EP4445205A1 - Verbundscheibe für ein head-up-display system mit p-polarisierter strahlung - Google Patents

Verbundscheibe für ein head-up-display system mit p-polarisierter strahlung

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Publication number
EP4445205A1
EP4445205A1 EP22823546.1A EP22823546A EP4445205A1 EP 4445205 A1 EP4445205 A1 EP 4445205A1 EP 22823546 A EP22823546 A EP 22823546A EP 4445205 A1 EP4445205 A1 EP 4445205A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pane
coating
layer
intermediate layer
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
EP22823546.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hagen
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
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
Publication of EP4445205A1 publication Critical patent/EP4445205A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G02B27/281—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for attenuating light intensity, e.g. comprising rotatable polarising elements

Definitions

  • the invention relates to a composite pane for a head-up display system and a projection arrangement for a head-up display.
  • a head-up display is a display system that projects additional information in the form of images into the driver's field of vision.
  • the head-up display consists of a projector (imaging unit) and several optics modules for deflecting or mirroring (reflecting) an image onto a projection surface or reflection surface.
  • a composite pane in particular the windshield of the vehicle, usually serves as a projection surface.
  • a composite pane generally comprises two panes laminated to an interlayer.
  • the intermediate layer typically comprises a thermoplastic material, preferably polyvinyl butyral (PVB), of a predetermined thickness.
  • Head-up displays can thus make a significant contribution to increasing road safety.
  • the image generated by the projector usually consists of polarized, in particular s-polarized, light radiation.
  • the s-polarized light strikes the laminated pane at a specific angle of incidence and is at least partially refracted into the laminated pane and reflected as s-polarized light into the driver's field of vision.
  • the reflected images are not displayed in true color or with unwanted reflections, so-called double images.
  • the angle of incidence of the s-polarized radiation is typically about 65%, which roughly corresponds to the Brewster's angle for an air-to-glass transition (57.2° for soda-lime glass).
  • the problem arises that the projector image is reflected at the two outer transitions from air to glass and from glass to air. This will appear next to the desired main image also a slightly offset secondary image, the so-called ghost image (“ghost”).
  • the problem is alleviated by placing the surfaces of the windshield at an angle to one another. This is done by using a wedge-shaped intermediate layer in the lamination of the windshield designed as a composite pane. This allows the main image and the ghost image to be superimposed.
  • the windshield has a reflection coating, in particular with metallic and dielectric layers, as a reflection surface for the p-polarized radiation.
  • HUD projection arrangements with a reflective coating are known from WO2019179682A1, WO2019179683A1, WO2019206493A1 and WO2021/104800 A1. While the reflection on the outside surface of the outer pane is weakened as a result of the radiation reflection on the reflective coating, the reflection on the inside surface of the inner pane in particular can appear as a weak but disturbing ghost image. Since high-frequency signals are not transmitted through the reflective coating, it is no longer possible to send and receive electromagnetic radiation inside a vehicle. Typically, one or two localized areas of the reflective coating are stripped for this reason.
  • CN113071165 A discloses a HUD system including a HUD glass.
  • the HUD glass consists of two glass panels, a middle layer sandwiched between the glass panels, and a transparent conductive film and a reflection-enhancing film.
  • the object of the present invention is to provide a composite pane with an intermediate layer having a wedge-shaped cross section for a head-up display system, which improves the reflectivity for p-polarized radiation in the visible spectral range and for high-frequency signals over its entire surface is essentially permeable.
  • the object of the present invention is achieved according to the invention by a laminated pane according to claim 1 .
  • Preferred embodiments emerge from the dependent claims.
  • the composite pane according to the invention for a head-up display (HUD) system has a first pane and a second pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer with a wedge-shaped cross section.
  • the thermoplastic intermediate layer has a thicker first end and a thinner second end. The increase in thickness from the second end to the first end can be continuously linear or non-linear.
  • the first disc has a first surface (I) and a second surface (II).
  • the second disc also has a first surface (III) and a second surface (IV).
  • the laminated pane has a HUD area and a first coating as well as a second coating, with the HUD area having the first coating and the second coating.
  • the first coating is arranged on the second surface (II) of the first pane facing the intermediate layer and the second coating is arranged on the second surface (IV) of the second pane facing away from the intermediate layer.
  • a refractive index of the first coating is at least 1.9.
  • the second coating comprises at least a first layer of a dielectric material with a refractive index greater than or equal to 1.9 and a second layer of a dielectric material with a refractive index less than or equal to 1.6.
  • Both coatings, both the first coating and the second coating are intended and suitable for reflecting p-polarized radiation.
  • the inventors have found that a coating comprising a high-index layer and a low-index layer is particularly suitable with regard to high reflectivity for p-polarized light.
  • the p-polarized radiation is reflected from the first coating and from the second coating.
  • the transmitted part of the radiation is reflected on the first coating in the laminated pane. Since the second pane is not very thick, the two reflected images overlap almost completely. This increases the intensity of the HUD display (projector image) resulting from the reflections.
  • the first coating does not have to be applied over the entire surface (II) of the first pane, but at least in the HUD area of the composite pane.
  • the first pane can be characterized by a tint, which improves the visibility of the HUD display, and in combination with the second pane, which has a smaller thickness than the first pane, the visibility of the HUD display can be further increased.
  • a composite pane has the particular advantage that it has reflective properties in the visible spectral range, in particular p-polarized radiation.
  • the formation of undesirable reflections is largely minimized and transmission of high-frequency signals is guaranteed over almost the entire surface of the laminated pane.
  • the composite pane comprises the first coating and the second coating for reflecting p-polarized radiation, the second pane having a small thickness and the two reflections thereby superimposing one another as far as possible.
  • This effect is intensified by the tinting of the first pane.
  • the first coating and the second coating have exclusively dielectric layers.
  • the first coating and the second coating can be free of electrically conductive materials. This ensures very good transmission of electromagnetic radiation through the laminated pane. For legal reasons, too, it may be desirable for a composite pane, in particular a vehicle pane, to have no metallic layers.
  • the first coating comprises a dielectric layer based on silicon-zirconium mixed nitride, silicon nitride, silicon-titanium mixed nitride, silicon-hafnium mixed nitride and/or titanium oxide.
  • the first coating exclusively comprises a dielectric layer, in particular based on silicon-zirconium mixed nitride.
  • the first layer of the second coating comprises a dielectric layer based on silicon-zirconium mixed nitride, silicon nitride, silicon-titanium mixed nitride, silicon-hafnium mixed nitride or titanium oxide and the second layer of the second coating comprises a dielectric layer Based on a dielectric oxide, in particular silicon oxide (SiÜ2).
  • the second coating is preferably formed from only these two layers. It preferably has no further layers below or above one of the two layers.
  • the first layer and the second layer together comprise two or more layers having a different refractive index.
  • the refractive index is here for each layer of the first in particular the high-index layer is greater than or equal to 1.9 and for the second, in particular low-index layer is less than or equal to 1.6.
  • the second coating can have a total material thickness of at most 200 nm (nanometers), preferably at most 185 nm.
  • the laminated pane is intended to separate the interior from the outside environment in a window opening of a vehicle.
  • the composite pane is preferably the windshield of a motor vehicle, in particular a passenger car or truck.
  • the second coating is arranged spatially in front of the first coating when looking through the second pane (e.g. inner pane).
  • a projector illuminates an area of the windshield where the radiation is reflected toward the viewer (driver), creating a virtual image that the viewer sees behind the windshield as seen from behind.
  • the area of the windshield that can be irradiated by the projector is referred to as the HUD area.
  • the beam direction of the projector can be varied using optical elements (e.g. mirrors), especially vertically, in order to adapt the projection to the viewer's height.
  • P-polarized radiation is used to generate a HUD image.
  • the thermoplastic intermediate layer has a wedge angle in the range from 0.1 mrad to 1 mrad, preferably 0.3 mrad to 0.6 mrad.
  • the laminated pane of the present invention comprises a thermoplastic interlayer having a wedge-shaped cross-section and two panes of constant thickness or having a wedge-shaped cross-section
  • the laminated pane of the present invention has a wedge-shaped cross-section.
  • the cross section means the cross section in the vertical course between a bottom edge and a top edge.
  • the thickness increases from the lower edge to the upper edge.
  • the thicker first end is thus on the top edge and the thinner second end on the bottom edge of the laminated pane.
  • the thickness is typically varied in such a way that the smallest thickness is provided at the lower end of the laminated glass pane towards the engine compartment, while the thickness increases towards the roof.
  • the thermoplastic intermediate layer can also comprise an additional intermediate layer which has a substantially constant thickness, in particular an infrared radiation-reflecting layer, an infrared radiation-absorbing layer, a UV-radiation absorbing layer, a barrier layer, an intermediate layer with acoustically damping properties or a combination of these.
  • the additional intermediate layer can also be a belt filter film.
  • the additional intermediate layer can be arranged between the first and the second pane.
  • the intermediate layer can have properties that reduce thermal radiation (total transmitted thermal radiation TTS).
  • TTS total transmitted thermal radiation
  • the additional intermediate layer can be designed as a film with absorbing properties in the near infrared range (NIR).
  • NIR near infrared radiation
  • NIR is electromagnetic radiation in a wavelength range of 780 nm to 3000 nm (nanometers). This minimizes the heating inside rooms or vehicles and reduces the energy expenditure to create a pleasant ambient climate for the person inside.
  • the intermediate layer can comprise a conductor system with a heating function, in particular a number of resistance wires as heating conductors.
  • At least one covering layer is arranged on the interior-side surface (II) of the first pane in an edge region of the laminated pane.
  • the opaque cover layer can be arranged directly or indirectly on the pane surface.
  • the cover layer can at least partially overlap with the HUD area in the viewing direction of the laminated pane.
  • the opaque cover layer is arranged in a region of the pane in which the first and second coatings are also located, so that the cover layer, the first coating and the second coating overlap at least partially in the viewing direction of the laminated pane.
  • the HUD projector Since the HUD projector is arranged in the interior of a vehicle when the laminated pane is installed, the light emitted by the HUD projector strikes the second coating or first coating and is reflected there in each case. The reflected light is recognizable as an image for an observer located in the vehicle interior.
  • the opaque covering layer lies behind the first coating as viewed by the observer in the vehicle interior. As a result, the image located in the area of the first coating has good contrast.
  • the cover layer covers, for example, an adhesive bond or electrical connection elements of the laminated pane. As a result, an aesthetically good visual impression of the laminated pane is achieved.
  • the cover layer also serves as UV protection for e.g. adhesives in the edge area of the laminated pane.
  • the at least one opaque cover layer within the meaning of the invention is a layer that prevents the view through the laminated pane.
  • a transmission of at most 5%, preferably at most 2%, particularly preferably at most 1%, in particular at most 0.1%, of the light of the visible spectrum takes place through the opaque covering layer.
  • the covering layer can also be semi-transparent, at least in sections, for example as a dot grid, stripe grid or checkered grid.
  • the cover layer can also have a gradient, for example from an opaque cover to a semi-transparent cover.
  • the opaque covering layer is preferably printed onto the first pane (eg outer pane), in particular using the screen printing method.
  • Screen printing processes for applying opaque cover layers to panes are known as such.
  • Such printed cover layers are also referred to as screen printing, black printing or black print and contain an opaque pigment, for example a black pigment.
  • black pigments are, for example, pigment black (carbon black), aniline black, bone black, iron oxide black, spinel black and graphite.
  • the opaque cover layer can be formed in the edge region of the laminated pane all the way around along the peripheral edge of the laminated pane, with the width of the opaque cover layer being able to vary.
  • the opaque cover layer is preferably widened at least in one area.
  • thermoplastic intermediate layer is opaque in at least the edge area of the laminated pane.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably colored black in the section of the edge area.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be formed by a first and a second thermoplastic composite film, the first thermoplastic composite film being transparent and extending over the entire surface of the composite pane with the exception of the edge region.
  • the second thermoplastic composite film is opaque and colored black, for example, and extends at least, preferably exclusively, over the edge region of the composite pane.
  • an opaque, preferably black-colored film is arranged within the thermoplastic intermediate layer.
  • the film extends at least over the edge area and preferably only over the edge area.
  • the film is based on polyethylene terephthalate, for example.
  • the edge area is preferably a strip-shaped area arranged along the lower edge.
  • the edge area thus extends from the left-hand side edge to the right-hand side edge and along the lower edge of the laminated pane.
  • the edge area can also extend in strips along the top edge from the left to the right side edge and/or along the left and/or the right side edge from the bottom edge to the top edge.
  • the edge area particularly preferably borders directly on the top, side and/or bottom edge.
  • the edge area can run in the form of a frame all the way around the laminated pane.
  • the edge area is not arranged within the area of the laminated pane which is provided as a see-through area, for example when used as a windshield in a vehicle.
  • the width of the edge area is preferably from 10 cm to 50 cm. Within the meaning of the invention, “width” means the extent perpendicular to the direction of extent.
  • the HUD area of the laminated pane in particular as a windshield, is provided with the first coating and the second coating.
  • other areas can also be provided with the first and second coating.
  • the laminated pane can be provided with the first and second coating essentially over its entire surface, which can be preferred for manufacturing reasons.
  • At least 80% of the pane surface is provided with the first and second coating.
  • the first and second Coating applied to the entire pane surface with the exception of a peripheral edge area and optional local area.
  • the surrounding uncoated edge area has a width of up to 20 cm, for example.
  • the laminated pane according to the invention brings about a high level of reflectivity with respect to p-polarized radiation in the spectral range from 450 nm to 650 nm (nanometers), which is relevant for HUD displays.
  • HUD projectors typically work with wavelengths of 473 nm, 550 nm and 630 nm (RGB). This achieves a high-intensity HUD image.
  • the projector is arranged on the interior side of the composite pane and irradiates the composite pane via the second (interior-side) surface of the second pane.
  • the light emitted by the HUD projector strikes and reflects off the HUD area and/or the cover print.
  • the outside surface designates that surface which is intended to face the external environment in the installed position.
  • the surface on the interior side is that surface which is intended to face the interior in the installed position.
  • the projector is aimed at and illuminates the HUD area and/or the cover layer to produce the HUD projection.
  • the radiation of the projector is 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 from the projector, the more intense is the desired projection image.
  • the p-polarized radiation component of the projector is preferably at least 70%, particularly preferably at least 80% and particularly preferably at least 90%.
  • the radiation from the projector is essentially purely p-polarized, ie the p-polarized radiation component is 100% or deviates from it only insignificantly.
  • the specification of the direction of polarization relates to the plane of incidence of the radiation on the laminated pane, in particular the windshield.
  • 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 windshield in the geometric center of the irradiated area.
  • the radiation from the projector preferably strikes the windshield at an angle of incidence of 45° to 75°, in particular 60° to 70°.
  • the angle of incidence deviates from the Brewster angle by at most 10°.
  • 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 windshield) at the geometric center of the HUD area.
  • the Brewster angle for an air-to-glass transition in the case of soda-lime glass, which is common for window panes, is 57.2°.
  • 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 laminated pane has a peripheral edge, which particularly preferably comprises an upper edge and a lower edge as well as two side edges running in between, with a left and a right side edge.
  • the upper edge designates that edge which is intended to point upwards in the installation position of the laminated pane.
  • the lower edge designates that edge which is intended to point downwards in the installation position.
  • the upper edge is often referred to as the roof edge and the lower edge as the engine edge.
  • thermoplastic intermediate layer is typically formed from at least one thermoplastic film.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be multi-layered, i.e. the thermoplastic intermediate layer can comprise several thermoplastic layers.
  • the first pane and the second pane are preferably made of glass, in particular 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 first pane as the outer pane can vary widely.
  • Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.1 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm, with the second disc having a Has a thickness of less than or equal to 1.6 mm, preferably less than or equal to 1.4 mm, particularly preferably 1.1 mm.
  • the second pane and the thermoplastic interlayer can be clear and colorless.
  • the total transmission through the windshield (including the reflective coating) is greater than 70%.
  • the term total transmission refers to the procedure specified by ECE-R 43, Appendix 3, Section 9.1 for testing the light transmittance of motor vehicle windows.
  • the first sheave and the second sheave may be independently unbiased, partially biased, or biased. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the first pane is tinted or colored.
  • green or blue colored glass can be used as the first pane (e.g. outer pane).
  • tinted glass panels are also known as TSANx, TSA3+ glass panels.
  • the outer pane (here the first pane) should preferably have a light transmission of at least 80%, particularly preferably at least 85%.
  • the second pane and the intermediate layer are preferably clear, ie not tinted or colored.
  • 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 thermoplastic intermediate layer can be designed with absorbing properties in the NIR range.
  • the laminated pane can be manufactured by methods known per se.
  • the first pane and the second pane are laminated together via the intermediate layer, for example by autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calendering processes, vacuum laminators, or combinations thereof.
  • the connection of The outer pane and the inner pane usually take place under the action of heat, vacuum and/or pressure.
  • the first coating and the second coating are preferably deposited by physical vapor deposition (PVD) on a disc surface, more preferably by sputtering ("sputtering”), most preferably by magnetic field-enhanced cathode sputtering (“magnetron sputtering”) or by chemical deposition methods, especially at atmospheric pressure .
  • PVD physical vapor deposition
  • the coatings are preferably applied prior to lamination.
  • a polymeric material If something is designed “on the basis” of a polymeric material, the majority of it, ie at least 50%, preferably at least 60% and in particular at least 70%, consists of this material. It can also contain other materials such as stabilizers or plasticizers.
  • the invention also includes a vehicle, preferably a road vehicle, in particular a passenger car, which is equipped with a laminated pane according to the invention.
  • a vehicle preferably a road vehicle, in particular a passenger car, which is equipped with a laminated pane according to the invention.
  • the invention also includes a projection arrangement for a head-up display, the projection arrangement comprising the composite pane according to the invention and a projector, the projector being aimed at the HUD area of the composite pane, the second surface (II) of the first pane and the second surface (IV) of the second pane is provided for irradiation by the projector.
  • the radiation from the projector is predominantly p-polarized.
  • the composite pane is arranged relative to the projector in such a way that the second surface (IV) of the second pane is the surface of the composite pane closest to the projector.
  • the p-polarized radiation is reflected in the HUD area in the direction of an observer, as a result of which a virtual HUD display is generated which the observer perceives from behind the laminated pane.
  • 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, whereby the entire area thus accessible (that is, the superimposition of all possible Eyebox window) is referred to as an 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 projector is preferably a liquid crystal (LCD) display, thin film transistor (TFT) display, light emitting diode (LED) display, organic light emitting diode (OLED) display, electroluminescent (EL) display or microLED display.
  • LCD liquid crystal
  • TFT thin film transistor
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • EL electroluminescent
  • the invention extends to the use of the projection arrangement according to the invention in vehicles for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles.
  • the use of the laminated pane as a vehicle windshield is preferred.
  • the invention also relates to a method for producing a composite pane for a head-up display (HUD), the composite pane having a first pane, a second pane and a thermoplastic intermediate layer with a wedge-shaped cross section arranged between the first pane and the second pane wherein in the method at least: a) a first pane and a second pane are provided, wherein the first pane has a first coating and the second pane has a second coating, b) a thermoplastic intermediate layer having a wedge-shaped cross section is provided, c) the thermoplastic intermediate layer is arranged areally between the first pane and the second pane, the first coating being arranged between the first pane and the intermediate layer and the second coating being arranged on a surface of the second pane facing away from the intermediate layer, d) the first pane, the thermoplastic intermediate layer and the second pane are connected by lamination.
  • HUD head-up display
  • the method may additionally include the steps of providing at least one additional intermediate layer and placing it between the first and second panes include.
  • the one additional intermediate layer is preferably a functional intermediate layer, in particular an IR-reflecting layer, a UV-radiation-absorbing layer, a barrier layer, an intermediate layer with acoustically dampening properties, or a combination of these.
  • FIG. 1 shows a plan view of a composite pane of a generic projection arrangement
  • Figure 2 shows a cross section through the laminated pane
  • FIG. 3 shows a cross section through a first embodiment of a composite pane according to the invention
  • FIG. 4 shows a cross section through an embodiment of a first coating and a second coating.
  • FIG. 1 schematically shows a laminated pane 10 with an upper edge O, a lower edge U and a so-called HUD area B.
  • the HUD area can be located in the lower region near the lower edge of the laminated pane 10 .
  • a peripheral edge area of the laminated pane 10 there can also be a frame-shaped peripheral opaque covering layer.
  • FIG. 2 schematically shows a generic projection arrangement for a HUD system.
  • the projection arrangement includes the composite pane 10, as a windshield Passenger car is trained.
  • the laminated pane 10 separates an interior of the passenger vehicle from an external environment.
  • the projection arrangement has a projector 4 which is directed onto an area of the laminated pane 10 .
  • This area is commonly referred to as HUD Area B. Images generated by the projector 4 can be projected in this area, which are perceived by a viewer 5 (eg 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.
  • a viewer 5 eg vehicle driver
  • the laminated pane 10 is made up of a first pane 1 as the outer pane and a second pane 2 as the inner pane of the passenger car, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3 .
  • the thermoplastic intermediate layer 3 has a wedge-shaped cross section. The wedge angle of the intermediate layer 3 is 0.5 mrad.
  • the intermediate layer 3 has a thicker first end and a thinner second end. The increase in thickness from the second end to the first end of the thermoplastic intermediate layer 3 is continuously linear.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 is colorless.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 is 0.76 mm thick at its thinner second end.
  • the lower edge U of the laminated pane 10 is arranged downwards towards the engine of the passenger car, its upper edge O upwards towards the roof.
  • the first pane 1 faces the outside environment
  • the second pane 2 faces the vehicle interior.
  • the laminated pane 1 can have any suitable geometric shape and/or curvature. As a windshield, it typically has a convex curvature.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of a first embodiment of a laminated pane 10 according to the invention.
  • the first pane 1 has an outside surface I, which faces the outside environment in the installed position, and an inside surface II, which faces the interior in the installed position.
  • the laminated pane 1 comprises the second pane 2, which has an outside surface III and an inside surface IV.
  • the surface III faces the external environment in the installed position.
  • the surface IV faces the external environment in the installed position.
  • the first pane 1 as the outer pane in the installed state and the second pane 2 as the inner pane consist, for example, of soda-lime glass.
  • the first pane 1 has a thickness of 2.1 mm, for example.
  • the second pane 2 has a thickness of 1.6 mm and is therefore significantly thinner than the inner panes usually used in windshields.
  • the thickness of the second pane (2) can be 1.4 mm or 1.1 mm.
  • the reduction in the thickness of the second pane 2, ie the inner pane when installed in a vehicle, is accompanied by an adjustment of the first reflection to the second reflection. This means that the image that is formed on the second surface IV of the second pane 2 moves closer to the image from the second reflection that is formed on the second surface of the first pane II.
  • the images overlap more, which improves the impression of the resulting HUD display.
  • the first pane 1 has at least one tint. Due to the tinting of the first pane 1, a good HUD display (projector image) with high contrast is possible.
  • the intermediate layer 3 is formed from a PVB film, for example.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 has a wedge-shaped cross section. The wedge angle of the intermediate layer 3 is 0.5 mrad.
  • the intermediate layer 3 has a thicker first end and a thinner second end. The increase in thickness from the second end to the first end of the thermoplastic intermediate layer 3 is continuously linear.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 is colorless.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 is 0.76 mm thick at its thinner second end, or alternatively 0.38 mm.
  • the PVB film can be designed with absorbing properties in the NIR range.
  • the second surface II (on the interior side) of the first pane 1 is provided with a first coating 20 according to the invention, which has a refractive index of at least 1.9.
  • the first coating 20 comprises a layer of an optically highly refractive material.
  • the optically high-index layer of the first coating 20 is preferably based on silicon nitride, silicon-metal mixed nitrides such as silicon zirconium nitride (SiZrNx), silicon-titanium mixed nitride or silicon-hafnium mixed nitride.
  • the layer thickness of the optically high-index layer should preferably be 20 nm to 80 nm, particularly preferably 30 nm.
  • the second (inside) surface IV of the second pane 2 is provided with a second coating 30 according to the invention.
  • the first coating 20 according to the invention and the second coating 30 are optimized for the reflection of p-polarized radiation. They serve as reflection surfaces for the radiation of the projector 4 to generate the HUD projection. A first reflection takes place at the first coating 20 . However, since the angle of incidence of the projector radiation deviates slightly from the Brewster angle, a second reflection of the projector radiation also takes place at the air-glass transitions, which leads to the formation of a second image.
  • the second image which is generated by the second reflection on the interior surface IV of the disc 2, can here by the very low Thickness of the second pane 2 overlap well with the main image, which is generated by the first reflection at the first coating 20. Since the intensity of the reflected radiation (in contrast to the reflection on the outside surface l of the outer pane 1) is not already weakened by the passage through the second coating 30, the second image increases the visibility of the first image, which results from the reflection on the first Coating 20 results.
  • the first coating 20 and the second coating 30 are arranged in front of the tinted first pane 1 (outer pane).
  • the first and second coating 20, 30 are irradiated with p-polarized light 10 from the projector 4, a particularly high-contrast and visually perceptible HUD display is produced.
  • the radiation from the projector 4 is essentially p-polarized. Since the projector 4 irradiates the laminated pane 10 at an angle of incidence of approximately 65° to 75°, which is close to what is known as the Brewster angle, the radiation from the projector is reflected only insignificantly on the first (outside) surface I of the laminated pane 10 .
  • the projector 4 is a display, for example, in this case an LCD display. It would also be possible, for example, for the composite pane 10 to be a roof pane, side pane or rear pane.
  • the p-polarized radiation is light waves within the wavelength range from 380 nm to 780 nm that can be visually perceived by humans
  • Figure 4 shows the layer sequence of an exemplary embodiment of the second coating 30.
  • the second coating 30 has a first layer of a dielectric material 30.1 with a refractive index greater than or equal to 1.9 and a second layer of a dielectric material 30.2 with a refractive index less than or equal to 1. 6 on.
  • the first layer of the second coating 30 has a dielectric material 30.1 based on silicon nitride, silicon-metal mixed nitrides such as silicon zirconium nitride (SiZrNx), silicon-titanium mixed nitride or silicon-hafnium mixed nitride.
  • the second layer 30.2 of the second coating 30 has a dielectric material 30.2 based on silicon oxide (SiCh). Compared to the first layer, the second layer has an optically low refractive index.
  • the layer thicknesses of the dielectric layers of the second coating 30 should preferably be 50 nm to 200 nm, particularly preferably 70 nm to 115
  • the first layer 30.1 and the second layer 30.2. the second coating 30 are arranged congruently one above the other, with the first layer 30.1 on the second Surface IV of the second pane 2 and the second layer 30.2 is applied to the first layer 30.1.
  • the interior-side surface IV of the second pane 2 is, according to the invention, provided with a reflection-increasing coating 30, which increases the overall reflectivity the second surface IV increased.
  • the layer sequences of a composite pane 10 with the first coating 20 on the second (inside) surface II of the first pane 1 and the second coating 30 on the second (inside) surface IV of the second pane 2 according to example 1 according to the invention are, together with the materials and geometric layer thicknesses of the individual layers, shown in Table 1.
  • An essential advantage of the laminated pane 10 according to the invention is that high-frequency signals can penetrate the laminated pane 10 and at the same time the reflectivity with regard to HUD displays is improved.
  • the outside Reflection color is relatively neutral (bluish/green tinge), so that the laminated pane does not have an unpleasant color tinge (e.g. reddish tinge).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundscheibe (10) für ein Head-Up-Display System, mindestens umfassend - eine erste Beschichtung (20) auf einer zweiten Oberfläche (II) einer ersten Scheibe (1),- eine zweite Beschichtung (30) auf einer Oberfläche (IV) einer zweiten Scheibe (2),- einen HUD-Bereich (B), der die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) aufweist,wobei die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) zur Reflexion von p-polarisierter Strahlung vorgesehen sind,wobei ein Brechungsindex der ersten Beschichtung mindestens 1,9 beträgt,wobei die zweite Beschichtung (30) mindestens eine erste Schicht (30.1) eines dielektrischen Materials mit einem Brechungsindex größer oder gleich 1,9 und eine zweite Schicht (30.2) eines dielektrischen Materials mit einem Brechungsindex kleiner oder gleich 1,6 umfasst, und wobei die zweite Scheibe (2) eine geringere Dicke als die erste Scheibe (1) aufweist und wobei die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) ausschließlich dielektrische Schichten aufweisen.

Description

Verbundscheibe für ein Head-Up-Display System mit p-polarisierter Strahlung
Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe für ein Head-Up-Display System und eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display.
Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen (PKW), werden immer häufiger mit sogenannten Head-Up-Displays ausgestattet. Ein Head-Up-Display (HUD) ist ein Anzeigesystem, welches dem Fahrer eines Fahrzeugs in sein Sichtfeld zusätzliche Informationen in Form von Bildern projiziert.
Das Head-Up-Display besteht aus einem Projektor (bildgebende Einheit) und mehreren Optikmodulen zur Umlenkung bzw. Spiegelung (Reflektion) eines Bildes auf eine Projektionsfläche bzw. Reflexionsfläche. Dabei dient üblicherweise eine Verbundscheibe, insbesondere die Windschutzscheibe des Fahrzeugs, als Projektionsfläche. Eine Verbundscheibe weist im Allgemeinen zwei Scheiben auf, die auf eine Zwischenschicht laminiert sind. Die Zwischenschicht weist üblicherweise ein thermoplastisches Material, vorzugsweise Polyvinylbutyral (PVB), einer vorbestimmten Dicke auf. Obwohl das Bild auf die Windschutzscheibe projiziert wird, schwebt es in der Wahrnehmung des menschlichen Auges des Fahrers entfernt über der Motorhaube des Fahrzeugs.
Auf diese Weise können zusätzliche Informationen in das Blickfeld des Fahrers projiziert werden, beispielsweise die aktuelle Fahrgeschwindigkeit und Navigations- oder Warnhinweise, die der Fahrer wahrnehmen kann, ohne seine Blickrichtung ändern zu müssen. Head-Up-Displays können so wesentlich zur Steigerung der Verkehrssicherheit beitragen.
Üblicherweise besteht das durch den Projektor erzeugte Bild aus polarisierter, insbesondere s-polarisierter Lichtstrahlung. Das s-polarisierte Licht trifft unter einem bestimmten Einfallswinkel auf die Verbundscheibe und wird zumindest teilweise sowohl in die Verbundscheibe hinein gebrochen als auch als s-polarisiertes Licht in das Sichtfeld des Fahrers reflektiert. Allerdings werden die reflektierten Bilder nicht farbecht oder mit unerwünschter Reflektion, sogenannten Doppelbildern, dargestellt.
Der Einfallswinkel der s-polarisierten Strahlung beträgt üblicherweise etwa 65%, was in etwa dem Brewster- Winkel für einen Luft-Glas-Übergang (57,2° für Kalk-Natron-Glas) entspricht. Dabei tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden äußeren Übergängen von Luft zu Glas und von Glas zur Luft reflektiert wird. Dadurch tritt neben dem gewünschten Hauptbild auch ein leicht versetztes Nebenbild auf, das sogenannte Geisterbild („Ghost“). Das Problem wird dadurch gemildert, dass die Oberflächen der Windschutzscheibe in einem Winkel zueinander angeordnet werden. Dies geschieht durch die Verwendung einer keilförmigen Zwischenschicht bei der Lamination der als Verbundscheibe ausgebildeten Windschutzscheibe. Dadurch kann eine Überlagerung des Hauptbildes und des Geisterbildes erzielt werden.
So ist es beispielsweise möglich, den HUD-Projektor mit p-polarisierter Strahlung zu betreiben, welche an den Scheibenoberflächen aufgrund der Einstrahlung nahe des Brewster-Winkels nicht wesentlich reflektiert wird. Als Reflexionsfläche für die p-polarisierte Strahlung weist die Windschutzscheibe stattdessen eine Reflexionsbeschichtung auf, insbesondere mit metallischen und dielektrischen Schichten. HUD-Projektionsanordnungen mit Reflexionsbeschichtung sind aus WO2019179682A1 , WO2019179683A1 , WO2019206493A1 und WO2021/104800 A1 bekannt. Während die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe infolge der Strahlungsreflexion an der Reflexionsbeschichtung abgeschwächt wird, kann insbesondere die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe als zwar schwaches, aber dennoch störendes Geisterbild in Erscheinung treten. Da hochfrequente Signale nicht durch die Reflexionsbeschichtung transmittiert werden, ist das Senden und Empfangen von elektromagnetischer Strahlung im Innenraum eines Fahrzeugs nicht mehr möglich. Üblicherweise werden ein oder zwei örtlich begrenzte Bereiche der Reflexionsbeschichtung deshalb entschichtet.
CN113071165 A offenbart ein HUD-System, welches ein HUD-Glas umfasst. Das HUD-Glas umfasst zwei Glasplatten, eine zwischen den Glasplatten angeordnete mittlere Schicht sowie einen transparenten leitenden Film und einen reflexionssteigernden Film.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbundscheibe mit einer einen keilförmigen Querschnitt aufweisenden Zwischenschicht für ein Head-Up-Display System bereitzustellen, die die Reflektivität für p-polarisierte Strahlung im sichtbaren Spektral be re ich verbessert und für hochfrequente Signale auf Ihrer gesamten Fläche im Wesentlichen durchlässig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe für ein Head-Up-Display (HUD) System verfügt über eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht mit einem keilförmigen Querschnitt miteinander verbunden sind. Die thermoplastische Zwischenschicht weist ein dickeres erstes Ende und ein dünneres zweites Ende auf. Der Dickenanstieg von dem zweiten Ende zum ersten Ende kann dabei kontinuierlich linear oder nicht linear sein. Die erste Scheibe weist eine erste Oberfläche (I) und eine zweite Oberfläche (II) auf. Die zweite Scheibe weist ebenfalls eine erste Oberfläche (III) und eine zweite Oberfläche (IV) auf.
Weiterhin weist die Verbundscheibe einen HUD-Bereich und eine erste Beschichtung sowie eine zweite Beschichtung auf, wobei der HUD-Bereich die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung aufweist. Die erste Beschichtung ist auf der zu der Zwischenschicht hingewandten zweiten Oberfläche (II) der ersten Scheibe und die zweite Beschichtung auf der von der Zwischenschicht abgewandten zweiten Oberfläche (IV) der zweiten Scheibe angeordnet.
Ein Brechungsindex der ersten Beschichtung beträgt mindestens 1 ,9. Die zweite Beschichtung umfasst mindestens eine erste Schicht eines dielektrischen Materials mit einem Brechungsindex größer oder gleich 1 ,9 und eine zweite Schicht eines dielektrischen Materials mit einem Brechungsindex kleiner oder gleich 1 ,6. Beide Beschichtungen, sowohl die erste Beschichtung als auch die zweite Beschichtung sind zur Reflexion von p-polarisierter Strahlung vorgesehen und geeignet. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine Beschichtung umfassend eine hochbrechende Schicht und eine niedrigbrechende Schicht besonders geeignet ist hinsichtlich einer hohen Reflektivität für p-polarisiertes Licht. Die p-polarisierte Strahlung wird von der ersten Beschichtung und von der zweiten Beschichtung reflektiert. Der transmittierte Teil der Strahlung wird an der ersten sich in der Verbundscheibe befindlichen Beschichtung reflektiert. Da die zweite Scheibe eine geringe Dicke aufweist, überlagern sich die beiden reflektierten Bilder nahezu vollständig. Dadurch nimmt die Intensität der HUD- Darstellung (Projektorbild), welche aus den Reflexionen resultiert, zu.
Die erste Beschichtung muss nicht vollflächig auf der Oberfläche (II) der ersten Scheibe aufgebracht sein, mindestens aber im HUD Bereich der Verbundscheibe.
Die erste Scheibe kann durch eine Tönung gekennzeichnet sein, was die Sichtbarkeit der HUD Darstellung verbessert und in Kombination mit der zweiten Scheibe, welche eine geringere Dicke aufweist als die erste Scheibe, kann die Sichtbarkeit der HUD Darstellung weiterhin gesteigert werden. Eine derartige Verbundscheibe hat den besonderen Vorteil, dass sie reflektierende Eigenschaften im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere p-polarisierter Strahlung, aufweist. Zusätzlich wird die Bildung von unerwünschten Reflexion weitgehend minimiert und gewährleitet eine Transmission von hochfrequenten Signalen auf der nahezu gesamten Oberfläche der Verbundscheibe.
Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbundscheibe die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung zur Reflexion von p-polarisierter Strahlung umfasst, wobei die zweite Scheibe eine geringe Dicke aufweist und sich die beiden Reflexionen dadurch möglichst überlagern. Durch die Tönung der ersten Scheibe wird diese Wirkung noch verstärkt. Überraschend hat sich gezeigt, dass eine solche erfindungsgemäße Verbundscheibe gegenüber den bisher bekannten Verbundscheiben eine deutlich verbesserte Sichtbarkeit des Hauptbildes ermöglicht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung ausschließlich dielektrische Schichten auf. Zusätzlich können die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung frei von elektrisch leitfähigen Materialien sein. Dadurch wird eine sehr gute Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Verbundscheibe gewährleistet. Auch aus rechtlichen Gründen kann es gewünscht sein, dass eine Verbundscheibe, insbesondere Fahrzeugscheibe, keine metallischen Schichten aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erste Beschichtung eine dielektrische Schicht auf Basis von Silizium-Zirkonium-Mischnitrid, Siliziumnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid, Silizium-Hafnium-Mischnitrid und/oder Titanoxid.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die erste Beschichtung ausschließlich eine dielektrische Schicht, insbesondere auf Basis von Silizium-Zirkonium-Mischnitrid.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfassen die erste Schicht der zweiten Beschichtung eine dielektrische Schicht auf Basis von Silizium-Zirkonium-Mischnitrid, Siliziumnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid, Silizium-Hafnium-Mischnitrid oder Titanoxid und die zweite Schicht der zweiten Beschichtung eine dielektrische Schicht auf Basis von einem dielektrischen Oxid, insbesondere Siliziumoxid (SiÜ2). Die zweite Beschichtung ist bevorzugt nur aus diesen beiden Schichten ausgebildet. Sie weist bevorzugt keine weiteren Schichten unterhalb oder oberhalb einer der beiden Schichten auf. Vorzugsweise umfassen die erste Schicht und die zweite Schicht zusammen zwei oder mehr Schichten mit einem unterschiedlichen Brechungsindex. Der Brechungsindex ist hierbei für jede Schicht der ersten, insbesondere hochbrechenden Schicht größer oder gleich 1 ,9 und für die zweite, insbesondere niedrigbrechende Schicht kleiner oder gleich 1 ,6.
Die zweite Beschichtung kann eine Gesamtmaterialdicke von höchstens 200 nm (Nanometer) aufweisen, bevorzugt höchstens 185 nm.
Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Die Verbundscheibe ist bevorzugt die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personen- oder Lastkraftwagens. Aus Sicht eines Fahrzeuginsassen ist die zweite Beschichtung in Durchsicht durch die zweite Scheibe (z.B. Innenscheibe) räumlich vor der ersten Beschichtung angeordnet.
Wie bei HUDs üblich bestrahlt ein Projektor einen Bereich 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 der Windschutzscheibe wird als HUD-Bereich bezeichnet. Die Strahlrichtung des Projektors kann durch optische Elemente (z.B. Spiegel) variiert werden, insbesondere vertikal, um die Projektion an die Körpergröße des Betrachters anzupassen.
Zur Erzeugung eines HUD-Bildes wird p-polarisierte Strahlung verwendet.
Da der für HUD-Projektionsanordnungen typische Einfallswinkel von etwa 65° dem Brewsterwinkel für einen Luft-Glas-Übergang (57,2°, Kalk-Natron-Glas) relativ nahekommt, wird p-polarisierte Strahlung von Scheibenoberflächen kaum reflektiert, während s-polarisierte Strahlung deutlich stärker reflektiert wird. Die Reflektion der p-polarisierten Strahlung findet hauptsächlich an der zweiten Beschichtung statt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe weist die thermoplastischen Zwischenschicht einen Keilwinkel im Bereich von 0,1 mrad bis 1 mrad, bevorzugt 0,3 mrad bis 0,6 mrad auf. Da die erfindungsgemäße Verbundscheibe einer thermoplastischen Zwischenschicht mit einem keilförmigen Querschnitt und zwei Scheiben mit konstanter Dicke oder mit einem keilförmigen Querschnitt umfasst, weist die erfindungsgemäße Verbundscheibe einen keilförmigen Querschnitt auf. Es versteht sich, dass mit Querschnitt der Querschnitt im vertikalen Verlauf zwischen einer Unterkante und einer Oberkante gemeint ist. Bei der erfindungsgemäßen Verbundscheibe nimmt die Dicke von der Unterkante zur Oberkante zu. Das dickere erste Ende befindet sich somit an der Oberkante und das dünnere zweite Ende an der Unterkante der Verbundscheibe. Im Fahrzeugbau wird typischerweise die Dicke so variiert, dass am unterem Ende der Verbundglasscheibe hin zum Motorraum die kleinste Dicke vorgesehen ist, während die Dicke zum Dach hin ansteigt.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch eine zusätzliche Zwischenschicht umfassen, die eine im Wesentlich konstante Dicke aufweist, insbesondere eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht, eine Infrarotstrahlung absorbierende Schicht, eine UV-Strahlung absorbierende Schicht, eine Barriereschicht, eine Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften oder eine Kombination dieser. So kann die zusätzliche Zwischenschicht beispielsweise auch eine Bandfilterfolie sein. Die zusätzliche Zwischenschicht kann zwischen der ersten und der zweiten Scheibe angeordnet sein.
Um die Transmission der totalen Wärmestrahlung zu reduzieren kann die Zwischenschicht Wärmestrahlung (totalen transmittierten Wärmestrahlung TTS) mindernde Eigenschaften aufweisen. Dazu kann die zusätzliche Zwischenschicht als eine Folie mit absorbierenden Eigenschaften im nahem Infrarotbereich (NIR) ausgebildet sein. Als nahe Infrarotstrahlung (NIR) wird elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich 780 nm bis 3000 nm (Nanometer) bezeichnet. Dadurch wird die Erwärmung im Inneren von Räumen oder Fahrzeugen minimiert und der energetische Aufwand zur Schaffung eines der im Innern befindlichen Person angenehmen Umgebungsklimas reduziert.
In einer Ausgestaltung kann die Zwischenschicht ein Leitersystem mit Heizfunktion, insbesondere mehrere Widerstandsdrähte als Heizleiter, umfassen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist mindestens eine Abdeckschicht, insbesondere ein opaker Abdeckdruck, auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der ersten Scheibe in einem Randbereich der Verbundscheibe angeordnet. Die opake Abdeckschicht kann dabei mittelbar oder unmittelbar auf der Scheibenoberfläche angeordnet sein. Die Abdeckschicht kann sich dabei zumindest teilweise mit dem HUD-Bereich in Dursichtrichtung der Verbundscheibe überlappen. Die opake Abdeckschicht ist dabei in einem Bereich der Scheibe angeordnet, in dem auch die erste und zweite Beschichtung liegen, so dass sich die Abdeckschicht, die erster Beschichtung und die zweite Beschichtung zumindest teilweise in Dursichtrichtung der Verbundscheibe überlappen. Da im eingebauten Zustand der Verbundscheibe der HUD-Projektor im Innenraum eines Fahrzeugs angeordnet ist, trifft das vom HUD-Projektor emittierte Licht auf die zweite Beschichtung bzw. erste Beschichtung und wird dort jeweils reflektiert. Das reflektierte Licht ist für einen im Fahrzeuginnenraum befindlichen Betrachter als Bild erkennbar. Die opake Abdeckschicht liegt vom Betrachter im Fahrzeuginnenraum aus gesehen hinter der ersten Beschichtung. Dadurch weist das im Bereich der ersten Beschichtung befindliche Bild einen guten Kontrast auf.
Die Abdeckschicht deckt beispielsweise eine Verklebung oder elektrische Anschlusselemente der Verbundscheibe ab. Dadurch wird ein ästhetisch guter optischer Eindruck der Verbundscheibe erzielt. Die Abdeckschicht dient auch als UV-Schutz für z.B. Klebemittel im Randbereich der Verbundscheibe.
Die mindestens eine opake Abdeckschicht im Sinne der Erfindung ist eine Schicht, die die Durchsicht durch die Verbundscheibe verhindert. Dabei findet eine Transmission von höchstens 5 %, bevorzugt von höchstens 2 %, besonders bevorzugt von höchstens 1 %, insbesondere von höchstens 0,1 %, des Lichtes des sichtbaren Spektrums durch die opake Abdeckschicht statt. Die Abdeckschicht kann zumindest abschnittsweise auch semitransparent, beispielsweise als Punktraster, Streifenraster oder kariertes Raster ausgebildet sein. Alternativ kann die Abdeckschicht auch einen Gradienten aufweisen, beispielsweise von einer opaken Bedeckung zu einer semitransparenten Bedeckung.
Die opake Abdeckschicht wird bevorzugt auf der ersten Scheibe (z.B. Außenscheibe) aufgedruckt, insbesondere im Siebdruckverfahren. Siebdruckverfahren zur Aufbringung opaker Abdeckschichten auf Scheiben sind als solche bekannt. Derartige aufgedruckte Abdeckschichten werden auch als Siebdruck, Schwarzdruck oder Black Print bezeichnet und enthalten ein opakes Pigment, beispielsweise ein Schwarzpigment. Bekannte Schwarzpigmente sind beispielsweise Pigmentruß (Carbon Black), Anilinschwarz, Beinschwarz, Eisenoxidschwarz, Spinellschwarz sowie Graphit. Die opake Abdeckschicht kann im Randbereich der Verbundscheibe umlaufend entlang der umlaufenden Kante der Verbundscheibe ausgebildet sein, wobei die Breite der opaken Abdeckschicht variieren kann. Bevorzugt ist die opake Abdeckschicht zumindest in einem Bereich verbreitert. Dieser verbreiterte Bereich der opaken Abdeckschicht kann zur Darstellung von durch den HUD- Projektor emittierten Bildern dienen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die thermoplastische Zwischenschicht in zumindest dem Randbereich der Verbundscheibe opak. Die thermoplastische Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise im Abschnitt des Randbereichs schwarz gefärbt. Alternativ kann die thermoplastische Zwischenschicht auch durch eine erste und eine zweite thermoplastische Verbundfolie ausgebildet sein, wobei die erste thermoplastische Verbundfolie transparent ist und sich über die gesamte Fläche der Verbundscheibe erstreckt mit Ausnahme des Randbereichs. Die zweite thermoplastische Verbundfolie ist opak und beispielsweise schwarz gefärbt und erstreckt sich mindestens, vorzugsweise ausschließlich, über den Randbereich der Verbundscheibe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine opake, vorzugsweise schwarz gefärbte Folie innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet. Die Folie erstreckt sich zumindest über den Randbereich und vorzugsweise nur über den Randbereich. Die Folie ist beispielsweise auf Basis von Polyethylenterephthalat ausgebildet.
Der Randbereich ist vorzugsweise ein streifenförmiger Bereich, der entlang der Unterkante angeordnet ist. Der Randbereich erstreckt sich also von der linken Seitenkante zu der rechten Seitenkante und entlang der Unterkante der Verbundscheibe. Der Randbereich kann sich aber auch streifenförmig entlang der Oberkante von der linken zu der rechten Seitenkante und/oder entlang der linken und/oder der rechten Seitenkante von der Unterkante zu der Oberkante erstrecken. Der Randbereich grenzt besonders bevorzugt direkt an die Ober-, Seiten-, und/oder Unterkante. Der Randbereich kann rahmenförmig umlaufend entlang der Verbundscheibe verlaufen. Der Randbereich ist nicht innerhalb des Bereiches der Verbundscheibe angeordnet, welcher, beispielsweise im Zuge einer Verwendung als Windschutzscheibe in einem Fahrzeug, als Durchsichtbereich vorgesehen ist. Die Breite des Randbereichs beträgt bevorzugt von 10 cm bis 50 cm. Mit „Breite“ ist im Sinne der Erfindung die Ausdehnung senkrecht zur Erstreckungsrichtung gemeint.
Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der HUD-Bereich der Verbundscheibe, insbesondere als eine Windschutzscheibe, mit der ersten Beschichtung und zweiten Beschichtung versehen ist. Es können aber auch weitere Bereiche mit der ersten und zweiten Beschichtung versehen sein. Die Verbundscheibe kann im Wesentlichen vollflächig mit der ersten und zweiten Beschichtung versehen sein, was herstellungsbedingt bevorzugt sein kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit der ersten und zweiten Beschichtung versehen. Insbesondere ist die erste und zweite Beschichtung vollflächig auf die Scheibenoberfläche aufgebracht mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und optional lokalen Bereichs. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe bewirkt eine hohe Reflektivität gegenüber p- polarisierter Strahlung im Spektralbereich von 450 nm bis 650 nm (Nanometer), der für HUD- Darstellungen relevant ist. HUD Projektoren arbeiten typischerweise mit Wellenlängen von 473 nm, 550 nm und 630 nm (RGB). Dadurch wird ein intensitätsstarkes HUD-Bild erreicht.
Der Projektor ist innenraumseitig der Verbundscheibe angeordnet und bestrahlt die Verbundscheibe über die zweite (innenraumseitige) Oberfläche der zweiten Scheibe. Das vom HUD Projektor emittierte Licht trifft auf den HUD-Bereich und/oder den Abdeckdruck und wird dort reflektiert.
Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Oberfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Oberfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein.
Der Projektor ist auf den HUD-Bereich und/oder auf die Abdeckschicht gerichtet und bestrahlt diese zur Erzeugung der HUD-Projektion. Die Strahlung des Projektors ist erfindungsgemäß überwiegend p-polarisiert, weist 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.
Der p-polarisierte Strahlungsanteil des Projektors beträgt bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% und insbesondere bevorzugt mindestens 90%. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Strahlung des Projektors im Wesentlichen rein p-polarisiert, d.h. 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, insbesondere Windschutzscheibe. 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 Windschutzscheibe im geometrischen Zentrum des bestrahlten Bereichs aufgespannt. Die Strahlung des Projektors trifft bevorzugt mit einem Einfallswinkel von 45° bis 75°, insbesondere von 60° bis 70° auf die Windschutzscheibe. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weicht der Einfallswinkel um höchstens 10° vom Brewsterwinkel ab. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Projektorstrahlung und der innenraumseitigen Flächennormale (also die Flächennormale auf die innenraumseitige externe Oberfläche der Windschutzscheibe) im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs. Der Brewsterwinkel für einen Luft-Glas-Übergang im Falle von Kalk-Natron-Glas, das für Fensterscheiben allgemein üblich ist, beträgt 57,2°. 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.
Die Verbundscheibe weist eine umlaufende Kante auf, welche besonders bevorzugt eine Oberkante und eine Unterkante sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten mit einer linken und einer rechten Seitenkante umfasst. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der Verbundscheibe nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Die Oberkante wird häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet.
Die thermoplastische Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch mehrlagig ausgebildet sein, d.h. die thermoplastische Zwischenschicht kann mehrere thermoplastische Schichten umfassen.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe 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 ersten Scheibe als Außenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,1 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm, wobei die zweite Scheibe eine Dicke von kleiner oder gleich 1 ,6 mm aufweist, bevorzugt kleiner oder gleich 1 ,4 mm, besonders bevorzugt 1 ,1 mm. Die zweite Scheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos sein. Die Gesamttransmission durch die Windschutzscheibe (samt Reflexionsbeschichtung) 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 erste Scheibe und die zweite Scheiben 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 erste Scheibe getönt oder gefärbt. Beispielsweise kann grün oder blau gefärbtes Glas als erste Scheibe (z.B. Außenscheibe) eingesetzt werden. Derartige getönte Glasscheiben sich auch als TSANx, TSA3+ Glasscheiben bekannt. Dadurch kann die außenseitige Reflektivität der Verbundscheibe verringert werden, wodurch der Eindruck der Scheibe angenehmer gestaltet wird für einen äußeren Betrachter. Gleichzeitig wird eine gute HUD-Darstellung mit hohem Kontrast ermöglicht.
Um allerdings die vorgeschriebene Lichttransmission von 70% für Windschutzscheiben zu gewährleisten (Gesamttransmission), sollte die Außenscheibe (hier also erste Scheibe) bevorzugt eine Lichttransmission von mindestens 80% aufweisen, besonders bevorzugt von mindestens 85%. Die zweite Scheibe und die Zwischenschicht sind bevorzugt klar, also nicht getönt oder gefärbt.
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 thermoplastische Zwischenschicht kann mit absorbierenden Eigenschaften im NIR-Bereich ausgebildet sein.
Die Verbundscheibe kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die erste Scheibe und die zweite Scheibe 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 erste Beschichtung und die zweite Beschichtung werden bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) auf eine Scheibenoberfläche, besonders bevorzugt durch Kathodenzerstäubung („Sputtern“), ganz besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“) oder durch chemische Abscheidungsverfahren, insbesondere bei Atmosphärendruck, abgeschieden. Die Beschichtungen werden bevorzugt vor der Lamination aufgebracht.
Ist etwas „auf Basis“ eines polymerischen Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich, also zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 60 % und insbesondere zu mindestens 70%, aus diesem Material. Es kann also noch weitere Materialien wie beispielsweise Stabilisatoren oder Weichmacher enthalten.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Fahrzeug, bevorzugt Straßenfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen (PKW), das mit einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe ausgestattet ist.
Die Erfindung umfasst auch eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display, wobei die Projektionsanordnung die erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen Projektor umfasst, wobei der Projektor auf den HUD-Bereich der Verbundscheibe gerichtet ist, wobei die zweite Oberfläche (II) der ersten Scheibe und die zweite Oberfläche (IV) der zweiten Scheibe zur Bestrahlung durch den Projektor vorgesehen ist. Die Strahlung des Projektors ist überwiegend p-polarisiert. Die Verbundscheibe ist derart zum Projektor angeordnet, dass die zweite Oberfläche (IV) der zweiten Scheibe, die dem Projektor nächstliegende Oberfläche der Verbundscheibe ist.
Die p-polarisierte Strahlung wird im HUD-Bereich in Richtung eines Betrachters reflektiert, wodurch ein virtuelles HUD Darstellung erzeugt wird, die der Betrachter von ihm ausgesehen hinter der Verbundscheibe wahrnimmt. 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.
Der Projektor ist vorzugsweise ein Liquid-crystal (LCD-) Display, Thin-Film-Transistor (TFT)- Display, Light-Emitting-Diode (LED-) Display, Organic-Light-Emitting-Diode (OLED-) Display, Electroluminescent (EL-) Display oder microLED-Display.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für die Projektionsanordnung umfassend die erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen Projektor.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Bevorzugt ist die Verwendung der Verbundscheibe als Fahrzeug-Windschutzscheibe.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe für ein Head- Up-Display (HUD), wobei die Verbundscheibe eine erste Scheibe, eine zweite Scheibe und eine zwischen der ersten Schiebe und der zweiten Scheibe angeordnete thermoplastische Zwischenschicht mit einem keilförmigen Querschnitt aufweist und wobei bei dem Verfahren zumindest: a) eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe bereitgestellt werden, wobei die erste Scheibe eine erste Beschichtung und die zweite Scheibe eine zweite Beschichtung aufweisen, b) eine thermoplastische Zwischenschicht mit einem keilförmigen Querschnitt bereitgestellt wird, c) die thermoplastische Zwischenschicht flächig zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe angeordnet wird, wobei die erste Beschichtung zwischen der ersten Scheibe und der Zwischenschicht angeordnet ist und die zweite Beschichtung auf einer von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der zweiten Scheibe angeordnet ist, d) die erste Scheibe, die thermoplastische Zwischenschicht und die zweite Scheibe durch Lamination verbunden werden.
Das Verfahren kann zusätzlich die Schritte der Bereitstellung mindestens einer zusätzlichen Zwischenschicht und der Anordnung dieser zwischen der ersten und der zweiten Scheibe umfassen. Bei der einen zusätzliche Zwischenschicht handelt es sich bevorzugt um eine funktionale Zwischenschicht, insbesondere eine IR-reflektierende Schicht, eine UV-Strahlung absorbierende Schicht, eine Barriereschicht, eine Zwischenschicht mit akustischen dämpfenden Eigenschaften oder eine Kombination dieser.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe einer gattungsgemäßen Projektionsanordnung,
Figur 2 einen Querschnitt durch die Verbundscheibe,
Figur 3 einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe, und
Figur 4 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung einer ersten Beschichtung und einer zweiten Beschichtung.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
Figur 1 zeigt schematisch eine Verbundscheibe 10 mit einer Oberkante O, einer Unterkante U und einem sogenannten HUD-Bereich B. Im Eingebauten Zustand kann sich der HUD-Bereich im unteren Bereich in der Nähe der Unterkante der Verbundscheibe 10 befinden. In einem umlaufenden Randbereich der Verbundscheibe 10 kann sich zusätzlich eine rahmenförmige umlaufende opake Abdeckschicht befinden.
Figur 2 zeigt schematisch eine gattungsgemäße Projektionsanordnung für ein HUD System. Die Projektionsanordnung umfasst die Verbundscheibe 10, die als Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens ausgebildet ist. Die Verbundscheibe 10 trennt einen Innenraum des Personenkraftwagens von einer äußeren Umgebung ab. Weiterhin weist die Projektionsanordnung einen Projektor 4 auf, der auf einen Bereich der Verbundscheibe 10 gerichtet ist. Dieser Bereich wird üblicherweise als HUD-Bereich B bezeichnet. In diesem Bereich können durch den Projektor 4 erzeugte Bilder projektiert werden, welche von einem Betrachter 5 (z.B. 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 ersten Scheibe 1 als Außenscheibe und einer zweiten Scheibe 2 als Innenscheibe des Personenkraftwagens, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 weist einen keilförmigen Querschnitt auf. Der Keilwinkel der Zwischenschicht 3 beträgt 0,5 mrad. Die Zwischenschicht 3 weist ein dickeres erstes Ende und ein dünneres zweites Ende auf. Der Dickenanstieg von dem zweiten Ende zum ersten Ende der thermoplastischen Zwischenschicht 3 ist kontinuierlich linear. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist farblos. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist an ihrem dünneren zweiten Ende 0,76 mm dick.
Die Unterkante U der Verbundscheibe 10 ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, ihre Oberkante O nach oben in Richtung des Dachs. Die erste Scheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die zweite Scheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum. Die Verbundscheibe 1 kann jede beliebige geeignete geometrische Form und/oder Krümmung aufweisen. Als Windschutzscheibe weist sie typischer Weise eine konvexe Wölbung auf.
Figur 3 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10 im Querschnitt. Die erste Scheibe 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. Weiterhin umfasst die Verbundscheibe 1 die zweite Scheibe 2, welche eine außenseitige Oberfläche III und eine innenraumseitige Oberfläche IV aufweist. Die Oberfläche III ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt. Hingegen ist die Oberfläche IV in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt.
Die erste Scheibe 1 als Außenscheibe im eingebauten Zustand und die zweite Scheibe 2 als Innenscheibe bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die erste Scheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf. Die zweite Scheibe 2 weist eine Dicke von 1 ,6 mm auf und ist damit deutlich dünner als üblicherweise eingesetzte Innenscheiben in Windschutzscheiben. Alternativ kann die Dicke der zweiten Scheibe (2) 1 ,4 mm oder 1 ,1 mm betragen. Die Verringerung der Dicke der zweiten Scheibe 2, also der Innenscheibe im eingebauten Zustand eines Fahrzeugs, geht mit einer Angleichung der ersten Reflexion an die zweite Reflexion einher. Das bedeutet, dass das Bild, welches an der zweiten Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 entsteht, näher an das Bild aus der zweiten Reflexion, welches an der zweiten Oberfläche der ersten Scheibe II entsteht, heranrückt. Die Bilder überlappen stärker, wodurch der Eindruck der resultierenden HUD-Darstellung verbessert wird.
Die erste Scheibe 1 weist zumindest eine Tönung auf. Aufgrund der Tönung der ersten Scheibe 1 ist eine gute HUD-Darstellung (Projektorbild) mit hohem Kontrast möglich. Die Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer PVB-Folie ausgebildet. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 weist einen keilförmigen Querschnitt auf. Der Keilwinkel der Zwischenschicht 3 beträgt 0,5 mrad. Die Zwischenschicht 3 weist ein dickeres erstes Ende und ein dünneres zweites Ende auf. Der Dickenanstieg von dem zweiten Ende zum ersten Ende der thermoplastischen Zwischenschicht 3 ist kontinuierlich linear. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist farblos. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist an ihrem dünneren zweiten Ende 0,76 mm dick oder alternativ 0,38 mm. Die PVB-Folie kann mit absorbierenden Eigenschaften im NIR-Bereich ausgebildet sein.
Die zweite (innenraumseitige) Oberfläche II der ersten Scheibe 1 ist mit einer erfindungsgemäßen ersten Beschichtung 20 versehen, die einen Brechungsindex von mindestens 1 ,9 aufweist. Die erste Beschichtung 20 weist eine Schicht eines optisch hochbrechenden Materials auf. Die optisch hochbrechende Schicht der ersten Beschichtung 20 ist bevorzugt auf Basis von Siliziumnitrid, Silizium-Metall-Mischnitriden wie Siliziumzirkoniumnitrid (SiZrNx), Silizium-Titan-Mischnitrid oder Silizium-Hafnium-Mischnitrid ausgebildet. Die Schichtdicke der optisch hochbrechenden Schicht sollte bevorzugt 20 nm bis 80 nm betragen, besonders bevorzugt 30 nm.
Die zweite (innenseitige) Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 ist mit einer erfindungsgemäßen zweiten Beschichtung 30 versehen. Die erfindungsgemäße erste Beschichtung 20 und die zweite Beschichtung 30 sind auf die Reflexion p-polarisierter Strahlung optimiert. Sie dienen als Reflexionsflächen für die Strahlung des Projektors 4 zur Erzeugung der HUD-Projektion. Eine erste Reflexion findet an der ersten Beschichtung 20 statt. Da der Einstrahlwinkel der Projektorstrahlung allerdings geringfügig vom Brewster- Winkel abweicht, findet auch an den Luft-Glasübergängen eine zweite Reflexion der Projektorstrahlung statt, was zur Ausbildung eines zweiten Bildes führt. Das zweite Bild, welches durch die zweite Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Scheibe 2 erzeugt wird, kann hier durch die sehr geringe Dicke der zweiten Scheibe 2 sich gut mit dem Hauptbild, welches durch die erste Reflexion an der ersten Beschichtung 20 erzeugt wird, überlagern. Da die Intensität der reflektierten Strahlung (im Gegensatz zur Reflexion an der außenseitigen Oberfläche l der Außenscheibe 1) nicht bereits durch den Durchgang durch die zweite Beschichtung 30 geschwächt ist, verstärkt das zweite Bild die Sichtbarkeit des ersten Bildes, welches aus der Reflektion an der ersten Beschichtung 20 resultiert.
Wird vom Innenraum des Personenkraftwagens durch die Verbundscheibe 1 geblickt, ist die erste Beschichtung 20 und die zweite Beschichtung 30 vor der getönten ersten Scheibe 1 (Außenscheibe) angeordnet. Dadurch entsteht bei der Bestrahlung der ersten und zweiten Beschichtung 20, 30 mit p-polarisiertem Licht 10 des Projektors 4 eine besonders kontrastreiche und visuell gut wahrnehmbare HUD-Darstellung.
Die Strahlung des Projektors 4 ist im Wesentlichen p-polarisiert. Da der Projektor 4 die Verbundscheibe 10 mit einem Einfallswinkel von etwa 65° bis 75° bestrahlt, der nahe dem sogenannten Brewster-Winkel liegt, wird die Strahlung des Projektors nur unwesentlich an der ersten (aussenseitigen) Oberfläche I der Verbundscheibe 10 reflektiert. Der Projektor 4 ist beispielsweise ein Display, vorliegend ein LCD-Display. Möglich wäre beispielsweise auch, dass es sich bei der Verbundscheibe 10 um eine Dachscheibe, Seiten- oder Heckscheibe handelt. Bei der p-polarisierten Strahlung handelt es sich um Lichtwellen innerhalb des vom Menschen visuell wahrnehmbaren Wellenlängenbereiches von 380 nm bis 780 nm
Figur 4 zeigt die Schichtenfolge einer beispielshaften Ausgestaltung der zweiten Beschichtung 30. Die zweite Beschichtung 30 weist eine erste Schicht eines dielektrischen Materials 30.1 mit einem Brechungsindex größer oder gleich 1 ,9 und eine zweite Schicht eines dielektrischen Materials 30.2 mit einem Brechungsindex kleiner oder gleich 1 ,6 auf. Die erste Schicht der zweiten Beschichtung 30 weist ein dielektrisches Material 30.1 auf Basis von Siliziumnitrid, Silizium-Metall-Mischnitriden wie Siliziumzirkoniumnitrid (SiZrNx), Silizium-Titan-Mischnitrid oder Silizium-Hafnium-Mischnitrid. Die zweite Schicht 30.2 der zweiten Beschichtung 30 weist ein dielektrisches Material 30.2 auf Basis von Siliziumoxid (SiCh) auf. Die zweite Schicht ist gegenüber der ersten Schicht eine optisch niedrigbrechende Schicht. Die Schichtdicken der dielektrischen Schichten der zweiten Beschichtung 30 sollten bevorzugt 50 nm bis 200 nm betragen, besonders bevorzugt 70 nm bis 115 nm.
Die erste Schicht 30.1 und die zweite Schicht 30.2. der zweiten Beschichtung 30 sind deckungsgleich übereinander angeordnet, wobei die erste Schicht 30.1 auf zweiten Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 und die zweite Schicht 30.2 auf der ersten Schicht 30.1 aufgebracht ist.
Während es intuitiv naheliegend wäre, mittels einer reflexionsmindernden Beschichtung (Antireflexionsbeschichtung) die Reflexion an der zweiten Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 zu verringern, ist die innenraumseitigen Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 erfindungsgemäß ganz im Gegenteil mit einer reflexionssteigernden Beschichtung 30 versehen, welche die Gesamtreflektivität der zweiten Oberfläche IV erhöht.
Die Schichtenfolgen einer Verbundscheibe 10 mit der ersten Beschichtung 20 auf der zweiten (innenseitigen) Oberfläche II der ersten Scheibe 1 und der zweiten Beschichtung 30 auf der zweiten (innenseitigen) Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 gemäß des erfindungsgemäßen Beispiels 1 sind, zusammen mit den Materialien und geometrische Schichtdicken der Einzelschichten, in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 :
Durch eine zusätzliche Absorption der Wärmestrahlung an der Zwischenschicht 3 wird der TTS-Wert der Verbundscheibe bis zu 3 % verbessert, sprich reduziert. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10 besteht darin, dass hochfrequente Signale die Verbundscheibe 10 durchdringen können und gleichzeitig die Reflektivität im Hinblick auf HUD Darstellungen verbessert wird. Zusätzlich ist die außenseitige Reflexionsfarbe relativ neutral (bläulich/grünen Stich), so dass die Verbundscheibe keinen unangenehmen Farbstich (z.B. rötlichen Stich) aufweist.
Bezugszeichenliste:
1 erste Scheibe
2 zweite Scheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4 Projektor
5 Betrachter / Fahrzeugfahrer
10 Verbundscheibe
20 erste Beschichtung
30 zweite Beschichtung
30.1 erste Schicht der zweiten Beschichtung 30
30.2 zweite Schicht der zweiten Beschichtung 30
O Oberkante der Verbundschutzscheibe 10
U Unterkante der Verbundschutzscheibe 10
B HUD-Bereich der Verbundschutzscheibe 10
E Eyebox l erste, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der ersten Scheibe 1
11 zweite, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der ersten Scheibe 1
III erste, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der zweiten Scheibe 2
IV zweite, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der zweiten Scheibe 2

Claims

Patentansprüche Verbundscheibe für ein Head-Up-Display System, mindestens umfassend eine erste Scheibe (1) mit einer ersten Oberfläche (I) und einer zweiten Oberfläche (II), eine zweite Scheibe (2) mit einer ersten Oberfläche (III) und einer zweiten Oberfläche (IV) und eine thermoplastische Zwischenschicht (3) mit einem keilförmigen Querschnitt, welche zwischen der zweiten Oberfläche (II) der ersten Scheibe (1) und der ersten Oberfläche (III) der zweiten Scheibe (2) angeordnet ist, eine erste Beschichtung (20) auf der zur Zwischenschicht (3) hingewandten zweiten Oberfläche (II) der ersten Scheibe (1), eine zweite Beschichtung (30) auf der von der Zwischenschicht (3) abgewandten Oberfläche (IV) der zweiten Scheibe (2), einen HUD-Bereich (B), der die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) aufweist, wobei die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) zur Reflexion von p-polarisierter Strahlung vorgesehen sind, wobei ein Brechungsindex der ersten Beschichtung (20) mindestens 1 ,9 beträgt, wobei die zweite Beschichtung (30) mindestens eine erste Schicht (30.1) eines dielektrischen Materials mit einem Brechungsindex größer oder gleich 1 ,9 und eine zweite Schicht (30.2) eines dielektrischen Materials mit einem Brechungsindex kleiner oder gleich 1 ,6 umfasst, wobei die zweite Scheibe (2) eine geringere Dicke als die erste Scheibe (1) aufweist und wobei die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) ausschließlich dielektrische Schichten aufweisen. Verbundscheibe nach Anspruch 1 , wobei die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) frei von elektrisch leitfähigen Materialien sind. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Scheibe (1) eine Tönung aufweist. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 3is 4, wobei die erste Beschichtung (20) eine dielektrische Schicht auf Basis von Silizium-Zirkonium-Mischnitrid, Siliziumnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid, Silizium-Hafnium-Mischnitrid und/oder Titanoxid umfasst. 5. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Schicht der zweiten Beschichtung (30) eine dielektrische Schicht auf Basis von Silizium-Zirkonium- Mischnitrid, Siliziumnitrid, Silizium-Titan-Mischnitrid, Silizium-Hafnium-Mischnitrid Indiumzinnoxid oder Titanoxid, die zweite Schicht der zweiten Beschichtung (30) eine dielektrische Schicht auf Basis von einem dielektrischen Oxid, insbesondere Siliziumoxid oder dotiertem Siliziumoxid umfassen und wobei die erste Schicht (30.1) der zweiten Beschichtung näher zu der zweiten Scheibe (2) angeordnet ist als die zweite Schicht (30.2) der zweiten Beschichtung (30).
6. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Beschichtung (30) eine Gesamtmaterialdicke von höchstens 200 nm aufweist, bevorzugt höchstens 185 nm.
7. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die thermoplastische Zwischenschicht (3) einen Keilwinkel im Bereich von 0,1 mrad bis 1 mrad, bevorzugt 0,3 mrad bis 0,6 mrad aufweist.
8. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die die thermoplastische Zwischenschicht (3) zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB enthält.
9. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zwischenschicht (3) eine Folie mit absorbierenden Eigenschaften im Wellenlängenbereich 780 nm bis 3000 nm aufweist.
10. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Scheibe (2) eine Dicke von kleiner oder gleich 1 ,6 mm aufweist, bevorzugt kleiner oder gleich 1 ,4 mm, besonders bevorzugt 1 ,1 mm.
11. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) durch Magnetronsputtern oder durch ein chemisches Abscheidungsverfahren, insbesondere bei Atmosphärendruck, abgeschieden wurden. Verbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Verbundscheibe (10) die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens ist. Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer Verbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display System, mindestens umfassend
• eine Verbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und
• einen Projektor (4), der auf den HUD-Bereich (B) der Verbundscheibe (10) gerichtet ist, wobei die zweite Oberfläche (IV) der zweiten Scheibe (2) zur Bestrahlung durch den Projektor (4) vorgesehen ist und wobei die Strahlung des Projektors (4) überwiegend p-polarisiert ist. Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei
• die erste Scheibe (1) und die zweite Scheibe (2) bereitgestellt werden, wobei die erste Scheibe (1) die erste Beschichtung (20) und die zweite Scheibe (2) eine zweite Beschichtung (30) aufweisen,
• eine thermoplastische Zwischenschicht (3) mit einem keilförmigen Querschnitt bereitgestellt wird,
• die thermoplastische Zwischenschicht (3) flächig zwischen der ersten Scheibe (1) und der zweiten Scheibe (2) angeordnet wird, wobei die erste Beschichtung (20) zwischen der ersten Scheibe (1) und der Zwischenschicht (3) angeordnet ist und die zweite Beschichtung (30) auf einer von der Zwischenschicht (3) abgewandten Oberfläche (IV) der zweiten Scheibe (2) angeordnet ist,
• die erste Scheibe (1), die thermoplastische Zwischenschicht (3) und die zweite Scheibe (2) durch Lamination verbunden werden.
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