IT9047742A1

IT9047742A1 - Vetro per autoveicoli, atto ad essere usato come schermo solare e come combinatore di immagini.

Info

Publication number: IT9047742A1
Application number: IT047742A
Authority: IT
Inventors: Liberto Massarelli; Francesco Sebastiano
Original assignee: Siv Soc Italiana Vetro
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1991-09-12
Also published as: EP0448522A2; CA2038125C; CA2038125A1; IT1240796B; EP0448522A3; IT9047742A0; US5143796A

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"VETRO PER AUTOVEICOLI, ATTO AD ESSERE USATO COME SCHERMO SOLARE E COME COMBINATORE DI IMMAGINI”

RIASSUNTO

Un vetro per autoveicoli, in particolare un parabrezza, è provvisto di un dispositivo atto contemporaneamente a ridurre la trasmissione energetica incidente ed a combinare le immagini relative alle informazioni di guida con quelle del mondo esterno.

Secondo l'invenzione tale dispositivo è un rivestimento trasparente avente le proprietà di selezionare opportunamente rirraggiamento solare e di combinare le informazioni provenienti da una apparecchiatura del tipo visore a testa eretta.

La presente invenzione si riferisce ad un vetro per autoveicoli, in particolare ad un parabrezza, che presenta un rivestimento trasparente depositato sulla sua superficie, atto ad essere utilizzato contemporaneamente come schermo solare, che riduce rirraggiamento nell'intemo dell'autoveicolo, e come combinatore di immagini.

Attualmente è possibile prendere visione dello stato di funzionamento della vettura e delle condizioni di guida attraverso il pannello strumentato posto dietro il volante, al di sotto del parabrezza.

Tuttavia la lettura dei simboli riportanti le diverse informazioni, comporta che l'automobilista abbassi gli occhi e quindi perda, momentaneamente, la visione della strada, a discapito della propria sicurezza di guida.

Π dispositivo noto dalla tecnica come "visore a testa eretta" consente la proiezione e quindi la visualizzazione di alcune informazioni di controllo dell'autovettura nel campo di vista del conducente, in sovrapposizione alla visione esterna, aumentando il grado di sicurezza della guida.

Tale dispositivo è formato da quattro parti fondamentali:

-una sorgente luminosa, atta a rappresentare sotto varie forme (numerica, alfanumerica 0 grafica ) le informazioni da mostrare al conducente;

-una parte elettronica, composta da una centralina a microprocessore ( per elaborare dati e fornire informazioni da visualizzare );

-un sistema ottico, che trasporta il fascio luminoso e ingrandisce e focalizza l'immagine ad una certa distanza dagli occhi dell'autista;

-un combinatore, che sovrappone l'immagine delle informazioni di guida alle immagini del mondo esterno.

Dette parti vengono assemblate ed installate su un autoveicolo e ne costituiscono elemento integrante come il quadro della strumentazione.

1 visori a testa eretta sono noti dalla tecnica.

Nel brevetto US 4806904 della Nissan Motor Co. si descrive un visore a testa eretta che visualizza la velocità della vettura sul parabrezza ed il combinatore è una miscela sol-gel di Si02-Ti02 depositata direttamente sulla parte interna del parabrezza, nella sola zona interessata dal fascio luminoso emesso dalla sorgente. La sorgente luminosa è un display numerico del tipo VFD (vacuum fluorescent display).

Il brevetto US 4740780 della Gec Avionics Ine. descrive un visore a testa eretta in grado di visualizzare messaggi numerici, alfanumerici e grafici ed il combinatore è il semplice parabrezza convenzionale, senza alcun trattamento. La sorgente luminosa è una rete di pixels costituiti da LED quadrati al fosfuro di gallio, che permette una buona luminosità.

La pubblicazione " A holographic head-up display for automotive applications ” della Flyght Dynamics Ine. su Proceedings of S.P.I.E. voi.* 958 del 1988 descrive un visore a testa eretta in grado di visualizzare immagini sul parabrezza di una autovettura, dove il combinatore è costituito da un ologramma di volume, registrato in gelatina al bicromato, su supporto di poliestere ed inserito, dopo la registrazione, nel parabrezza mediante autoclavatura. L'ologramma non ha potere ottico e funziona come uno specchio piano.

La sorgente luminosa è costituita da una lampada alogena al tungsteno e da un pannello di cristalli liquidi trasmissivi ricoperti da un filtro solare.

La domanda di brevetto europea n. 229876 della Yazaki Corporation descrive un visore a testa eretta che visualizza le grandezze convenzionali necessarie al pilota, utilizzando come combinatore il parabrezza senza alcun trattamento. La sorgente luminosa è costituita da una lampada ad incandescenza posta dietro ad un pannello a cristalli liquidi trasmissivi.

La pubblicazione " A head-up display for automotive use" su Proceedings of SIB, voi.

28/3 del 1987 della Mitsubishi Electric Corp. descrive un visore a testa eretta che visualizza le immagini su un parabrezza, che è stato trattato mediante il deposito di un leggero strato di alluminio, evaporato sulla faccia interna del parabrezza stesso. La sorgente luminosa è costituita da una lampada fluorescente ed emittente in luce polarizzata.

E' noto inoltre dalla tecnica che, per definire la qualità di un visore a testa eretta, è necessario riferirsi principalmente alle caratteristiche ottiche del dispositivo ed in particolare alla qualità dell'immagine da questo generata.

Per semplicità, si definisce come rapporto di qualità dell’immagine il parametro Qr = Li/Lf, dove<'>Li è la luminosità dell'irnmagine ed Lf è la luminosità del fondo, cioè del mondo esterno. Evidentemente, quanto più alto è questo rapporto, tanto più elevata è la qualità dell'immagine, e quindi tanto più elevate sono le caratteristiche ottiche del visore a testa eretta.

E' anche noto che per poter ottenere una buona luminosità dell’immagine, cioè un alto valore di Li, occorre avere non solo un alto valore della luminosità della sorgente luminosa, ma anche un alto valore di riflessione del combinatore.

E' infatti possibile calcolare il valore di Qr secondo la seguente formula:

Qr= Li/Lf. = ( Dl*To/m2*R )* l/(Bl*T)

dove DI è la luminanza della sorgente luminosa, B1 è la luminanza del fondo, To è lo spettro di trasmissione delle ottiche ( eccetto il parabrezza combinatore ), m è l'ingrandimento lineare complessivo del sistema ottico, R è il valore della riflessione del vetro, per luce incidente dall'interno dell'autoveicolo con un certo angolo di incidenza, T è il valore della trasmissione luminosa per luce proveniente dall'estemo dell'autoveicolo, con un certo angolo di incidenza.

Nella realizzazione di un visore a testa eretta per autoveicoli esistono alcuni vincoli : la trasmissione luminosa del parabrezza non deve essere inferiore al 75%, secondo le norme europee; il combinatore deve consentire un indice di fedeltà del colore maggiore di 90; deve essere utilizzata, come fonte luminosa, una sorgente a basso costo che risulti compatibile con il costo complessivo dell’autoveicolo.

E' richiesto, inoltre, che il vetro per autoveicoli svolga anche la funzione di schermo solare sia quando viene usato come parabrezza, sia quando viene usato come lunotto o laterale.

Si dice che un vetro svolge la funzione di schermo solare quando permette una trasmissione energetica verso l'intemo dell'abitacolo non superiore al 55% dell’energia incidente perpendicolarmente.

Con riferimento allo stato anteriore della tecnica ed ai vincoli precedentemente illustrati, si verifica che, nel caso di irraggiamento solare diretto, l'immagine risulta scarsamente visibile, a causa della luminosità della sorgente che è piuttosto bassa rispetto a quella del fondo, dal momento che si è costretti a scegliere una sorgente luminosa che non sia nè molto grande nè soprattutto molto costosa. Infatti esistono in commercio sorgenti luminose quali i tubi catodici (CRT) che sono in grado di fornire una luminosità elevata, ma il loro alto costo e le loro eccessive dimensioni non sono compatibili con il costo complessivo e con le dimensioni di una autovettura.

Inoltre, se un vetro, in particolare un parabrezza, viene trattato per aumentarne la riflessione, e quindi per migliorare la luminosità dell'immagine, si riduce la sua trasmissione luminosa al di sotto del 75%, e questa riduzione non è accettata dalle norme di sicurezza europee per le autovetture.

Nel caso di utilizzo di ologramma, come anche insegnato dalla tecnica anteriore, sono presenti forti rischi di scarsa durabilità oltre al fatto che risulta difficile e costoso rinserimento e l’assemblaggio di detto ologramma fra due vetri a doppia curvatura. In ogni caso, dalla tecnica anteriore, non risulta alcun parabrezza che sia in grado di svolgere contemporaneamente funzioni di schermo solare e di combinatore per visore a testa eretta, come viene invece richiesto dai costruttori di autoveicoli.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare gli inconvenienti precedentemente citati.

Detto scopo viene raggiunto mediante un vetro sul quale è stato depositato un rivestimento trasparente, formato da una pluralità di strati sottili, scelti e disposti in modo tale da fornire al vetro stesso la capacità di svolgere contemporaneamente le funzioni di combinatore di immagini e di schermo solare.

In particolare è stato trovato, e forma oggetto della presente invenzione, un rivestimento multistrato trasparente, depositato suirintera superficie del vetro, formato dalla seguente combinazione di strati: un primo strato dielettrico direttamente a contatto con il substrato in vetro, un secondo strato dielettrico sovrapposto al precedente, uno o più strati metallici sovrapposti a detti strati dielettrici, un terzo strato dielettrico sovrapposto allo strato metallico ed un quarto ed ultimo strato dielettrico, e detto rivestimento è atto a fornire vantaggiose caratteristiche ottiche ed energetiche al vetro stesso, se i materiali formanti gli strati e gli spessori stessi vengono scelti in modo opportuno.

I materiali atti ad essere impiegati per gli strati dielettrici precedenti sono scelti fra i seguenti ossidi: SnOx, ZnOx, BiOx, Ιηθχ, ΊΊ02, A1203, Si02, e vengono utilizzati in opportune combinazioni fra di loro.

Gli spessori di ciascuno dei quattro strati dielettrici sono variabili in un intervallo compreso fra 300 Angstroms e circa 1500 Angstroms.

I materiali per lo o gli strati metallici sono argento e/o alluminio.

Lo spessore di ciascuno degli strati metallici varia fra circa 60 Angstroms e circa 300 Angstroms.

Indicando con DI, D2, D3, D4 i quattro strati dielettrici, numerati a partire dal primo depositato sul substrato in vetro, ed indicando con M, MI gli strati metallici, una combinazione preferita di realizzazione del presente rivestimento prevede che il materiale che costituisce DI sia lo stesso di D4 ed il materiale che costituisce D2 sia lo stesso di D3 mentre gli strati M sono disposti al centro fra DI e D2 da una parte e D3 e D4 dall'altra.

In pratica il rivestimento multistrato presenta una combinazione del seguente tipo: vetro-D 1-D2-M-D3-D4.

Nel caso di un parabrezza laminato, il rivestimento multistrato viene applicato su una delle superfici interne di uno dei due vetri che formano il parabrezza, in particolare su una delle superfici che sono a contatto dell'adesivo; mentre nel caso di un parabrezza formato da un solo strato di vetro ricoperto da uno strato di plastica antilacerante il rivestimento è applicato fra il vetro e lo strato di plastica.

Il rivestimento multistrato viene depositato mediante un procedimento di deposizione catodica, noto dalla tecnica con il termine inglese di sputtering e che consente una lavorazione a basso costo e ad alta affidabilità.

La deposizione avviene per successive fasi in modo da ottenere il numero di strati e gli spessori desiderati.

In ogni caso il numero di fasi di deposizione non è inferiore al numero di strati da depositare.

In una variante della presente invenzione, il rivestimento atto a conferire al vetro le funzioni di combinatore di immagini e di schermo solare è formato da un solo strato di un materiale e di uno spessore opportuni.

In particolare è strato trovato che uno strato che presenti uno spessore non inferiore a 1200 Angstroms e che sia scelto fra i seguenti ossidi : SnOx, ZnOx, BiOx, InOx, Ti02, A1203, Si02, è in grado di effettuare vantaggiosamente il lavoro di combinatore di immagini e di schermo solare.

In una realizzazione preferita di detta variante si utilizza come rivestimento uno strato di ΊΪ02 nello spessore di 1200 Angstroms.

E' stato trovato che detto strato, di spessore elevato, presenta una resistenza all'abrasione ed all'attacco chimico tale, che ne è permesso l'uso direttamente su una faccia esterna del vetro, senza necessità di ricoprirlo con altro vetro o con uno strato protettivo opportuno.

In conseguenza la funzione di schermo solare è estesa a tutte le vetrature della vettura e, vantaggiosamente, nel caso di parabrezza, si ottiene anche la funzione di combinatore di immagini.

E' evidente infatti che, pur essendo tali vetri particolarmente adatti a svolgere contemporaneamente le due funzioni, nulla esclude che essi possano essere utilizzati per una sola delle due funzioni, per esempio per quella di schermo solare.

Un autoveicolo può perciò utilizzare vantaggiosamente il vetro dotato di rivestimento monostrato sia come lunotto, sia come laterale, sia come parabrezza, sfruttandone le proprietà di riduzione deU'irraggiamento solare. La eventuale presenza nell'autovettura del visore a testa eretta non obbligherà allo sostituzione del parabrezza, in quanto il vetro risulta già adatto a lavorare come combinatore di immagini.

Le caratteristiche dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla considerazione degli esempi di attuazione che seguono e che vengono riportati a solo titolo esemplificativo e non limitativo.

ESEMPIO 1

Una lastra di vetro chiaro, prodotta con il metodo float, viene opportunamente curvata e costituisce una delle due lastre di un parabrezza laminato.Su una delle due facce di detta lastra, e specificatamente su quella destinata ad essere a contatto con lo strato adesivo, preferibilmente in PVB, vengono depositati in successione, con il metodo della deposizione catodica (sputtering), i seguenti strati:

Ti02 spessore 944 Angstroms

A1203 spessore 1378 Angstroms

Al 4 Angstroms

Ag 113 Angstroms

AI203 40 Angstroms

TÌ02 163 Angstroms

Dopo aver accoppiato tale lastra con un'altra lastra di vetro mediante uno strato adesivo in polivinilbutirrale, in modo che il rivestimento multistrato risulti all'interno, si sono misurati i valori energetici relativamente alla luce incidente dall’esterno, con angolo di incidenza uguale a 0* e si è ottenuto:

Trasmissione luminosa = 76,9%

(illuminante A)

Riflessione luminosa int. = 11,8%

(illum. D65)

Riflessione luminosa est. = 12,5%

(illum. D65)

Trasmissione energetica = 45,6%

(Moon)

e nel caso di luce incidente dall'interno e con angolo di incidenza pari a 60‘ si è ottenuto Trasmissione luminosa = 66,4%

(illum. D65)

Riflessione luminosa = 21,3%

(illum. D65)

Il parabrezza risponde quindi sia ai requisiti dettati dalle norme europee, sia alla necessità di garantire una bassa trasmissione energetica. Nello stesso tempo il parabrezza ha una buona riflessione per consentire un alto valore del rapporto

Qr = Li/Lf

che rende utilizzabile, anche in condizioni sfavorevoli, l'uso del visore a testa eretta. In particolare, nell'ipotesi di un visore a testa eretta formato da: a) una sorgente luminosa a fosforo VFD scelta con un valore della luminanza pari a 10270 cd/m2; b) un sistema ottico che possiede un ingrandimento lineare complessivo pari a 7.4; c) un valore dello spettro di trasmissione delle ottiche dell'intero dispositivo ( eccetto il parabrezza-combinatore) pari a 0,76; e nel caso di una luminanza di fondo pari a 10000 cd/m2 e di un parabrezza con una angolo di lavoro pari a 60*, si ottiene per il rapporto Qr un valore pari a 0,0046.

ESEMPIO 2

Una lastra di vetro chiaro, prodotta con il metodo float, viene curvata opportunamente e costituisce uno dei due vetri di un parabrezza laminato.

Sulla superficie di detto vetro destinata ad essere a contatto con lo strato di adesivo, preferibilmente PVB, vengono depositati con il procedimento noto di deposizione catodica (sputtering) i seguenti strati:

Ti02 spessore 964 A

A1203 1267 A

Ag 114 A

A1203 1267 A

Ti02 964 A.

Dopo aver effettuato l'assemblaggio del parabrezza si sono misurati i valori energetici relativamente alla luce incidente dall'esterno, con angolo di incidenza uguale a 0* e si è ottenuto:

Trasmissione luminosa = 77,2%

(illuminante A)

Riflessione luminosa int.= 12,9%

(illum. D65)

Riflessione luminosa est.= 13,1%

(illum D65)

Trasmissione energetica = 43,4%

( Moon)

e, nel caso di luce incidente dall'interno e con angolo di incidenza pari a 60° si è ottenuto:

Trasmissione luminosa = 64,7%

(illum. D65)

Riflessione luminosa = 22,9%

(illum. D65)

Il parabrezza risponde quindi sia ai requisiti dettati dalle norme europee sia alla necessità di garantire una bassa trasmissione energetica dall'esterno.

11 parabrezza ha anche una buona riflessione in modo da rendere alto il rapporto Qr che, nell'ipotesi di un visore a testa eretta con le stesse caratteristiche riportate nell'esempio 1, e nel caso di un parabrezza con angolo di lavoro analogo, è pari a 0,0051.

ESEMPIO 3

Si abbia un parabrezza formato da un vetro chiaro dello spessore di 2,4 mm, da uno strato di adesivo PVB di 0,76mm e da un vetro verde di spessore 2,4 mm e si depositi con il metodo sputtering uno strato di Ti02 dello spessore di 1200 Angstroms sulla superficie estrema destinata a rimanere nell'interno dell'autoveicolo.

I valori energetici, per luce incidente dall'esterno, con angolo di incidenza uguale a 0<*>, sono i seguenti:

Trasmissione luminosa = 76,7%

(illum. A)

Riflessione luminosa inL= 10,9%

(illum. D65)

Riflessione luminosa est. = 12,1%

(illum. D65)

Trasmissione energetica = 52,5%

(Moon)

e, nel caso di luce incidente dall'interno, con angolo di incidenza pari a 60<*>, si è ottenuto:

Trasmissione luminosa = 71,8%

(illum. A)

Riflessione luminosa = 17,4%

(illum. D65)

Il parabrezza risponde quindi alle norme europee e assicura anche una bassa trasmissione energetica.

Nello stesso tempo il valore Qr=Li/Lf, nelle stesse condizioni di lavoro di cui all’esempio 1, risulta essere pari a 0,0035 che è ancora un valore adatto per un combinatore di immagine di buona qualità.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Vetro per autoveicoli, in particolare parabrezza, atto ad essere utilizzato come schermo dell'irraggiamento solare e come combinatore di immagini comprendente un rivestimento superficiale multistrato trasparente caratterizzato dal fatto che detto rivestimento presenta un primo strato dielettrico direttamente depositato sul vetro, un secondo strato dielettrico depositato su detto primo strato, uno o più strati metallici depositati su detto strato dielettrico, un terzo strato dielettrico depositato su detti strati metallici ed un quarto ed ultimo strato dielettrico depositato su detto terzo strato. .
2) Vetro secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il materiale atto a formare gli strati dielettrici viene scelto fra i seguenti ossidi: SnOx, ZnOx, Bi0xJn0x,Ti02, A1203, Si02.
3) Vetro secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il metallo atto a formare lo/gli strato/ì metallico/i è argento e/o alluminio.
4) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che lo spessore di ciascuno degli strati dielettrici è compreso fra 300 Angstroms e 1500 Angstroms.
5) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato dal fatto che lo spessore di ciascuno degli strati metallici è compreso fra 60 Angstroms e 300 Angstroms.
6) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzato dal fatto che il primo strato dielettrico e l'ultimo strato dielettrico sono costituiti dallo stesso materiale.
7) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che il secondo strato dielettrico e il terzo strato dielettrico sono costituiti dallo stesso materiale.
8) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 7 caratterizzato dal fatto che lo/gli strato/i metallico/i sono compresi fra un doppio strato dielettrico da una parte ed un doppio strato dielettrico dall'altra parte.
9) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 8 caratterizzato dal fatto che il rivestimento multistrato trasparente è contenuto fra i due vetri che costituiscono un parabrezza laminato.
10) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 10 caratterizzato dal fatto che il rivestimento multistrato trasparente è depositato sull'intera superficie del vetro stesso.
11) Vetro secondo le rivendicazioni da 1 a 10 caratterizzato dal fatto che il rivestimento multistrato trasparente viene depositato tramite un procedimento di deposizione catodica per fasi successive di deposizione.
12) Vetro per autoveicoli, in particolare parabrezza, atto ad essere utilizzato come schermo deH'irraggiamento solare e come combinatore di immagini comprendente un rivestimento superficiale trasparente caratterizzato dal fatto che detto rivestimento è costituito da un solo strato dielettrico.
13) Vetro per autoveicoli secondo la rivendicazione 13 caratterizzato dal fatto che il materiale atto a costituire lo strato di rivestimento è scelto fra i seguenti ossidi: Sn0x,Zn0x,Bi0x,In0x,Ti02,A1203,Si02.
14) Vetro per autoveicoli secondo le rivendicazioni 12 e 13 caratterizzato dal fatto che lo spessore dello strato che forma il rivestimento è uguale o maggiore di 1200 Angstroms.
15) Vetro per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 12 a 14 caratterizzato dal fatto che lo strato che forma il rivestimento è costituito da Ti02 e presenta uno spessore di 1200 Angstroms.
16) Vetro per autoveicoli secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto che lo strato che forma il rivestimento è esposto all'ambiente esterno.
17) Vetro per autoveicoli secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto di essere utilizzato come schermo solare.
18) Vetro per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 12 a 16 caratterizzato dal fatto che lo strato che costituisce il rivestimento è ottenuto con un procedimento di deposizione catodica tramite una o più fasi si deposizione.