren Spektra Ibereich möglichst gleichmäßig sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Reflexionsfarbe im La*b*-Farbraum einen a*-Wert und einen b*-Wert aufweisen, deren Betrag kleiner 5 ist. Auch hier wird die Reflexionsfarbe gemessen mit einer p-polarisierten Lichtquelle der Lichtart A bei einem Einfallswinkel von 65° und einem Beobachtungswinkel von 65°, jeweils zur innenraumseitigen Flächennormalen.
Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Beschichtung aufgrund der zusätzlich zur Silberschicht vorhandenen TCO-Schicht der Wärmeeintrag in das Fahrzeuginnere wirksam reduziert, was einen Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Die insgesamt eingestrahlte Sonnenenergie, ausgedrückt als TTS-Wert gemäß ISO 13837, beträgt bevorzugt höchstens 55%.
Die Reflexionsbeschichtung ist bevorzugt auf einer der der Zwischenschicht zugewandten Oberflächen der beiden Scheiben, also der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe, aufgebracht. Alternativ kann die Reflexionsbeschichtung auch innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet sein, beispielsweise aufgebracht auf einer Trägerfolie, die zwischen zwei thermoplastischen Verbindefolien angeordnet ist. Die Reflexionsbeschichtung ist transparent, was im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sie eine mittlere Transmission im sichtbaren Spektra Ibereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 75 % aufweist und dadurch die Durchsicht durch die Scheibe nicht wesentlich einschränkt. Für die HUD-Projektion ist es grundsätzlich ausreichend, wenn der HUD-Bereich der Verbundscheibe mit der Reflexionsbeschichtung versehen ist. Da die Reflexionsbeschichtung aber auch den Energieeintrag in den Fahrzeuginnenraum reduzieren soll, ist die Verbundscheibe bevorzugt großflächig mit der Reflexionsbeschichtung versehen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit der erfindungsgemäßen
Reflexionsbeschichtung versehen. Insbesondere ist die Reflexionsbeschichtung vollflächig auf die Scheibenoberfläche aufgebracht mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und optional lokaler Bereich, die als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Verbundscheibe gewährleisten sollen und daher nicht mit der Reflexionsbeschichtung versehen sind. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf. Er verhindert den direkten Kontakt der Reflexionsbeschichtung zur umgebenden Atmosphäre, so dass die Reflexionsbeschichtung im Innern der Verbundscheibe vor Korrosion und Beschädigung geschützt ist.
Der Projektor ist innenraumseitig der Verbundscheibe angeordnet und bestrahlt die Verbundscheibe über die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe. Er ist auf den HUD- Bereich gerichtet und bestrahlt diesen zur Erzeugung der HUD-Projektion. Die Strahlung des Projektors ist erfindungsgemäß zumindest teilweise p-polarisiert, weißt also einen p- polarisierten Strahlungsanteil auf. Die Strahlung des Projektors ist bevorzugt überwiegend p- polarisiert, weißt also einen p-polarisierten Strahlungsanteil von größer als 50% auf. Je höher der Anteil der p-polarisierten Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors ist, desto intensitätsstärker ist das gewünschte Projektionsbild und desto intensitätsschwächer sind unerwünschte Reflexionen an den Oberflächen der Verbundscheibe. Der p-polarisierte Strahlungsanteil des Projektors beträgt bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% und insbesondere mindestens 90%. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Strahlung des Projektors im Wesentlichen rein p-polarisiert ist - der p- polarisierte Strahlungsanteil beträgt also 100% oder weicht nur unwesentlich davon ab. Die Angabe der Polarisationsrichtung bezieht sich dabei auf die Einfallsebene der Strahlung auf der Verbundscheibe. Mit p-polarisierter Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld in der Einfallsebene schwingt. Mit s-polarisierter Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld senkrecht zur Einfallsebene schwingt. Die Einfallsebene wird durch den Einfallsvektor und die Flächennormale der Verbundscheibe an einem Punkt innerhalb des HUD-Bereichs, bevorzugt im geometrischen Zentrum des HUD- Bereichs aufgespannt. Aufgrund der im Fahrzeugbereich üblichen Scheibenkrümmung, die sich auf die Einfallsebene und damit auf die Definition der Polarisation auswirkt, kann an anderen Stellen das Verhältnis von p-polarisierter Strahlung zu s-polarisierter Strahlung von diesem Referenzpunkt verschieden sein.
Die vom Projektor ausgesendete p-polarisierte Strahlung bestrahlt beim Betrieb des HUDs den HUD-Bereich zur Erzeugung der HUD-Projektion. Die Strahlung des Projektors liegt im sichtbaren Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums - typische HUD-Projektoren arbeiten mit den Wellenlängen 473 nm, 550 nm und 630 nm (RGB). Da der für HUD- Projektionsanordnungen typische Einfallswinkel dem Brewsterwinkel für einen Luft-Glas- Übergang (56,5° bis 56,6°, Kalk-Natron-Glas, P2=1 ,51-1 ,52) relativ nahekommt, wird p- polarisierte Strahlung von den Scheibenoberflächen kaum reflektiert. Geisterbilder durch Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe und der außenseitigen Oberfläche der Außenschiebe treten daher nur mit geringer Intensität auf. Neben der Vermeidung der Geisterbilder hat die Verwendung p-polarisierter Strahlung auch den Vorteil, dass das HUD-Bild für Träger von polarisationsselektiven Sonnenbrillen erkennbar ist, welche typischerweise nur p-polarisierte Strahlung passieren lassen und s-polarisierte Strahlung blocken.
Die Strahlung des Projektors trifft bevorzugt mit einem Einfallswinkel von 45° bis 70°, insbesondere von 60° bis 70° auf die Verbundscheibe. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weicht der Einfallswinkel um höchstens 10° vom Brewsterwinkel ab. Die p-polarisierte Strahlung wird dann nur unwesentlich an den Oberflächen der Verbundscheibe reflektiert, so dass kein Geisterbild erzeugt wird. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Projektorstrahlung und der innenraumseitigen Flächennormale (also die Flächennormale auf die innenraumseitige externe Oberfläche der Verbundscheibe) im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs. Idealerweise sollte der Einfallswinkel diesem Brewster-Winkel möglichst nahekommen. Es können aber beispielsweise auch Einfallswinkel von 65° verwendet werden, die für HUD-Projektionsanordnungen üblich sind, in Fahrzeugen problemlos zu realisieren sind und nur in einem geringen Maße vom Brewsterwinkel abweichen, so dass die Reflexion der p-polarisierten Strahlung nur unwesentlich zunimmt.
Da die Reflexion der Projektorstrahlung im Wesentlichen an der Reflexionsbeschichtung erfolgt und nicht an den externen Scheibenoberflächen, ist es nicht nötig, die externen Scheibenoberflächen in einem Winkel zueinander anzuordnen, um Geisterbilder zu vermeiden. Unter den externen Scheibenoberflächen werden dabei die voneinander abgewandten Oberflächen der Einzelscheiben bezeichnet, also die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe und die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe. Die externen Oberflächen der Verbundscheibe sind daher bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die thermoplastische Zwischenschicht ist dazu bevorzugt nicht keilartig ausgebildet, sondern weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, insbesondere auch im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante und der Unterkante der Verbundscheibe, ebenso wie die Innenscheibe und die Außenscheibe. Eine keilartige Zwischenschicht würde dagegen im vertikalen Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante der Verbundscheibe eine veränderliche, insbesondere zunehmende Dicke aufweisen. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Da Standardfolien deutlich kostengünstiger sind als Keilfolien, wird die Herstellung der Verbundscheibe günstiger gestaltet.
Die Reflexionsbeschichtung kann auch als beheizbare Beschichtung verwendet werden. Sie muss dazu elektrisch kontaktiert werden, damit sie mit der Spannungsquelle, üblicherweise der Bordspannung des Fahrzeugs, verbunden werden kann. Zum Anschluss an die Spannungsquelle wird die Beschichtung bevorzugt mit Stromsammelschienen ( Busbars ) versehen, welche mit den Polen der Spannungsquelle verbindbar sind, um über einen möglichst großen Teil der Scheibenbreite Strom in die Beschichtung einzuleiten. Die Stromsammelschienen können beispielsweise als aufgedruckte und eingebrannte Leiter ausgebildet sein, typischerweise in Form einer gebrannten Siebdruckpaste mit Glasfritten und Silberpartikeln. Alternativ können aber auch Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie als Sammelleiter verwendet werden, die auf die Beschichtung aufgelegt oder aufgeklebt werden, beispielsweise Kupferfolie oder Aluminiumfolie. Typischerweise sind die beiden Sammelleiter in der Nähe zweier einander gegenüberliegender Seitenkanten der Verbundscheibe positioniert, beispielsweise der Ober- und Unterkante.
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 Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,9 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch die Verbundscheibe (samt Reflexionsbeschichtung) beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70% bezogen auf die Lichtart A, insbesondere wenn sie als Windschutzscheibe ausgebildet 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 Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Außenscheibe getönt oder gefärbt. Dadurch kann die außenseitige Reflekivität der Verbundscheibe verringert werden, wodurch der Eindruck der Scheibe angenehmer gestaltet wird für einen äußeren Betrachter. Um allerdings die vorgeschriebene Lichttransmission von 70% zu gewährleisten (Gesamttransmission), sollte die Außenscheibe bevorzugt eine Lichttransmission von mindestens 80% aufweisen, besonders bevorzugt von mindestens 85%, wenn die Verbundscheibe als Windschutzscheiben verwendet werden soll. Die Innenscheibe und die Zwischenschicht sind bevorzugt klar, also nicht getönt oder gefärbt. Beispielsweise kann grün oder blau gefärbtes Glas als Außenscheibe eingesetzt werden.
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 thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet, insbesondere aus einer Folie auf Basis von PVB, EVA oder PU. Die Folie kann außer dem Polymer weitere Zusätze enthalten, insbesondere Weichmacher. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm.
Die Verbundscheibe wird kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch 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 Reflexionsbeschichtung wird bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) auf die Innenscheibe aufgebracht, besonders bevorzugt durch Kathodenzerstäubung („Sputtern“), ganz besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetron-Sputtern“). Grundsätzlich kann die Beschichtung aber auch beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), beispielsweise plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD), durch Aufdampfen oder durch Atomlagenabscheidung (atomic layerdeposition, ALD) aufgebracht werden. Die Beschichtung werden bevorzugt vor der Lamination auf die Scheiben aufgebracht. Statt die Reflexionsbeschichtung auf eine Scheibenoberfläche aufzubringen, kann sie grundsätzlich auch auf einer Trägerfolie bereitgestellt werden, die in der Zwischenschicht angeordnet wird.
Soll die Verbundscheibe gebogen sein, so werden die Außenscheibe und die Innenscheibe bevorzugt vor der Lamination und bevorzugt nach etwaiger Beschichtungsprozesse einem Biegeprozess unterzogen. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Typische Temperaturen für Glasbiegeprozesse betragen beispielsweise 500°C bis 700°C. Diese Temperaturbehandlung erhöht auch die Transparenz und verringert den Flächenwiderstand der Reflexionsbeschichtung.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundscheibe als Projektionsfläche einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display, wobei ein Projektor auf den HUD-Bereich gerichtet ist, dessen Strahlung zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, bevorzugt im Wesentlichen vollständig p-polarisiert ist. Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen gelten für die Verwendung entsprechend.
Die Erfindung umfasst weiter die Verwendung einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung als HUD in einem Fahrzeug zu Land, zu Wasser oder in der Luft, bevorzugt einem Kraftfahrzeug, Schienenfahrzeug, Flugzeug oder Schiff, insbesondere einem Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen. 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:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe einer gattungsgemäßen
Projektionsanordnung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Projektionsanordnung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Verbundscheibe einer erfindungsgemäßen
Projektionsanordnung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Reflexionsbeschichtung auf einer Innenscheibe,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reflexionsbeschichtung auf einer Innenscheibe.
Figur 1 und Figur 2 zeigen je ein Detail einer gattungsgemäßen Projektionsanordnung für ein HUD. Die Projektionsanordnung umfasst eine Verbundscheibe 10, insbesondere die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die Projektionsanordnung umfasst außerdem einen HUD-Projektor4, weicherauf einen Bereich der Verbundscheibe 10 gerichtet ist. In diesem Bereich, der üblicherweise als HUD-Bereich B bezeichnet wird, können durch den HUD-Projektor 4 Bilder erzeugt werden, welche von einem Betrachter 5 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 10 wahrgenommen werden, wenn sich seine Augen innerhalb der sogenannten Eyebox E befinden.
Die Verbundscheibe 10 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Ihre Unterkante U ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, ihre Oberkante O nach oben in Richtung des Dachs. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum.
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundscheibe 10. 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 Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas und weisen beispielsweise eine Dicke von jeweils 2,1 mm auf. Die Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer PVB- Folie ausgebildet mit einer Dicke von 0,76 mm. Die PVB-Folie weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, abgesehen von einer etwaigen fachüblichen Oberflächenrauigkeit - sie ist nicht als sogenannte Keilfolie ausgebildet. Die außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 2 ist mit einer erfindungsgemäßen Reflexionsbeschichtung 20 versehen, die als Reflexionsfläche für die Projektorstrahlung (und eventuell zusätzlich als IR-reflektierende Beschichtung) vorgesehen ist. Die Reflexionsbeschichtung 20 soll daneben auch als Sonnenschutzbeschichtung dienen und den Energieeintrag in den Fahrzeuginnenraum, der insbesondere durch die infraroten Strahlungsanteile des Sonnenlichts verursacht wird, reduzieren.
Der Strahlung des Projektors 4 ist erfindungsgemäß p-polarisiert, insbesondere im Wesentlichen rein p-polarisiert. Da der HUD-Projektor 4 die Windschutzscheibe 10 mit einem Einfallswinkel von etwa 65° bestrahlt, der nahe dem Brewster- Winkel liegt, wird die Strahlung des Projektors nur unwesentlich an den externen Oberflächen I, IV der Verbundscheibe 10 reflektiert. Die erfindungsgemäße Reflexionsbeschichtung 20 dagegen ist auf die Reflexion p- polarisierter Strahlung optimiert. Sie dient als Reflexionsfläche für die Strahlung des HUD- Projektors 4 zur Erzeugung der HUD-Projektion. Figur 4 zeigt die Schichtenfolge einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reflexionsbeschichtung 20 auf der Innenscheibe 2. Die Reflexionsbeschichtung 20 ist ein Stapel von Dünnschichten. Die Reflexionsbeschichtung 20 umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht 21 auf Basis von Silber. Direkt oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht 21 ist eine metallische Blockerschicht 24 angeordnet. Unterhalb der leitfähigen Schicht 21 ist ein erstes Schichtmodul M1 angeordnet. Oberhalb der leitfähigen Schicht 21 mit der Blockerschicht 24 ist ein zweites Schichtmodul M2 angeordnet.
Das erste Schichtmodul M1 ist als dielektrische Schichtenfolge ausgebildet, wie es allgemein für gattungsgemäße Beschichtungen üblich ist. Die Schichtenfolge besteht von unten nach oben aus einer Entspiegelungsschicht 22a, einer brechungsindexsteigernden Schicht 22c und einer Anpassungsschicht 22b.
Das zweite Schichtmodul M2 ist dagegen aus einer einzelnen Schicht 23 auf Basis eines TCO, nämlich ITO ausgebildet und enthält keine dielektrischen Schichten. Die Schicht 23 erfüllt den Zweck, die Silberschicht 21 vor Korrosion zu schützen. Außerdem verbessert sie die I R- Refl ekti vität der Verbundscheibe 10, so dass der Energieeintrag in den Fahrzeuginnenraum weiter reduziert werden kann. Des Weiteren lässt sich mit der Schicht 23 eine Reflexionsbeschichtung 20 realisieren, die hervorragende Reflexionseigenschaften gegenüber der p-polarisierten Strahlung des HUD-Projektors 4 aufweist, so dass eine intensitätsstarke und farbneutrale Darstellung der HUD-Projektion gewährleistet wird. Das sind große Vorteile der erfindungsgemäßen Reflexionsbeschichtung 20 mit der TCO-Schicht 23. Die Schichtenabfolge ist schematisch der Figur zu entnehmen. Die Schichtenfolge einer Verbundscheibe 10 mit der Reflexionsbeschichtung 20 auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 ist, zusammen mit den Materialien und Schichtdicken der Einzelschichten, in Tabelle 1 dargestellt für vier erfindungsgemäße Beispiele 1 bis 4, die sich in den einzelnen Schichtdicken unterscheiden. Die dielektrischen Schichten können unabhängig voneinander dotiert sein, beispielsweise mit Bor oder Aluminium.
Die optische Dicke einer Schicht ergibt sich jeweils als Produkt aus der in den Tabellen dargestellten geometrischen Dicke und dem Brechungsindex (SiN: 2,0; SiZrN: 2,2, ZnO: 2,0).
Tabelle 1 Auch wenn Reflexionsbeschichtungen 20 mit einer einzelnen leitfähigen Silberschicht 21 bevorzugt sind, so ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Reflexionsbeschichtung kann auch mehrere Silberschichten 21 enthalten, die durch Schichtmodule voneinander getrennt sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die einzelnen Silberschichten 21 dünner ausgestaltet werden sollen. So kann eine hohe Lichttransmission bei einem hohen Reflexionsvermögen gegenüber IR-Strahlung realisiert werden.
Figur 5 zeigt die Schichtenfolge einer solchen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reflexionsbeschichtung 20 mit zwei Silberschichten 21.1, 21.2 auf der Innenscheibe 2. Die Reflexionsbeschichtung 20 ist ein Stapel von Dünnschichten. Zwischen den beiden Silberschichten 21.1, 21.2 ist ein Schichtmodul M2 angeordnet, das erfindungsgemäß aus einer einzelnen Schicht 23 auf Basis eines TCO, nämlich ITO ausgebildet und keine dielektrischen Schichten enthält. Unterhalb der unteren Silberschicht 21.1 ist ein dielektrisches Schichtmodul M1 angeordnet, dass wie in Figur 4 ausgebildet ist. Oberhalb der oberen Silberschicht 21.2 ist zunächst eine metallische Blockerschicht 24 angeordnet und darüber ein weiteres dielektrisches Schichtmodul M3. Die Schichtenfolge des Schichtmoduls M3 besteht von unten nach oben aus einer Anpassungsschicht 22b, einer brechungsindexsteigernden Schicht 22c und einer Entspiegelungsschicht 22a.
Die Schichtenabfolge ist schematisch der Figur zu entnehmen. Die Schichtenfolge einer entsprechenden Verbundscheibe 10 mit der Reflexionsbeschichtung 20 auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 ist, zusammen mit den Materialien und Schichtdicken der Einzelschichten, in Tabelle 2 dargestellt (Beispiel 5). Tabelle 2 Ein Vergleichsbeispiel ist in Tabelle 3 dargestellt. Wie die Beispiel 1 bis 4 umfasst die Reflexionsbeschichtung 20 eine einzelne Silberschicht 21 und zwei Schichtmodule M1, M2. Beide Schichtmodule M1, M2 sind als dielektrische Schichtenfolgen ausgebildet und umfassen jeweils eine Entspiegelungsschicht 22a, eine brechungsindexsteigernde Schicht 22c und eine Anpassungsschicht 22b.
Tabelle 3
Die Anordnung der TCO-Schicht 23 ist in den Beispielen nur beispielhaft zu verstehen. Gemäß der Erfindung kann jedes beliebige Schichtmodul als TCO-Schicht 23. In Tabelle 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel dargestellt (Beispiel 6). Die Reflexionsbeschichtung 20 umfasst auch hier nur eine einzelne Silberschicht 21, wobei im Gegensatz zu den Beispielen 1 bis 4 das untere Schichtmodul M1 als TCO-Schicht 23 ausgebildet ist und das obere Schichtmodul M2 als dielektrische Schichtenfolge. Tabelle 4
In Tabelle 5 sind einige charakterisierende Parameter der Beispiele 1 bis 6 und des Vergleichsbeispiels zusammengefasst. Verglichen werden dabei:
TL(A): integrierte Lichttransmission nach ISO 9050, gemessen mit einer Lichtquelle der Lichtart A
TTS: insgesamt eingestrahlte Sonnenenergie nach ISO 13837 R(A)p-pol: integrierte Lichtreflexion gegenüber p-polarisierter Strahlung, gemessen mit einer p-polarisierten Lichtquelle der Lichtart A bei einem Einfallswinkel von 65° und einem Beobachtungswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen a*(A)p-pol, b*(A)p-pol: Farbwerte im L*a*b*-Farbraum als Reflexionsfarbe gegenüber p-polarisierter Strahlung, gemessen mit einer p-polarisierten Lichtquelle der Lichtart A bei einem Einfallswinkel von 65° und einem Beobachtungswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen
Die Lichttransmission TL(A) ist ein Maß für die Transparenz der Verbundscheibe 10, wobei insbesondere für Windschutzscheiben Werte größer als 70% erstrebenswert sind. Die eingestrahlte Sonnenenergie TTS ist ein Maß für den Energieeintrag in den Fahrzeuginnenraum und damit für den thermischen Komfort. R(A)p-pol ist ein Maß für das Reflexionsvermögen gegenüber der Strahlung des HUD-Projektors 4 und damit der Intensität der HUD-Projektion. Die Farbwerte im L*a*b*-Farbraum sind ein Maß dafür, wie farbneutral die HUD-Darstellung erfolgt, wobei die Werte möglichst nahe an Null liegen sollten.
Tabelle 5 Aus Tabelle 5 wird deutlich, dass sämtliche Beispiele und auch das Vergleichsbeispiel eine ausreichend hohe Lichttransmission TL(A) aufweisen, so dass die Verbundscheiben 10 als Windschutzscheiben verwendet werden können. Im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel weisen die erfindungsgemäßen Beispiele einen signifikant geringeren Wert TTS auf - durch die TCO-Schicht 23 anstatt einer dielektrischen Schichtenfolge wird die eingestrahlte Sonnenenergie deutlich reduziert und der thermische Komfort im Fahrzeug gesteigert. Überraschenderweise kann dennoch ein hoher und mit dem Vergleichsbeispiel vergleichbarer Reflexionsgrad gegenüber der p-polarisierten Strahlung des HUD-Projektors 4 erreicht werden, so dass die Verbundscheiben 10 als Projektionsfläche einer gattungsgemäßen HUD- Projektionsanordnung geeignet ist. Bezugszeichenliste:
(10) Verbundscheibe
(1) Außenscheibe
(2) Innenscheibe
(3) thermoplastische Zwischenschicht
(4) HUD-Projektor
(5) Betrachter / Fahrzeugfahrer
(20) Reflexionsbeschichtung
(21) elektrisch leitfähige Schicht / Silberschicht
(21.1), (21.2) erste, zweite elektrisch leitfähige Schicht
(22a) Entspiegelungsschicht
(22b) Anpassungsschicht
(22c) brechungsindexsteigernde Schicht
(23) Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids (TCO)
(24) metallische Blockerschicht
(M1), (M2), (M3) erstes, zweites, drittes Schichtmodul
(O) Oberkante der Windschutzscheibe 10 (U) Unterkante der Wndschutzscheibe 10 (B) HUD-Bereich der Wndschutzscheibe 10 (E) Eyebox
(I) außenseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Außenscheibe 1
(II) innenraumseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Außenscheibe 1
(III) außenseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Innenscheibe 2
(IV) innenraumseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Innenscheibe 2

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend
- eine Verbundscheibe (10), umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, mit einem HUD-Bereich (B); und
- einen HUD-Projektor (4), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist; wobei
- die Strahlung des Projektors (4) zumindest teilweise p-polarisiert ist und
- die Verbundscheibe (10) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren; und wobei
- die Reflexionsbeschichtung (20) n elektrisch leitfähige Schichten (21) auf Basis von Silber und (n+1) Schichtmodule (M1, M2, M3) umfasst, wobei die Schichtmodule (M1, M2, M3) und die elektrisch leitfähigen Schichten (21) alternierend angeordnet sind, so dass jede elektrisch leitfähige Schicht (21) zwischen zwei Schichtmodulen (M1, M2, M3) angeordnet ist, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 ist, und
- mindestens eines der Schichtmodule (M1, M2, M3) als Schicht (23) auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids ausgebildet ist, und die übrigen Schichtmodule (M1, M2, M3), soweit vorhanden, als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen (22a, 22b, 22c) ausgebildet sind.
2. Projektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Zahl n gleich 1 beträgt.
3. Projektionsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei genau eines der Schichtmodule (M1, M2, M3) als Schicht (23) auf Basis eines elektrisch leitfähigen Oxids ausgebildet ist, während die übrigen Schichtmodule (M1, M2, M3) als dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen (22a, 22b, 22c) ausgebildet sind.
4. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht (21) und dem darüber liegenden Schichtmodul (M1, M2, M3) eine metallische Blockerschicht (24) angeordnet ist mit einer Dicke von weniger als 1 nm.
5. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dicke jeder elektrisch leitfähigen Schicht (21) mindestens 7 nm, bevorzugt mindestens 9 nm, und höchstens 14 nm beträgt.
6. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der mindestens einen Schicht (23) auf Basis des transparenten leitfähigen Oxids von 20 nm bis 100 nm beträgt, bevorzugt von 30 nm bis 80 nm.
7. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das transparente leitfähige Oxid Indium-Zinn-Oxid ist.
8. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optische Dicke der dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen (22a, 22b, 22c) von 50 nm bis 150 nm beträgt.
9. Projektionsanordnung nach einem der Anspruch 1 bis 8, wobei die dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen (22a, 22b, 22c), soweit vorhanden, umfassen: eine untere Entspiegelungsschicht (22a) mit einem Brechungsindex von mindestens 1,9 angeordnet ist, bevorzugt auf Basis von Siliziumnitrid, - optional eine brechungsindexsteigernde Schicht (22c) mit einem Brechungsindex von mindestens 2,1, bevorzugt auf Basis eines Silizium-Metall-Mischnitrids, insbesondere Silizium-Zirkonium-Mischnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid oder Silizium-Hafnium-Mischnitrid, optional eine Anpassungsschicht (22b), bevorzugt auf Basis von Zinkoxid.
10. Projektionsanordnung nach einem der Anspruch 1 bis 9, wobei die Reflexionsbeschichtung (20) nur aus den Silberschichten (21) und den Schichtmodulen (M1, M2, M3) besteht sowie optionalen metallischen Blockerschichten (24) mit einer Dicke von weniger als 1 nm.
11. Projektionsanordnung nach einem der Anspruch 1 bis 10, wobei die Verbundscheibe (10) mit der Reflexionsbeschichtung (20) eine integrierte Lichtreflexion gegenüber p- polarisierter Strahlung von mindestens 15% aufweist, gemessen mit einer p- polarisierten Lichtquelle der Lichtart A bei einem Einfallswinkel von 65° und einem Beobachtungswinkel von 65° zu einer Flächennormalen der von der Zwischenschicht (3) abgewandten Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2).
12. Projektionsanordnung nach einem der Anspruch 1 bis 11, wobei die Verbundscheibe (10) mit der Reflexionsbeschichtung (20) einen TTS-Wert gemäß ISO 13837 von höchstens 55% aufweist.
13. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Reflexionsbeschichtung (20) auf der zur Zwischenschicht (3) hingewandten Oberfläche (II, III) der Außenscheibe (1) oder der Innenscheibe (2) oder innerhalb der
Zwischenschicht (3) angeordnet ist.
14. Projektionsanordnung nach einem der Anspruch 1 bis 13, wobei die Außenscheibe (1) getönt oder gefärbt ist und eine Lichttransmission von mindestens 80% aufweist.
15. Verwendung einer Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als HUD in einem Fahrzeug zu Land, zu Wasser oder in der Luft, bevorzugt einem Kraftfahrzeug, Schienenfahrzeug, Flugzeug oder Schiff, insbesondere einem Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen.
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