EP4395992A1 - Verbundscheibe für ein head-up-display - Google Patents

Verbundscheibe für ein head-up-display

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EP4395992A1
EP4395992A1 EP22769962.6A EP22769962A EP4395992A1 EP 4395992 A1 EP4395992 A1 EP 4395992A1 EP 22769962 A EP22769962 A EP 22769962A EP 4395992 A1 EP4395992 A1 EP 4395992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pane
intermediate layer
functional film
thermoplastic intermediate
laminated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22769962.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas GOMER
Valentin SCHULZ
Martin Arndt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Sekurit France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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Pending legal-status Critical Current

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B2027/0194—Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects
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    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • DE 10 2014 220 189 A1 discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate a HUD image. Since the angle of incidence is typically close to Brewster's angle and p-polarized radiation is therefore reflected only to a small extent by the glass surfaces, the windshield has a reflective structure that can reflect p-polarized radiation in the direction of the driver.
  • WO 2019/046157 A1 discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate a HUD image, which has an outer pane, a wedge-shaped intermediate layer and an inner pane, with a p- polarized radiation reflecting coating is applied.
  • CN 113071165 A discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate a HUD image which has an outer pane, a wedge-shaped intermediate layer and an inner pane, with p-polarized radiation on the interior-side surface of the outer pane reflective coating is applied and a reflection-enhancing coating is applied to the interior-side surface of the inner pane.
  • the object of the present invention is to provide an improved laminated pane and an improved projection arrangement for a head-up display.
  • a further object of the invention is to specify a production method.
  • the functional film is a reflective film that can be used as a HUD film, as described above, it goes without saying that the p-polarized radiation that the functional film emits reflect is p-polarized radiation in the visible spectral range, i.e. in the range from 400 nm to 780 nm.
  • the composite pane according to the invention also has a maximum wedge angle. It goes without saying that the maximum wedge angle of the composite pane according to the invention corresponds to the maximum wedge angle of the second thermoplastic intermediate layer.
  • a substantially constant thickness of a disk or a layer is to be understood as meaning that the thickness of the disk or the layer is constant over the length and width within the scope of normal manufacturing tolerances. This preferably means that the thickness varies by no more than 5%, preferably by no more than 3%.
  • the second thermoplastic intermediate layer has a maximum wedge angle ⁇ between 0.01 mrad and 0.19 mrad, particularly preferably between 0.12 mrad and 0.15 mrad, for example 0.12 mrad, 0.14 mrad or 0.15 mrad.
  • the maximum wedge angle designates the largest wedge angle that occurs in the intermediate layer.
  • the functional film can be a carrier film with a reflective coating or a metal-free reflective polymer film.
  • the reflective coating is preferably applied to the interior surface, ie the surface facing the vehicle interior, and preferably comprises at least one layer based on a metal or a purely dielectric layer sequence with alternating refractive indices.
  • the metal-based layer preferably contains or consists of silver and/or aluminum.
  • the dielectric layer sequence preferably contains silicon nitride, silicon oxide and/or zinc oxide.
  • the reflective polymer film preferably comprises or consists of dielectric polymer layers.
  • the dielectric polymer layers preferably contain PET.
  • the functional film in this composition is suitable for reflecting p-polarized radiation in the visible spectral range that strikes the layer.
  • the functional film can be between 20 ⁇ m (microns) and 2 mm thick, preferably between 20 ⁇ m and 120 ⁇ m.
  • the thickness of the functional film is essentially constant over the entire length, so the functional film has an essentially rectangular cross section.
  • the functional film is therefore not a wedge film.
  • the first thermoplastic intermediate layer and the second thermoplastic intermediate layer can, independently of one another, contain or consist of at least polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, preferably polyvinyl butyral (PVB).
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PU polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • the maximum wedge angles according to the invention of less than 0.20 mrad are significantly smaller than the wedge angles for conventional composite panes in the range of 0.5 mrad.
  • Foils with only small wedge angles are cheaper and easier to manufacture than foils with larger wedge angles.
  • Suitable processes for producing films with small wedge angles such as, for example, stretching processes or extrusion processes, are known to those skilled in the art.
  • the functional film is arranged between the outer pane and the inner pane, as described above.
  • the functional film is thus arranged inside the laminated pane and is protected in this way, for example, from damage such as scratches and also from fingerprints, particularly in the HUD area
  • the functional film particularly preferably extends over the entire surface of the laminated pane minus a peripheral edge area of, for example, 20 mm. If the laminated pane has a sensor window, the functional film preferably has a recess in the area of the sensor window.
  • the second thermoplastic intermediate layer can also be formed by more than one film.
  • at least one of the foils must be designed with the wedge angle.
  • the laminated pane has a sensor window and the outer pane and/or the inner pane has a covering print in a peripheral edge area and in an area surrounding the sensor window.
  • 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 discs can but also from 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 and can thus be adapted to the requirements of the individual case.
  • the outer pane and the inner pane preferably have thicknesses of 0.5 mm to 5 mm, particularly preferably 1 mm to 3 mm, very particularly preferably 1.6 mm to 2.1 mm.
  • the outer pane has a thickness of 2.1 mm and the inner pane has a thickness of 1.2 mm or 1.6 mm.
  • the outer pane or in particular the inner pane can also be thin glass with a thickness of, for example, 0.55 mm or 0.7 mm.
  • the outer pane and the inner pane 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 and/or the inner pane can have anti-reflection coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings, electrically heatable coatings, sun protection coatings and/or low-E coatings.
  • the height of the outer pane and the inner pane ie in the case of a windshield the distance between the roof edge of the composite pane and the motor edge of the composite pane, is preferably between 0.8 m and 1.40 m, particularly preferably between 0.9 m and 1.25 m
  • the height of the first thermoplastic intermediate layer, the second thermoplastic intermediate layer and the functional film is preferably between 0.8 m and 1.40 m, particularly preferably between 0.9 m and 1.25 m.
  • the composite pane according to the invention can be a vehicle pane.
  • a vehicle window is provided for separating a vehicle interior from an external environment.
  • a vehicle pane is therefore a window pane which is inserted into a window opening of the vehicle body or is intended for this purpose.
  • a laminated pane according to the invention is in particular a windshield of a motor vehicle.
  • the inner pane designates that pane which is intended to face the interior of the vehicle in the installed position.
  • the outer pane designates that pane which is intended to face the outer surroundings of the vehicle in the installed position.
  • the projector illuminates an area B of the windshield, where the radiation is reflected towards the viewer (driver), creating a virtual image which the viewer perceives from behind the windshield as seen from him.
  • the area B of the windshield that can be irradiated by the projector is also 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.
  • thermoplastic intermediate layer (a) an outer pane, a first thermoplastic intermediate layer, a functional film which is suitable for reflecting at least 5% of p-polarized radiation impinging on the functional film, a second thermoplastic intermediate layer, the thickness of which varies vertically at least in sections with a maximum wedge angle ⁇ less than 0.20 mrad, and an inner disk are provided;
  • the laminated pane 100 shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, a windshield of a passenger car.
  • the outer pane 1 faces the outside environment
  • the inner pane 5 faces the vehicle interior.
  • the lower edge U of the laminated glass 100 is arranged downward toward the engine of the passenger car
  • the upper edge O of the laminated glass 100 is arranged upward toward the roof
  • the two side edges S are arranged laterally.
  • An area B is also indicated in FIG. 1 , which corresponds to the HUD area of the laminated pane 100 .
  • images are to be generated by a HUD projector. Due to the wedge-shaped design of the second thermoplastic intermediate layer 4, the two images that are generated by reflection of the projector image on the interior surface of the inner pane 5 and on the interior surface of the functional film 3 are superimposed. Disturbing ghost images therefore do not occur or occur only to a small extent.
  • the outer pane 1, the inner pane 5, the first thermoplastic intermediate layer 2 and the second thermoplastic intermediate layer 4 have the same outer dimensions, so that the side edges, the upper edges and the lower edges of the outer pane 1, the inner pane 5, the first thermoplastic intermediate layer 2 and of the second thermoplastic intermediate layer 4 lie flush on top of one another when viewed through the laminated pane 100 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe (100) für ein Head-Up-Display (HUD) mit einer Oberkante (O), einer Unterkante (U) und einem HUD-Bereich (B) mindestens umfassend eine Außenscheibe (1), eine erste thermoplastische Zwischenschicht (2), eine Funktionsfolie (3),welche geeignet ist mindestens 5 % von auf die Funktionsfolie (3) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, eine zweite thermoplastische Zwischenschicht (4), deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest im HUD-Bereich (B) veränderlich ist, und eine Innenscheibe (5). Erfindungsgemäß ist die Funktionsfolie (3) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (5) angeordnet, die erste thermoplastische Zwischenschicht (2) ist zwischen der Außenscheibe (1) und der Funktionsfolie (3) angeordnet, die zweite thermoplastische Zwischenschicht (4) ist zwischen der Funktionsfolie (3) und der Innenscheibe (5) angeordnet, und die zweite thermoplastische Zwischenschicht (4) weist einen maximalen Keilwinkel (α) von weniger als 0,20 mrad auf.

Description

SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE 2021239- WO-PCT
VERBUNDSCHEIBE FÜR EIN HEAD-UP-DISPLAY
Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe für ein Head-Up-Display ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
Verbundscheiben werden heutzutage an vielen Orten, insbesondere im Fahrzeugbau, verwendet. Dabei umfasst der Begriff Fahrzeug unter anderem Straßenfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, landwirtschaftliche Maschinen oder auch Arbeitsgeräte.
Auch in anderen Bereichen werden Verbundscheiben verwendet. Hierzu zählen beispielsweise Gebäudeverglasungen oder Informationsdisplays, z.B. in Museen oder als Werbedisplays.
Dabei weist eine Verbundscheibe im Allgemeinen zwei Scheiben auf, die auf eine Zwischenschicht laminiert sind.
Insbesondere Windschutzscheiben werden häufig 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.
Die DE 10 2014 220 189 A1 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p- polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen. Da der Einstrahlwinkel typischerweise nahe dem Brewsterwinkel liegt und p-polarisierte Strahlung daher nur in geringem Maße von den Glasoberflächen reflektiert wird, weist die Windschutzscheibe eine reflektierende Struktur auf, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Fahrers reflektieren kann. Als reflektierende Struktur wird eine einzelne metallische Schicht vorgeschlagen mit einer Dicke von 5 nm bis 9 nm, beispielsweise aus Silber oder Aluminium, die auf der dem Innenraum des PKWs abgewandten Außenseite der Innenscheibe aufgebracht ist. In der US 2004/0135742 A1 ist ebenfalls eine HUD-Projektionsanordnung offenbart, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen, und eine reflektierende Struktur aufweist, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Fahrers reflektieren kann. Als reflektierende Struktur werden die in der US 5,882,774 A offenbarten mehrlagigen Polymerschichten vorgeschlagen.
Die CN 113031276 A offenbart eine mit p-polarisierter Strahlung betriebene HUD- Projektionsanordnung mit einer p-polarisierte Strahlung reflektierenden Schicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe einer Verbundscheibe.
WO 2019/179783 A1 offenbart eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display, mindestens umfassend eine Verbundscheibe, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, mit einer Oberkante und einer Unterkante und einem HUD-Bereich; eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe oder innerhalb der Zwischenschicht; und einen Projektor, der auf den HUD- Bereich gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors zumindest einen p-polarisierten Anteil aufweist und wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung im Spektral be re ich von 400 nm bis 650 nm nur ein einziges lokales Reflexionsmaximum für p-polarisierte Strahlung aufweist, welches im Bereich von 510 nm bis 550 nm befindlich ist.
WO 2019/046157 A1 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen, welche eine Außenscheibe, eine keilförmige Zwischenschicht und eine Innenscheibe aufweist, wobei auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine p-polarisierte Strahlung reflektierende Beschichtung aufgetragen ist.
CN 113071165 A offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um eine HUD-Bild zu erzeugen, welche eine Außenscheibe, eine keilförmige Zwischenschicht und eine Innenscheibe aufweist, wobei auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe eine p-polarisierte Strahlung reflektierende Beschichtung aufgetragen ist und auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine reflexionserhöhende Beschichtung aufgetragen ist. Da Projektoren in einer HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen in der Regel die p-polarisierte Strahlung nicht in einem einzelnen Strahl emittieren sondern als ein Strahlenbündel von unzähligen Strahlen, welche in unterschiedlichen Winkeln auf die Verbundscheibe treffen, trifft nicht die gesamte vom Projektor emittierte Strahlung im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe. Dies führt zu einem zweiten Bild geringer Intensität aufgrund von Reflexionen an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe und einem ersten Bild hoher Intensität aufgrund der Reflexion an der p- polarisierende Strahlung reflektierenden Schicht. Für den Betrachter sind beide Bilder gegeneinander verschoben sichtbar, ähnlich zu dem Auftreten klassischer Geisterbilder. Allerdings ist bei den klassischen Geisterbildern die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe von höherer Intensität als die Reflexion innerhalb der Verbundscheibe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbundscheibe und eine verbesserte Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display bereitzustellen. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Herstellungsverfahren anzugeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe, eine Projektionsanordnung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe, eine erste thermoplastische Zwischenschicht, eine Funktionsfolie, eine zweite thermoplastische Zwischenschicht und eine Innenscheibe. Die Funktionsfolie ist zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Die erste thermoplastische Zwischenschicht ist zwischen der Außenscheibe und der Funktionsfolie angeordnet und die zweite thermoplastische Zwischenschicht ist zwischen der Funktionsfolie und der Innenscheibe angeordnet.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante und zwei Seitenkanten auf. Mit Oberkante wird die diejenige Kante der Verbundscheibe 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. Ist die Verbundscheibe die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, so wird die Oberkante häufig auch als Dachkante und die Unterkante häufig auch als Motorkante bezeichnet.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe, die erste thermoplastische Zwischenschicht, die zweite thermoplastische Zwischenschicht und die Funktionsfolie weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche, eine Oberkante, eine Unterkante und zwei Seitenkanten auf. Mit Oberkante wird die 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. 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 erste thermoplastische Zwischenschicht und die zweite thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite I bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite II bezeichnet. Die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite III bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite IV bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist die Funktionsfolie eine als HUD-Folie einsetzbare reflektierende Folie, welche geeignet ist, mindestens 5 %, bevorzugt 10 % bis 70 %, besonders bevorzugt 15 % bis 60 %, insbesondere 20 % bis 50 %, von auf die Folie auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
Die Funktionsfolie ist insbesondere geeignet mindestens 5 %, bevorzugt 10 % bis 70 %, besonders bevorzugt 15 % bis 60 %, insbesondere 20 % bis 50 %, von in einem Einfallswinkel von 55° bis 80°, bevorzugt 55° bis 75°, besonders bevorzugt 60° bis 70° auf die Folie auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
Da die Funktionsfolie wie oben beschrieben eine als HUD-Folie einsetzbare reflektierende Folie ist, versteht es sich, dass die p-polarisierte Strahlung, welche die Funktionsfolie zu reflektieren geeignet ist, p-polarisiertes Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ist, d.h. im Bereich von 400 nm bis 780 nm.
Erfindungsgemäß ist die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht zumindest abschnittsweise veränderlich. Der maximale Keilwinkel a (alpha) der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht beträgt erfindungsgemäß weniger als 0,20 mrad. Der Keilwinkel weist aber zumindest abschnittsweise einen endlichen Keilwinkel auf, also einen Keilwinkel größer 0°. Mit „abschnittsweise“ ist hier gemeint, dass der vertikale Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem sich die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht ortsabhängig ändert. Die Dicke kann sich aber auch in mehreren Abschnitten ändern oder im gesamten vertikalen Verlauf. Mit vertikalem Verlauf ist der Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante mit Verlaufsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu besagten Kanten bezeichnet.
Mit Keilwinkel wird der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht bezeichnet. Ist der Keilwinkel nicht konstant, so sind zu seiner Messung an einem Punkt die Tangenten an die Oberflächen heranzuziehen.
Die Innenscheibe und die Außenscheibe weisen unabhängig voneinander eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Sie weisen folglich einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es handelt sich bei der Innenscheibe und der Außenscheibe somit nicht um Keilglasscheiben.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Sie weist folglich einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es handelt sich bei der ersten thermoplastischen Zwischenschicht somit nicht um eine Keilfolie.
Dadurch, dass die zweite thermoplastische Zwischenschicht einen maximalen Keilwinkel aufweist und die Außenscheibe, die erste thermoplastische Zwischenschicht und die Innenscheibe von im wesentlichen konstanter Dicke sind, weist auch die erfindungsgemäße Verbundscheibe einen maximalen Keilwinkel auf. Es versteht sich, dass der maximale Keilwinkel der erfindungsgemäßen Verbundscheibe dem maximalen Keilwinkel der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht entspricht. Unter einer im Wesentlichen konstanten Dicke einer Scheibe oder einer Schicht ist in der vorliegenden Anmeldung zu verstehen, dass die Dicke der Scheibe oder der Schicht über die Länge und Breite im Rahmen normaler Fertigungstoleranzen konstant ist. Bevorzugt bedeutet dies, dass die Dicke um nicht mehr als 5 %, bevorzugt um nicht mehr als 3 % variiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite thermoplastische Zwischenschicht einen maximalen Keilwinkel a zwischen 0,01 mrad und 0,19 mrad auf, besonders bevorzugt zwischen 0,12 mrad und 0,15 mrad, beispielsweise 0,12, mrad, 0,14 mrad oder 0,15 mrad. Mit dem maximalen Keilwinkel wird der größte Keilwinkel bezeichnet, der in der Zwischenschicht auftritt.
Der Keilwinkel der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht kann im vertikalen Verlauf konstant sein, was zu einer linearen Dickenänderung der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht führt, wobei die Dicke typischerweise von unten nach oben größer wird. Die zweite thermoplastische Zwischenschicht weist in dieser Ausführungsform somit einen keilförmigen Querschnitt auf. Die Richtungsangabe „von unten nach oben“ bezeichnet die Richtung von Unterkante zu Oberkante, also den vertikalen Verlauf. Es können aber auch komplexere Dickenprofile vorliegen, bei denen der Keilwinkel von unten nach oben veränderlich (das heißt im vertikalen Verlauf ortsabhängig) ist, linear oder nicht-linear.
Bevorzugt nimmt die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht im vertikalen Verlauf von unten nach oben zumindest abschnittsweise zu.
Die veränderliche Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht kann auf einen Abschnitt des vertikalen Verlaufs beschränkt sein. Dieser Abschnitt entspricht bevorzugt mindestens dem sogenannten HUD-Bereich der Verbundscheibe, also dem Bereich, in dem bei einer Projektionsanordnung der HUD-Projektor ein Bild erzeugt. Der Abschnitt kann aber auch größer sein. Die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht kann im gesamten vertikalen Verlauf veränderlich sein, beispielsweise von der Unterkante zur Oberkante im Wesentlichen stetig zunehmen.
Die Funktionsfolie kann eine T rägerfolie mit einer reflektierenden Beschichtung sein oder eine metallfreie reflektierende Polymerfolie. Die reflektierende Beschichtung ist bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche, d.h. der Oberfläche, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, aufgebracht und umfasst bevorzugt mindestens eine Schicht auf Basis eines Metalls oder eine rein dielektrische Schichtabfolge mit alternierenden Brechungsindizes. Die Schicht auf Basis eines Metalls enthält bevorzugt Silber und/oder Aluminium, oder besteht daraus. Die dielektrische Schichtabfolge enthält bevorzugt Siliciumnitrid, Siliciumoxid und/oder Zinkoxid. Die reflektierende Polymerfolie umfasst bevorzugt dielektrische Polymerschichten oder besteht daraus. Die dielektrischen Polymerschichten enthalten bevorzugt PET. Die Funktionsfolie in dieser Zusammensetzung ist geeignet, auf die Schicht auftreffende p- polarisiertes Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu reflektieren.
Die Funktionsfolie ist bevorzugt eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie, die mit einem Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist. Die Beschichtung ist bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche, d.h. der Oberfläche, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, aufgebracht. Geeignete Funktionsfolien sind beispielsweise in der US 5,882,774 A beschrieben.
Die Funktionsfolie kann zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm, bevorzugt zwischen 20 pm und 120 pm, dick sein. Die Dicke der Funktionsfolie ist über die gesamte Länge im Wesentlichen konstant, somit hat die Funktionsfolie einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die Funktionsfolie ist demnach keine Keilfolie.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht und die zweite thermoplastische Zwischenschicht können unabhängig voneinander zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB) enthalten oder daraus bestehen.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht und die zweite thermoplastische Zwischenschicht können unabhängig voneinander durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht und die zweite thermoplastische Zwischenschicht können zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm dick sein. Die Dicke der ersten thermoplastischen Zwischenschicht ist über die gesamte Länge im Wesentlichen konstant, somit hat die erste thermoplastische Zwischenschicht einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die erste thermoplastische Zwischenschicht ist demnach keine Keilfolie. Die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht ist wie oben beschrieben im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad. Die zweite thermoplastische Zwischenschicht ist somit eine keilförmige Zwischenschicht und kann auch als Keilfolie bezeichnet werden.
Die erfindungsgemäßen maximalen Keilwinkel von kleiner 0,20 mrad sind deutlich kleiner als die Keilwinkel für herkömmliche Verbundscheiben im Bereich von 0,5 mrad. Folien mit nur geringen Keilwinkeln sind kostengünstiger und einfacher herzustellen als Folien mit größeren Keilwinkeln. Geeignete Verfahren zur Herstellung von Folien mit geringen Keilwinkeln wie beispielsweise Reckverfahren oder Extrusionsverfahren sind dem Fachmann bekannt.
Je größer die Bildweite des HLIDs ist, also der Abstand des virtuellen Bildes vom Verbundglas, desto geringer muss der Keilwinkel zur Vermeidung des Doppelbildes sein. Große Bildweiten treten insbesondere bei sogenannten „Augmented Reality“ HLIDs auf, bei denen nicht lediglich eine Information auf einen begrenzten Bereich der Windschutzscheibe projiziert wird, sondern Elemente der äußeren Umgebung in die Darstellung einbezogen werden. Beispiele hierfür sind die Markierung eines Fußgängers, die Anzeige des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder die Projektion einer Navigationsangabe direkt auf die Fahrbahn, beispielsweise zur Markierung der zu wählenden Fahrspur.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zweite thermoplastische Zwischenschicht eine keilförmig gereckte thermoplastische Zwischenschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite thermoplastische Zwischenschicht eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt 300 pm bis 850 pm, auf und die erste thermoplastische Zwischenschicht weist eine Dicke zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm, bevorzugt zwischen 10 pm und 120 pm, besonders bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm auf. Bei der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht bezieht sich die Dickenangabe auf die Dicke an der dünnsten Stelle.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die erste thermoplastische Zwischenschicht eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt 300 pm bis 850 pm, auf und die zweite thermoplastische Zwischenschicht weist eine Dicke zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm, bevorzugt zwischen 10 pm und 120 pm, besonders bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm auf. Bei der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht bezieht sich die Dickenangabe auf die Dicke an der dünnsten Stelle. Die erste thermoplastische Zwischenschicht und die Funktionsfolie können auch als sogenannter Bilayer vorliegen und als dieser in eine Stapelfolge zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe eingebracht werden. Das heißt die erste thermoplastische Zwischenschicht und die Funktionsfolie müssen nicht zwingend als zwei einzelne Schichten nacheinander in die Stapelfolge eingebracht werden, sondern können als gemeinsamer Bilayer in die Stapelfolge eingebracht werden.
Alternativ können auch die zweite thermoplastische Zwischenschicht und die Funktionsfolie als sogenannter Bilayer vorliegen und als dieser in eine Stapelfolge zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe eingebracht werden. Das heißt die zweite thermoplastische Zwischenschicht und die Funktionsfolie müssen nicht zwingend als zwei einzelne Schichten nacheinander in die Stapelfolge eingebracht werden, sondern können als gemeinsamer Bilayer in die Stapelfolge eingebracht werden.
Die zweite thermoplastische Zwischenschicht kann wie oben beschrieben auch durch mehr als eine Folie ausgebildet sein. Dabei kann eine der Folien auch zusammen mit der Funktionsfolie als sogenannter Bilayer vorliegen und als dieser in eine Stapelfolge zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe eingebracht werden. In dieser Ausführungsform werden Bilayer und die weitere Folie bzw. die weiteren Folien der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht nacheinander in die Stapelfolge eingebracht.
In der erfindungsgemäßen Verbundscheibe ist wie oben beschrieben, die Funktionsfolie zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Die Funktionsfolie ist somit im Inneren der Verbundscheibe angeordnet und auf diese Weise insbesondere im HUD- Bereich beispielsweise vor Beschädigungen wie Kratzern und auch vor Fingerabdrücken geschützt
Die Funktionsfolie erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Fläche der Verbundscheibe oder im Wesentlichen über die ganze Fläche der Verbundscheibe. Im Wesentlichen über die ganze Fläche der Verbundscheibe bedeutet über die ganze Fläche der Verbundscheibe abzüglich eines umlaufenden Randbereiches von beispielsweise 20 mm.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die Funktionsfolie über die gesamte Fläche der Verbundscheibe abzüglich eines umlaufenden Randbereiches von beispielsweise 20 mm. Weist die Verbundscheibe ein Sensorfenster auf, so weist die Funktionsfolie bevorzugt in dem Bereich des Sensorfensters eine Aussparung auf.
Die zweite thermoplastische Zwischenschicht kann wie oben beschrieben auch durch mehr als eine Folie ausgebildet sein. In diesem muss mindestens eine der Folien mit dem Keilwinkel ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann zusätzlich einen Abdeckdruck, insbesondere aus einer dunklen, bevorzugt schwarzen, Emaille umfassen. Bei dem Abdeckdruck handelt es sich insbesondere um einen peripheren, d.h. rahmenartigen, Abdeckdruck, der somit in einem umlaufenden Randbereich angeordnet ist, und/oder einen Abdeckdruck, der in einem das Kamerafenster umgebenden Bereich angeordnet ist. Der periphere Abdeckdruck dient in erster Linie als UV-Schutz für den Montagekleber der Verbundscheibe. Der Abdeckdruck kann opak und vollflächig ausgebildet sein. Der Abdeckdruck kann zumindest abschnittsweise auch semitransparent, beispielsweise als Punktraster, Streifenraster oder kariertes Raster ausgebildet sein. Alternativ kann der Abdeckdruck auch einen Gradienten aufweisen, beispielsweise von einer opaken Bedeckung zu einer semitransparenten Bedeckung. Der Abdeckdruck ist üblicherweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbundscheibe ein Sensorfenster auf und die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe weist in einem umlaufenden Randbereich und in einem das Sensorfenster umgebenden Bereich einen Abdeckdruck auf.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht und die zweite thermoplastische Zwischenschicht können unabhängig voneinander auch eine Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine Infrarotstrahlung reflektierende Zwischenschicht, eine Infrarotstrahlung absorbierende Zwischenschicht, eine UV-Strahlung absorbierende Zwischenschicht, eine zumindest abschnittsweise gefärbte Zwischenschicht und/oder eine zumindest abschnittsweise getönte Zwischenschicht sein. So kann die erste thermoplastische Zwischenschicht oder die zweite thermoplastische Zwischenschicht beispielsweise auch eine Bandfilterfolie sein.
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 und so den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen bevorzugt Dicken von 0,5 mm bis 5 mm auf, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 ,6 mm bis 2,1 mm. Besonders bevorzugt weist die Außenscheibe eine Dicke von 2,1 mm auf und die Innenscheibe eine Dicke von 1 ,2 mm oder 1 ,6 mm auf. Es kann sich bei der Außenscheibe oder insbesondere der Innenscheibe aber auch um Dünnglas mit einer Dicke von beispielsweise 0,55 mm oder 0,7 mm handeln.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe können unabhängig voneinander klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch das Verbundglas beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%. 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 Innenscheibe 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.
Die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe können Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen, elektrisch heizbare Beschichtungen, Sonnenschutzbeschichtungen und/oder Low-E- Beschichtungen aufweisen.
Die Höhe der Außenscheibe und der Innenscheibe, d.h. im Falle einer Windschutzscheibe der Abstand zwischen der Dachkante der Verbundscheibe und der Motorkante der Verbundscheibe beträgt bevorzugt zwischen 0,8 m und 1 ,40 m, besonders bevorzugt zwischen 0,9 m und 1 ,25 m. Es versteht sich, dass somit auch die Höhe der ersten thermoplastischen Zwischenschicht, der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht und der Funktionsfolie bevorzugt zwischen 0,8 m und 1 ,40 m, besonders bevorzugt zwischen 0,9 m und 1 ,25 m beträgt. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann eine Fahrzeugscheibe sein. Eine Fahrzeugscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Eine Fahrzeugscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Eine erfindungsgemäße Verbundscheibe ist insbesondere eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
Mit Innenscheibe wird bei einer Fahrzeugscheibe diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt zu sein. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt zu sein.
Die erfindungsgemäße 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. Das Verbundglas kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display zur Darstellung eines virtuellen Bildes für einen Betrachter, mindestens umfassend eine erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen Projektor, der auf einen Bereich B gerichtet ist,
Wie bei HUDs üblich bestrahlt der Projektor einen Bereich B der Windschutzscheibe, 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 Windschutzscheibe wahrnimmt. Der durch den Projektor bestrahlbare Bereich B der Windschutzscheibe wird auch 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 HLIDs 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“.
Erfindungsgemäß weist die Strahlung des Projektors einen p-polarisierten Anteil von mindestens 70 % auf und mindestens 5 % der von dem Projektor emittierten und auf die Funktionsfolie der Verbundscheibe auftreffenden p-polarisierten Strahlung wird von der Funktionsfolie in Richtung des Betrachters zur Erzeugung eines virtuellen Bildes in einem Abstand von der Verbundscheibe reflektiert, wobei die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht im vertikalen Verlauf zumindest in diesem Bereich B veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad.
Der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors beträgt bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 100 %.
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 im geometrischen Zentrum des bestrahlten Bereichs aufgespannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung trifft die Strahlung des Projektors mit einem Einfallswinkel von 55° bis 80°, bevorzugt 55° bis 75°, besonders bevorzugt 60° bis 70° auf die Verbundscheibe. Dieser Einfallswinkel kommt dem Brewsterwinkel für einen Luft-Glas-Übergang (57,2°, Kalk-Natron-Glas) relativ nahe.
Es versteht sich, dass die Strahlung des Projektors im sichtbaren Spektral be re ich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Typische HUD-Projektoren arbeiten mit den Wellenlängen von ca. 470 nm, 550 nm und 630 nm (RGB). In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung werden 10 % bis 70 %, bevorzugt 15 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 % der von dem Projektor emittierten und auf die Funktionsfolie der Verbundscheibe auftreffenden p- polarisierten Strahlung von der Funktionsfolie in Richtung des Betrachters reflektiert.
Die Bildweite des HLIDs bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, also der Abstand des virtuellen Bildes von der Verbundscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens 2500 mmm, bevorzugt mindestens 3500 mm, ganz besonders bevorzugt mindestens 4500 mm. Die Bildweite kann auch 10000 mm oder mehr betragen. So kann die Bildweite beispielweise 2500 mm, 3000 mm, 4500 mm oder 10000 mm betragen.
Durch die keilförmige Ausbildung der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht werden bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung die beiden Bilder, die durch Reflexion des Projektorbildes an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe und an der Funktionsfolie erzeugt werden, miteinander überlagert. Störende Geisterbilder treten daher nicht oder nur in geringem Maße auf.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Projektionsanordnung und umgekehrt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe wobei zumindest
(a) eine Außenscheibe, eine erste thermoplastische Zwischenschicht, eine Funktionsfolie, welche geeignet ist, mindestens 5 % von auf die Funktionsfolie auftreffender p- polarisierter Strahlung zu reflektieren, eine zweite thermoplastische Zwischenschicht, deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad, und eine Innenscheibe bereitgestellt werden;
(b) eine Stapelfolge gebildet wird, in der die Funktionsfolie zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist, die erste thermoplastische Zwischenschicht zwischen der Außenscheibe und der Funktionsfolie angeordnet ist und die zweite thermoplastische Zwischenschicht zwischen der Funktionsfolie und der Innenscheibe angeordnet ist; und
(c) die Stapelfolge durch Lamination verbunden wird. Soll die Verbundscheibe gebogen sein, so werden die Außenscheibe und die Innenscheibe vor der Lamination 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.
Die Lamination der Stapelfolge kann mittels geläufiger Laminationsverfahren erfolgen. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. Alternativ sind auch autoklavfreie Verfahren möglich. An sich bekannte Vakuumsackoder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 80 °C bis 110 °C.
Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die erste Scheibe und die zweite Scheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80 °C bis 170 °C laminiert werden.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe und umgekehrt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe als Fahrzeugscheibe für ein Head-Up Display in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen und insbesondere in einer Windschutzscheibe, ganz besonders für ein Head-Up Display in einem Kraftfahrzeug.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Verbundscheibe gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie X-X‘;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 dargestellt und in Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Verbundscheibe 100 gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie X-X‘ dargestellt. Die Verbundscheibe 100 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 1 , einer ersten thermoplastischen Zwischenschicht 2, einer Funktionsfolie 3, einer zweiten thermoplastischen Zwischenschicht 4 und einer Innenscheibe 5. Die Funktionsfolie 3 ist zwischen der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 5 angeordnet, die erste thermoplastische Zwischenschicht 2 ist zwischen der Außenscheibe 1 und der Funktionsfolie 3 angeordnet und die zweite thermoplastische Zwischenschicht 4 ist zwischen der Funktionsfolie 3 und der Innenscheibe 5 angeordnet. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 5 sind über die erste thermoplastische Zwischenschicht 2 und die zweite thermoplastische Zwischenschicht 4, zwischen denen die Funktionsfolie 3 angeordnet ist, miteinander verbunden.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Verbundscheibe 100 ist beispielsweise eine Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 5 dem Fahrzeuginnenraum. Die Unterkante U der Verbundscheibe 100 ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, die Oberkante O der Verbundscheibe 100 ist nach oben in Richtung des Dachs angeordnet, die beiden Seitenkanten S sind seitlich angeordnet.
Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 5 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 5 weist beispielsweise eine Dicke von 1,6 mm oder von 1 ,2 mm auf.
Die erste thermoplastischen Zwischenschicht 2 ist beispielsweise eine aus PVB bestehende Zwischenschicht und weist eine Dicke von 75 pm auf. Die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht 4 nimmt im vertikalen Verlauf von der Unterkante U zur Oberkante O stetig zu. Die Dickenzunahme ist in der Fig. 2 der Einfachheit halber linear dargestellt, kann aber auch komplexere Profile aufweisen. Die zweite thermoplastische Zwischenschicht 4 ist aus einer einzelnen Folie aus PVB ausgebildet. Der Keilwinkel a beträgt etwa 0,1 mrad, beispielweise 0,14 mrad oder 0,12 mrad und die Dicke der Folie an der dünnsten Stelle beträgt 0,76 mm.
In der Fig. 1 ist auch ein Bereich B angedeutet, welche dem HUD-Bereich der Verbundscheibe 100 entspricht. In diesem Bereich sollen Bilder durch einen HUD-Projektor erzeugt werden. Durch die keilförmige Ausbildung der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht 4 werden die beiden Bilder, die durch Reflexion des Projektorbildes an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe 5 und an der innenraumseitigen Oberfläche der Funktionsfolie 3 erzeugt werden, miteinander überlagert. Störende Geisterbilder treten daher nicht oder nur in geringem Maße auf.
Die Funktionsfolie 3 ist in der in der Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Verbundscheibe 100 beispielsweise eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte reflektierende Folie, die in Richtung der Innenscheibe mit einem Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist und geeignet ist, einen Anteil von 20 % bis 50 % von auf die Funktionsfolie 3 auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren. Die Funktionsfolie 3 weist beispielsweise eine Dicke zwischen 20 pm und 120 pm auf.
Die Außenscheibe 1 , die Innenscheibe 5, die erste thermoplastische Zwischenschicht 2 und die zweite thermoplastische Zwischenschicht 4 weisen die gleichen äußeren Abmessungen auf, so dass die Seitenkanten, die Oberkanten und die Unterkanten der Außenscheibe 1 , der Innenscheibe 5, der ersten thermoplastischen Zwischenschicht 2 und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht 4 in Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 bündig übereinanderliegen.
Die Funktionsfolie 3 erstreckt sich in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform über die gesamte Fläche der Verbundscheibe 100. Bevorzugt erstreckt sich die Funktionsfolie 3 jedoch über die gesamte Fläche der Verbundscheibe 100 abzüglich eines umlaufenden Randbereichs von 20 mm, so dass die Funktionsfolie in der Verbundscheibe vor äußeren Einflüssen geschützt ist.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , welche die Verbundscheibe 100 aus den Fig. 1 und 2 umfasst. Die Anordnung umfasst außer dem Verbundglas 100 einen Projektor 7, welcher auf einen Bereich B gerichtet ist. In dem Bereich B (HUD-Bereich) können durch den Projektor Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 8 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 100 wahrgenommen werden. Der Keilwinkel im Bereich B führt zu gegeneinander geneigten Oberflächen der Innenscheibe 5 und der Funktionsfolie 3, wodurch Geisterbilder vermieden werden können.
In der Fig. 3 ist auch der Strahlengang von zwei von dem Projektor 7 emittierten p-polarisierten Lichtstrahlen eingezeichnet. Der Lichtstrahl C trifft im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 5. Der Projektionswinkel entspricht somit dem Brewster-Winkel. Dort tritt dieser Lichtstrahl in die Verbundscheibe 100 ein und wird gebrochen und wird anschließend von der innenraumseitigen Oberfläche der Funktionsfolie 3 reflektiert und tritt an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5 wieder aus der Verbundscheibe 100 aus und wird dort wieder gebrochen und trifft schließlich auf den Betrachter 8.
Der Lichtstrahl D trifft nicht im Brewster-Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 5 und wird dort in Richtung des Betrachters 8 reflektiert.
C1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5. C2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5 und der innenraumseitigen Oberfläche der Funktionsfolie 3. C3 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche der Funktionsfolie 3 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5. C4 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5 und dem Betrachter 8.
D1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5. D2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 5 und dem Betrachter 8.
Der Betrachter 8 nimmt nur ein virtuelles Bild 6 war, da die aus den Lichtstrahlen C und D entstehenden virtuellen Bilder übereinanderliegen. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S1 , in dem eine Außenscheibe 1 , eine erste thermoplastische Zwischenschicht 2, eine Funktionsfolie 3, welche geeignet ist mindestens 5 % von auf die Funktionsfolie 3 auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, eine zweite thermoplastische Zwischenschicht 4, deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad, und eine Innenscheibe 5 bereitgestellt werden.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Stapelfolge gebildet, in der die Funktionsfolie 3 zwischen der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 5 angeordnet ist, die erste thermoplastische Zwischenschicht 2 zwischen der Außenscheibe 1 und der Funktionsfolie 3 angeordnet ist und die zweite thermoplastische Zwischenschicht 4 zwischen der Funktionsfolie 3 und der Innenscheibe 5 angeordnet ist.
In einem dritten Schritt S3 wird die Stapelfolge durch Lamination verbunden.
Bezugszeichenliste:
1 Außenscheibe
2 erste thermoplastische Zwischenschicht
3 Funktionsfolie
4 zweite thermoplastische Zwischenschicht
5 Innenscheibe
6 virtuelles Bild
7 Projektor
8 Betrachter
100 Verbundscheibe
101 Projektionsanordnung
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige Oberfläche Innenscheibe 5
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 5
O Oberkante
U Unterkante
S Seitenkante
B Bereich der Verbundscheibe / HUD-Bereich
C1 Strahlengang
02 Strahlengang
03 Strahlengang
04 Strahlengang
D1 Strahlengang
D2 Strahlengang a Keilwinkel
X-X‘ Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1 . Verbundscheibe (100) für ein Head-Up-Display (HUD) mindestens umfassend
- eine Außenscheibe (1),
- eine erste thermoplastische Zwischenschicht (2),
- eine Funktionsfolie (3), welche geeignet ist mindestens 5 % von auf die Funktionsfolie
(3) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren,
- eine zweite thermoplastische Zwischenschicht (4), deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist, und
- eine Innenscheibe (5), wobei die Funktionsfolie (3) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (5) angeordnet ist, die erste thermoplastische Zwischenschicht (2) zwischen der Außenscheibe (1) und der Funktionsfolie (3) angeordnet ist, die zweite thermoplastische Zwischenschicht (4) zwischen der Funktionsfolie (3) und der Innenscheibe (5) angeordnet ist, und die zweite thermoplastische Zwischenschicht (4) einen maximalen Keilwinkel (a) von weniger als 0,20 mrad aufweist.
2. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 1 , wobei der maximale Keilwinkel (a) zwischen 0,01 mrad und 0,19 mrad, bevorzugt zwischen 0,12 mrad und 0,15 mrad beträgt.
3. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Funktionsfolie (3) geeignet ist 10 % bis 70 %, bevorzugt 15 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 %, von auf die Folie auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
4. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Funktionsfolie (3) eine Trägerfolie mit einer reflektierenden Beschichtung oder eine metallfreie reflektierende Polymerfolie ist, bevorzugt eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie, die mit einem Copolymerschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist.
5. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste thermoplastische Zwischenschicht (2) und die zweite thermoplastische Zwischenschicht
(4) unabhängig voneinander zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB) enthalten oder daraus bestehen. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite thermoplastische Zwischenschicht (4) eine keilförmig gereckte thermoplastische Zwischenschicht ist. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite thermoplastische Zwischenschicht (4) eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt von 300 pm bis 850 pm, aufweist und die erste thermoplastische Zwischenschicht (2) zwischen 10 pm und 120 pm, besonders bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm dick ist. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Außenscheibe (1) eine Dicke von 2,1 mm und die Innenscheibe (5) eine Dicke von 1 ,2 mm oder 1 ,6 mm aufweist. Projektionsanordnung (101) für ein Head-Up-Display (HUD) zur Darstellung eines virtuellen Bildes (6) für einen Betrachter (8), mindestens umfassend:
- eine Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem HUD- Bereich (B), und
- einen Projektor (7), der auf den Bereich (B) gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors (7) einen p-polarisierten Anteil von mindestens 70 % aufweist und mindestens 5 % der von dem Projektor (7) emittierten und auf die Funktionsfolie (3) der Verbundscheibe (100) auftreffenden p-polarisierten Strahlung von der Funktionsfolie (3) in Richtung des Betrachters (8) zur Erzeugung eines virtuellen Bildes (6) in einem Abstand von der Verbundscheibe (100) reflektiert wird und wobei die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht (4) im vertikalen Verlauf zumindest in dem Bereich (B) veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel (a) von weniger als 0,20 mrad. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 9, wobei der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors (7) 80 %, bevorzugt 100 % beträgt. 11. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Strahlung des Projektors (7) mit einem Einfallswinkel von 55° bis 80°, bevorzugt 55° bis 75°, besonders bevorzugt 60° bis 70° auf die Verbundscheibe (100) trifft.
12. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei 10 % bis 70 %, bevorzugt 15 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 % der von dem Projektor (7) emittierten und auf die Funktionsfolie (3) der Verbundscheibe (100) auftreffenden p- polarisierten Strahlung von der Funktionsfolie (3) in Richtung des Betrachters (8) reflektiert wird.
13. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Abstand des virtuellen Bildes (6) von der Verbundscheibe (100) mindestens 2500 mm, bevorzugt mindestens 3500 mm, ganz besonders bevorzugt mindestens 4500 mm beträgt.
14. Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest:
(a) eine Außenscheibe (1), eine erste thermoplastische Zwischenschicht (2), eine Funktionsfolie (3), welche geeignet ist mindestens 5 % von auf die Funktionsfolie
(3) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, eine zweite thermoplastische Zwischenschicht (4), deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel (a) von weniger als 0,20 mrad, und eine Innenscheibe (5) bereitgestellt werden;
(b) eine Stapelfolge gebildet wird, in der die Funktionsfolie (3) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (5) angeordnet ist, die erste thermoplastische Zwischenschicht (2) zwischen der Außenscheibe (1) und der Funktionsfolie (3) angeordnet ist und die zweite thermoplastische Zwischenschicht
(4) zwischen der Funktionsfolie (3) und der Innenscheibe (5) angeordnet ist;
(c) die Stapelfolge durch Lamination verbunden wird.
15. Verwendung einer Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Fahrzeugscheibe in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Land, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen und insbesondere als Windschutzscheibe, die als Projektionsfläche eines Head-Up-Displays dient.
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