KR20220162779A - p 편광 복사선을 갖는 헤드업 디스플레이(HUD)용 프로젝션 어셈블리 - Google Patents

p 편광 복사선을 갖는 헤드업 디스플레이(HUD)용 프로젝션 어셈블리 Download PDF

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KR20220162779A
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pane
hud
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얀 하겐
폴린 지라드
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은 헤드업 디스플레이(HUD)용 프로젝션 어셈블리에 관한 것으로, 적어도 다음을 포함한다:
- 열가소성 중간층(3)을 통해 서로 결합되는 외부 판유리(1) 및 내부 판유리(2)를 포함하고, HUD 영역(B)을 갖는 복합 판유리(10);
- 중간층(3)을 향하는 외부 판유리(1) 또는 내부 판유리(2)의 표면(II, III)의 또는 중간층(3) 내부의, p 편광 복사선을 반사하기에 적합한 HUD 반사층;
- HUD 영역(B)을 향하고 p 편광 복사선을 방출하는 HUD 프로젝터(4); 및
- 중간층(3)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 내부 판유리(2)의 표면(IV) 위에 굴절률이 1.7 이상인 고굴절률 코팅(30).
고굴절률 코팅(30)은 졸-겔 코팅이다.

Description

p 편광 복사선을 갖는 헤드업 디스플레이(HUD)용 프로젝션 어셈블리
본 발명은 헤드업 디스플레이용 프로젝션 어셈블리에 관한 것이다.
현대 자동차에는 소위 헤드업 디스플레이(HUD)가 점점 더 많이 장착되고 있다. 일반적으로 대시보드 영역에 있는 프로젝터를 사용하여 이미지가 앞유리에 투영되고 거기에서 반사되며 운전자가 (그의 관점에서) 앞유리 뒤의 가상 이미지로 인식한다. 예를 들어 현재 주행 속도, 내비게이션 또는 경고 메시지 같은 중요한 정보가 운전자의 시야에 투영될 수 있으므로 운전자가 도로에서 시선을 돌리지 않고도 그러한 정보를 인지할 수 있다. 따라서 헤드업 디스플레이는 교통안전 향상에 크게 기여할 수 있다.
HUD 프로젝터는 일반적으로 앞유리(windshield)의 설치 각도와 차량의 프로젝터 위치로 인해 약 65°의 입사각으로 앞유리를 조사한다. 이 입사각은 공기/유리 전이에 대한 브루스터 각도(Brewster's angle)(소다석회유리의 경우 대략 56.5°)에 가깝다. 일반적인 HUD 프로젝터는 이러한 입사각에서 실질적으로 유리 표면에 의해 반사되는 s 편광 복사선을 방출한다. 프로젝터 이미지가 앞유리의 양쪽 외부 표면에서 반사된다는 문제가 생긴다. 그 결과 바람직한 1차 이미지 외에 1차 이미지에 약간 어긋나는 2차 이미지, 이른바 고스트 이미지("고스트")도 나타난다. 이러한 문제는 일반적으로 표면들을 서로에 대해 어떤 각도로 배열함으로써 완화되는데, 특히 1차 이미지와 고스트 이미지가 서로 중첩되도록 복합 판유리로 구현된 앞유리의 적층을 위해 쐐기형 중간층을 사용함으로써 완화된다. HUD용 쐐기필름을 갖는 복합 유리들은 예를 들어 WO2009/071135A1, EP1800855B1, 또는 EP1880243A2에 공지되어 있다.
쐐기필름은 비싸서 HUD용의 그러한 복합 판유리 생산비용이 상당히 많이 든다. 결과적으로, 쐐기필름 없이 앞유리와 함께 작동하는 HUD 프로젝션 어셈블리가 필요하다. 예를 들어, 판유리 표면에 의해 크게 반사되지 않는 p 편광 복사선으로 HUD 프로젝터를 작동하는 것이 가능하다. 아니면, 앞유리는 p 편광 복사선에 대한 반사 표면으로서 금속층 및/또는 유전체층으로 반사 코팅을 갖는다. 이러한 유형의 HUD 프로젝션 어셈블리는 예를 들어 DE102014220189A1, US2017242247A1, WO2019046157A1, WO2019179682A1, 및 WO2019179683A1에 공지되어 있다.
그러나 입사각이 브루스터 각도와 정확히 같은 경우에만 p 편광 복사선의 반사가 유리 표면에서 완전히 억제된다. 약 65°의 전형적인 입사각이 브루스터 각도에 가깝지만 그것에서 크게 벗어나므로 프로젝터 복사선의 특정 잔류 반사가 유리 표면으로부터 발생한다. 외부 판유리의 외측 표면으로부터의 반사는 반사 코팅에서의 복사선 반사의 결과로 감쇠되는 반면, 반사는 특히 내부 판유리의 내측 표면에서 약하지만 그럼에도 불구하고 산만한 고스트 이미지로 나타날 수 있다. 또한 65°의 입사각은 앞유리의 한 지점에만 적용된다. 그러나 HUD 프로젝터는 앞유리의 더 큰 HUD 영역을 조사하기 때문에 예를 들어 최대 68° 또는 최대 72°와 같은 더 큰 입사각이 국부적으로 발생할 수 있다. 거기에서 브루스터 각도의 편차가 훨씬 더 뚜렷하기 때문에 고스트 이미지가 훨씬 더 큰 강도로 나타난다. 또한 자동차 제조사들 사이에서는 앞유리를 더 얕게 설치하는 경향이 관찰되고 있다. 이것은 입사각을 증가시키고 따라서 브루스터 각으로부터의 편차도 증가시킨다.
WO2019179682A1, WO2019179683A1, WO2019206493A1 및 US20190064516A1에는 내측 표면의 반사율을 줄이기 위해 내측 표면에 반사방지코팅이 제공되는 HUD 프로젝션 어셈블리용 앞유리가 개시되어 있다.
EP0844507A1은 앞유리에 p 편광 복사선으로 조사되는 또 다른 HUD 프로젝션 어셈블리를 개시한다. 브루스터 각도를 입사각에 맞게 조정하여 판유리 표면의 잔류 반사를 방지하기 위해 광학적으로 고굴절률 코팅("브루스터 각도 조절 필름")이 내부 판유리의 내측 표면에 도포된다. 코팅은 산화티타늄으로 만들어지며 판유리 표면에 스퍼터링된다.
본 발명의 목적은 개선된 HUD 프로젝션 어셈블리를 제공하는 것으로, HUD 이미지가 p 편광 복사선의 반사 코팅으로부터의 반사에 의해 생성되고 유리 표면으로부터의 간섭 잔류반사(interfering residual reflection)가 감소된다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 프로젝션 어셈블리에 의한 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 개시되어 있다.
유리 표면, 특히 내부 판유리의 내측 표면으로부터의 p 편광 복사선의 약간의 반사로 인해 발생하는 고스트 이미지를 덜 산만하게 하려면 바람직한 반사와 바람직하지 않은 반사 사이의 대비(contrast)를 올리는 것이 필요하다. 따라서 반사 코팅으로부터의 반사 대 내측 표면으로부터의 반사의 비율은 반사 코팅으로부터의 반사에 유리하게 이동되어야 한다. 직관적으로는 이를 위해서는, 내측 표면으로부터의 반사를 줄이기 위해 내측 표면에 반사방지코팅(anti-reflection clating)을 하는 것은 자명하다. 이에 반하여, 본 발명은 내부 판유리의 내측 표면에 광학적으로 고굴절률의 코팅을 하는 것을 기반으로 하는데, 이는 실제로 전반적인 반사를 증가시키기에 적합하다. 따라서 이것을 반사강화코팅(reflection-enhancing coating)이라고도 한다. p 편광 복사선으로 내측 표면의 전반적인 반사율이 증가하지만, 고스트 이미지는 바람직한 일차 이미지(primary image)에 비해 덜 뚜렷하게 나타난다. 이것은 당업자에게 당초 예상되지 못했던 놀라운 일이다.
본 발명자들의 설명에 따르면, 이러한 효과는 고굴절률 코팅을 함으로써 내측 표면의 굴절율이 증가하는 것에 기초하고 있다. 이것은 계면에서 브루스터 각도αBrewster 을 증가시킨다. 왜냐하면 브루스터 각은
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(n1은 공기의 굴절율이고 n2는 복사선이 충돌하는 재료의 굴절율)에 의해 결정되기 때문이다. 고굴절률을 갖는 고굴절률 코팅은 유리 표면의 유효 굴절률을 증가시켜 코팅되지 않은 유리 표면에 비해 브루스터 각도를 더 큰 값으로 변화시킨다. 그 결과, 차량의 HUD 프로젝션 어셈블리의 일반적인 기하학적 관계에서 입사각과 브루스터 각도 사이의 차이가 작아져 내측 표면에서 p 편광 복사선의 반사가 억제되고 내측 표면에 의해서 발생되는 고스트 이미지가 약해진다. 이것이 본 발명의 주요 장점이다.
헤드업 디스플레이(HUD)를 위한 본 발명에 따른 프로젝션 어셈블리는 복합 판유리 및 HUD 프로젝터를 포함한다. HUD에서 일반적인 것처럼 프로젝터는 복합 판유리의 한 영역을 조사하며, 복사선은 관찰자의 방향으로 반사되어 가상 이미지를 생성하며, 관찰자가 자기의 관점에서 보자면 앞유리의 뒤에 가상 이미지가 있는 것으로 인식한다. 프로젝터에 의해 조사되는 앞유리의 영역을 HUD 영역이라고 한다. 프로젝터의 빔 방향은 일반적으로 거울에 의해 변경되어, 특히 수직으로 변경되어 관찰자의 높이에 맞게 프로젝션을 조정할 수 있다. 주어진 거울 위치와 함께 관찰자의 눈이 위치해야 하는 영역을 "아이박스 윈도우"(eye box window)라고 한다. 상기 아이 박스 윈도우는 거울을 조정하여 수직으로 이동할 수 있으며 전체 가용 영역을 "아이박스"라고 한다. 아이박스 내에 위치한 관찰자는 가상 이미지를 인지할 수 있다. 이는 물론 관찰자의 몸 전체가 아니라 관찰자의 눈이 아이박스 내에 위치해야 한다는 것을 의미한다.
여기에 사용되는 HUD 분야에서 나오는 기술용어는 일반적으로 당업자에게 알려져 있다. 자세한 프레젠테이션은 뮌헨기술대학 컴퓨터과학연구소 알렉산더 노이만의 논문 "헤드업 디스플레이 테스트를 위한 시뮬레이션 기반 측정 기술"(Munich: University Library of the Technical University of Munich, 2012), 특히 제2장 "헤드업 디스플레이"를 참조한다.
본 발명에 따른 복합 판유리는 바람직하게는 차량, 특히 자동차, 예를 들어 승용차 또는 트럭의 앞유리이다. 프로젝터 복사선이 앞유리에 반사되어 운전자(관찰자)가 인지할 수 있는 이미지를 생성하는 HUD가 특히 일반적이다. 그러나 원칙적으로 HUD 프로젝션을 다른 판유리, 특히 차량 판유리, 예를 들어 측면 창 또는 후면 창에 투영하는 것도 생각할 수 있다. 측면 창의 HUD는 예를 들어 카메라나 다른 센서에 의해 위치가 감지될 때 충돌이 임박한 사람이나 기타 차량을 표시할 수 있다. 후면 창 윈도우의 HUD는 후진 시 운전자에게 정보를 제공할 수 있다.
복합 판유리는 열가소성 중간층을 통해 서로 결합되는 외부 판유리와 내부 판유리를 포함한다. 복합 판유리는 차량의 창 개구부에서 내부를 외부 환경과 분리하기 위한 것이다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "내부 판유리"는 차량 내부와 면하는 복합 판유리의 판유리를 지칭한다. "외부 판유리"라는 용어는 외부 환경과 면하는 판유리를 의미한다.
복합 판유리는 상부 에지 및 하부 에지 뿐만 아니라 이들 사이에서 연장되는 2개의 측면 에지를 갖는다. "상부 에지"는 설치된 위치에서 위쪽을 가리키도록 의도된 에지를 말한다. "하부 에지"는 설치된 위치에서 아래쪽을 가리키는 에지를 말한다. 앞유리의 경우 상부 에지는 종종 "지붕 에지"라고도 하고, 하부 에지는 "엔진 에지"라고도 한다.
외부 판유리 및 내부 판유리는 각각의 경우 외측 표면 및 내측 표면 및 이들 사이에서 연장되는 주변 측면 에지를 갖는다. 본 발명의 맥락에서, "외측 표면"은 설치된 위치에서 외부 환경을 향하도록 의도된 주 표면(primary surface)을 지칭한다. 본 발명의 맥락에서, "내측 표면"은 설치된 위치에서 내부를 향하도록 의도된 주 표면(primary surface)을 지칭한다. 외부 판유리의 내측 표면과 내부 판유리의 외측 표면은 서로 마주보고 있으며 열가소성 중간층에 의해 접합되어 있다.
프로젝터(HUD 프로젝터)는 복합 판유리의 HUD 영역을 향한다. 프로젝터는 복합 판유리의 내측에 설치되고 내부 판유리의 내측 표면을 통해 복합 판유리를 조사한다. 프로젝터의 복사선는 적어도 부분적으로 p 편광되고, p 편광 복사선 성분은 바람직하게는 80% 이상이다. 프로젝터의 복사선은 바람직하게는 완전히 또는 거의 완전히 p 편광 (실제로 온전히 p 편광된)이다. p 편광 복사선의 성분은 100%이거나 거기로부터 약간만 벗어난다. 편광 방향의 표시는 복합 판유리 위에 복사선이 입사하는 평면에 기초한다. "p 편광 복사선"이라는 표현은 복사선의 전기장이 입사 평면에서 진동하는 복사선을 의미한다. "S 편광 복사선"은 복사선의 전기장이 입사 평면에 수직으로 진동하는 복사선을 의미한다. 입사 평면은 입사 벡터와 조사된 영역의 기하학적 중심에 있는 복합 판유리의 표면 법선에 의해 생성된다.
HUD가 작동하는 동안 프로젝터에서 방출되는 p 편광 복사선은 HUD 투영을 생성하기 위해 HUD 영역을 조사한다. 프로젝터의 복사선은 전자기 스펙트럼의 가시 스펙트럼 범위에 있다. 일반적인 HUD 프로젝터는 473nm, 550nm 및 630nm(RGB) 파장에서 작동한다. HUD 프로젝션 어셈블리의 전형적인 입사각은 공기/유리 전이에 대한 Brewster 각도(56.5°~ 56.6°, 소다 석회 유리, n2=1.51-1.52)에 비교적 가깝기 때문에 p 편광 복사선은 판유리 표면에 의해서 거의 반사되지 않는다. 결과적으로, 내부 판유리의 내측 표면과 외부 판유리의 외측 표면으로부터의 반사에 의한 고스트 이미지는 낮은 강도로만 발생한다. 고스트 이미지를 방지하는 것 외에도 p 편광 복사선을 사용하는 것은 HUD 이미지가 일반적으로 p 편광 복사선만을 통과시키고 s 편광 복사선을 차단하는 편광 선택 선글라스를 착용하는 사람들이 인식가능하다는 장점이 있다.
프로젝터 복사선의 입사각은 프로젝터 복사선의 입사 벡터와 내측 표면 법선(즉, 복합 판유리의 내측 외부 표면에 대한 표면 법선) 사이의 각도이다. 전형적인 HUD 어셈블리의 경우 복합 판유리 위에 프로젝터 복사선의 입사각은 65°정도이다. 특히, 이 값은 승용차의 전형적인 앞유리 설치 각도(65°)와 프로젝터가 판유리를 정확하게 밑에서 부터, 즉 프로젝터 복사선은 실질적으로 수직으로 방출된다는 조사한다는 사실에서 나오는 결과이다. HUD 영역의 기하학적 중심은 일반적으로 입사각을 결정하는 데 사용된다. 그러나 조사되는 것은 단일 지점이라기 보다 영역(즉, HUD 영역)이고 또한 프로젝터 복사선은 (렌즈 및 거울과 같은 투영 요소를 통해) 특정하게 제한된 것 내에서 조정될 수 있어서 HUD 이미지는 다른 키를 갖는 관찰자에 의해 인식될 수 있기 때문에, 실제로는 HUD 영역에 입사각이 분포되어 있다. 이러한 입사각 분포는 프로젝션 어셈블리 설계의 기초로 사용되어야 한다. 입사각은 전형적으로 58°내지 72°, 바람직하게는 62°내지 68°이다. 값은 전체 HUD 영역에 관련된 것이고 HUD 영역의 어떤 점들도 여기 상기 언급된 범위를 벗어나는 입사각은 없다.
반사 코팅의 p 편광 복사선에 대한 반사율(R20) 대 반사강화코팅을 갖는 내부 판유리의 내측 표면의 p 편광 복사선에 대한 반사율(RIV)의 비율(반사 계수는 R20을 RV1으로 나누어 R20/RIV로 표시됨)은 특히 HUD 영역에서 발생하는 모든 입사각에서, 바람직하게는 적어도 50:1, 특히 바람직하게는 적어도 100:1이다. 반사율은 반사되는 전체 p 편광 복사선의 부분을 나타낸다. 백분율(100% 입사 복사선에 대한) 또는 0 에서 1(입사 복사선에 대해 정규화됨) 사이의 단위 없는 숫자로 표시된다. 파장의 함수로 표시되어 반사 스펙트럼을 형성한다. 반사율에 관한 데이터는 100%의 정규화된 복사 강도로 380nm에서 780nm의 스펙트럼 범위에서 균일하게 복사하는 광원 A의 광원을 사용한 반사율 측정을 기반으로 한다.
유리 표면에서의 낮은 반사에도 불구하고 HUD 이미지를 생성하기 위해, 본 발명에 따른 복합 판유리에는 반사층이 장착된다. 반사층은 프로젝터의 복사선을 반사할 목적으로 제공된다. 이를 위해 반사층은 특히 p 편광 복사선을 반사하는 데에 적합하다. 그 결과, 가상 이미지가 프로젝터 복사선으로부터 생성되며, 관찰자(특히 차량 운전자)는 그의 관점에서 가상 이미지가 복합 판유리 뒤에 있는 것처럼인식할 수 있다. 본 발명에 따르면, 반사층은 복합 판유리의 내부에 배치된다. 반사층은 중간층을 향하는 외부 판유리의 내측 표면 위에 또는 중간층을 향한 내부 판유리의 외측 표면 위에 반사 코팅으로 배치될 수 있다. 또는, 반사층은 예를 들어 2개의 결합 필름 사이에 배열된 캐리어 필름에 도포된 반사 코팅으로서, 또는 코팅이 없는 반사 중합체 필름으로서 중간층 내에 배열될 수 있다. 전형적인 캐리어 필름은 PET로 만들어지며, 예를 들어 50㎛의 두께를 갖는다.
반사층은 투명하며, 이는 본 발명의 맥락에서 가시 스펙트럼 범위에서 평균 투과율이 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상이고, 따라서 복합 판유리를 통한 시야를 실질적으로 제한하지 않음을 의미한다. 원칙적으로 복합 판유리의 HUD 영역에 반사층이 제공되는 것으로 충분하다. 그러나 다른 영역에도 반사층이 제공될 수 있으며 실질적으로 복합 판유리의 전체 표면에 반사층이 제공될 수 있으며, 이는 특히 반사층이 반사 코팅으로 구현되는 경우 생산 기술상의 이유로 바람직할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 판유리 표면의 적어도 80%에 반사 코팅이 제공된다. 특히, 반사 코팅은 주변 에지 영역 및 선택적으로 통신 창, 센서 창 또는 카메라 창 처럼 앞유리를 통하여 전자기 복사를 전달하기 위한 국소 영역은 제외된다. 코팅되지 않은 주변 에지 영역은 예를 들어 최대 20cm의 폭을 갖는다. 이로써 반사 코팅이 주변 대기와 직접 접촉하는 것을 방지하여 복합 판유리 내부에서 반사 코팅이 부식 및 손상으로부터 보호된다.
본 발명은 반사층이 프로젝터 복사선의 반사에 적합하다면 특정 반사층으로 제한되지 않는다. 높은 강도를 만들기 위해 반사층은 특히 HUD 디스플레이용으로 관련이 있는 (HUD 프로젝터는 전형적으로 파장이 473 nm, 550 nm 및 630 nm(RGB)에서 동작한다) 450 nm 내지 650 nm의 스펙트럼 범위에서 특히 p 편광 복사선에 대해 높은 반사율을 가져야 한다. 반사층이 제공된 복합 판유리는 반사층이 제공된 복합 판유리는 바람직하게는 450 nm 내지 650 nm의 스펙트럼 범위에서 p 편광 복사선에 대해 15% 이상, 특히 바람직하게는 20% 이상의 평균 반사율을 갖는다. 이것에 의해, 충분히 높은 강도의 투영 이미지가 생성된다. 450 nm 내지 650 nm의 전체 스펙트럼 범위에서의 반사율이 15% 이상, 바람직하게는 20% 이상인 경우 특히 우수한 결과가 달성되어, 반사율이 상기 스펙트럼 범위의 임의의 지점에서 표시된 값보다 낮지 않다. 데이터는 내측 표면 법선에 대해 65°의 입사각으로 측정하고 정규화된 100%를 갖는 고려 중인 스펙트럼 범위에서 균일하게 복사하는 광원으로 측정한 내부 측면 표면 법선에 대해 65°의 입사각으로 측정한 반사율을 기반으로 한다.
가능한 한 색상 중립적인 투영 이미지로 표시되는 것을 얻으려면 반사 스펙트럼이 p 편광 복사선에 대해 가능한 한 부드러워야 하고 확연한 국소 최소값과 최대값이 없어야 한다. 이와 관련하여 바람직한 실시예에서, 450 nm 내지 650 nm의 스펙트럼 범위에서, 최대 발생 반사율과 반사율 평균 간의 차이 및 최소 발생 반사율과 반사율 평균 간의 차이는 최대 3%, 특히 바람직하게는 최대 2%이다. 이러한 차이는 평균에 대한 백분율 편차로서가 아니라 반사율의 절대 편차(1%로 알려짐)로 이해되어야 한다. 또한, 반사 스펙트럼의 평활도의 척도로서 450 nm 내지 650 nm 스펙트럼 범위의 표준 편차를 사용할 수 있다. 그것은 바람직하게는 1% 미만, 특히 바람직하게는 0.9% 미만, 가장 특히 바람직하게는 0.8% 미만이다.
본 발명의 일 실시예에서, 반사층은 반사 코팅이다. 반사 코팅은 바람직하게는 박막 스택, 즉 얇은 개별 층의 층 시퀀스(layer sequence)이다. 바람직한 반사 특성은 특히 개별 층들의 두께와 재료를 선택하여 얻을 수 있다. 따라서, 반사 코팅은 적절하게 조정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 반사 코팅은 반사 효과에 주로 책임이 있는 적어도 하나의 전기 전도층을 갖는다. 전기 전도층은 금속을 함유하는 층 또는 투명 전도성 산화물(TCO)을 기반으로 하는 층일 수 있다. 상기 금속 함유 층은 예를 들어 은, 금, 알루미늄 또는 구리를 기반으로 할 수 있다. TCO는 일반적으로 ITO(인듐 주석 산화물)이다.
전형적으로, 유전체 층 또는 층 시퀀스는 전기 전도층의 위와 아래에 배열된다. 반사 코팅이 다중 전도층을 포함하는 경우, 각 전도층은 각각 바람직하게는 두개의 전형적인 유전체 층 또는 층 시퀀스 사이에 배열되어 하나의 유전체 층 또는 층 시퀀스가 인접한 전도층 사이에 배열되는 것이 바람직하다. 따라서 코팅은 n개의 전기 전도층 및 (n+1)개의 유전체 층, 즉 층 시퀀스를 갖는 박막 스택이다. 여기서 n은 자연수이고 하부 유전체 층 또는 층 시퀀스는 각각 전기 전도층 및 유전체 층 또는 층 시퀀스가 교번적으로 뒤따른다. 이러한 코팅은 태양광 보호 코팅 및 가열 가능한 코팅으로 알려져 있다. 적어도 하나의 전기 전도층으로 인해, 반사 코팅은 IR 반사 특성을 가지므로, 열복사 반사에 의해 차량 내부의 가열을 감소시키는 태양광 보호 코팅으로서 역할을 한다. 반사 코팅을 가열하는 전류가 반사 코팅을 통해 흐르도록 전기적으로 접촉되는 경우 반사 코팅을 가열 코팅으로 사용할 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 반사 코팅은 은(Ag)을 기반으로 하는 적어도 하나의 전기 전도층을 갖는다. 전도층은 바람직하게는 90 중량% 이상의 은, 특히 바람직하게는 99 중량% 이상의 은, 가장 특히 바람직하게는 99.9 중량% 이상의 은을 함유한다. 은 층은 도펀트, 예를 들어 팔라듐, 금, 구리 또는 알루미늄을 가질 수 있다. 은 층의 두께는 일반적으로 5 nm에서 20 nm이다.
이러한 박막 스택의 일반적인 유전층은 예를 들어 다음과 같다:
- 반사 방지층(anti-reflection layers): 가시광선의 반사를 감소시켜 코팅된 판유리의 투명도를 증가시키고, 예를 들어 실리콘 질화물, 실리콘-지르코늄 질화물과 같은 혼합 실리콘 금속 질화물, 티타늄 산화물, 알루미늄 질화물 또는 주석 산화물을 기반으로 하며, 예를 들어 10 nm 내지 100 nm의 층 두께를 갖는다;
- 매칭층(matching layers): 전기 전도층의 결정성을 개선하며, 예를 들어 산화아연(ZnO)을 기반으로 하며, 예를 들어 3 nm 내지 20 nm의 층 두께를 갖는다;
- 평활층(smoothing layers): 덮어 씌우는 층(overlaying layer)의 표면 구조를 개선하며, 예를 들어 주석, 규소, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 아연, 갈륨 및/또는 인듐의 비결정질 산화물을 기반으로 하며, 특히 혼합 주석아연산화물(ZnSnO)을 기반으로 하며, 예를 들어 3 nm 내지 20 nm의 층 두께를 갖는다.
적어도 하나의 전기 전도층으로 인해, 이러한 코팅은 가시 스펙트럼 범위에서 반사 특성을 가지며, 이는 항상 p 편광 복사선에 대해 어느 정도 발생한다. p 편광 복사선에 대한 반사는 층 두께, 특히 유전체 층 시퀀스의 적절한 선택에 의해 특히 최적화될 수 있다.
전기 전도층 및 유전체 층에 더하여, 반사 코팅은 또한 전도층을 열화로부터 보호하는 차단층(blocking layers)을 포함할 수 있다. 차단층은 일반적으로 니오븀, 티타늄, 니켈, 크롬 및/또는 합금을 기반으로 하는 매우 얇은 금속 함유층이며 예를 들어 0.1 nm 내지 2 nm의 층 두께를 갖는다.
반사 코팅은 반드시 전기 전도층을 포함할 필요는 없다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 전체 박막 스택은 유전체 층으로 형성된다. 층 시퀀스는 고굴절률과 저굴절률을 갖는 층을 교대로 포함한다. 이러한 층 시퀀스의 반사 거동은 간섭 효과의 결과로 재료와 층 두께를 적절하게 선택하여 구체적으로 조정할 수 있다. 따라서 가시 스펙트럼 범위에서 p 편광 복사선에 대해 유효 반사를 갖는 반사 코팅을 구현하는 것이 가능하다. 고굴절률을 갖는 층(광학적으로 고굴절률 층)은 바람직하게는 1.8보다 큰 굴절률을 갖는다. 저굴절률을 갖는 층(광학적으로 저굴절률 층)은 바람직하게는 1.8 미만의 굴절률을 갖는다. 박막 스택의 최상층 및 최하층은 광학적으로 고굴절률층인 것이 바람직하다. 광학적으로 고굴절률 층은 바람직하게는 실리콘 질화물, 주석아연 산화물, 실리콘지르코늄 질화물, 또는 티타늄 산화물을 기반으로 하고, 특히 바람직하게는 실리콘 질화물을 기반으로 한다. 광학적으로 저굴절률 층은 바람직하게는 실리콘 산화물을 기반으로 한다. 고굴절률 및 저굴절률 층의 총 수는 바람직하게는 3 내지 15, 특히 8 내지 15이다. 이것은 층 구조를 너무 복잡하게 만들지 않으면서 반사 특성의 적절한 설계를 가능하게 한다. 유전체 층의 층 두께는 바람직하게는 30 nm 내지 500 nm, 특히 바람직하게는 50 nm 내지 300 nm이어야 한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 반사층은 반사 코팅을 갖지 않지만 대신 고유 반사 특성을 갖는 중합체 필름으로 구현된다. 이러한 목적을 위해, 중합체 필름은 바람직하게는 더 높은 굴절률과 더 낮은 굴절률을 갖는 플라이(ply)가 교대로 배열된 상이한 굴절률들을 갖는 복수의 중합체 플라이(층)를 포함한다. 이 경우에도 반사 효과는 특히 교번하는 높고 낮은 굴절률의 중합체 플라이에 의해 발생하는 간섭 효과에 기초한다.
본 발명에 따르면, 복합 판유리에는 광학적으로 고굴절률 코팅이 중간층으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 내부 판유리의 내측 표면 상에 배열되어 제공된다. 본 발명의 맥락에서, 고굴절률 코팅은 반사강화코팅(reflection enhancing coating)이라고도 하며, 일반적으로 코팅된 표면의 전반적인 반사율을 증가시키기 때문이다. 본 발명에 따르면, 반사강화코팅은 반사강화 효과의 기초가 되는 적어도 1.7의 굴절률을 갖는다. 놀랍게도 반사강화코팅은 내부 판유리의 내측 표면으로부터의 HUD 고스트 이미지를 강화하지 않으며, 대신에 약화시키기 때문에 반사 코팅으로부터의 바람직한 반사가 더 높은 콘트라스트로 보이도록 한다.
"반사강화코팅"이라는 용어는 반사강화 효과가 p 편광 복사와 관련되어 있다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 반사강화코팅은 고려 중인 입사각에서 프로젝터의 p 편광 복사에 대한 반사를 증가시키기 위한 것이 아니다. 대신에, 반사강화코팅은 특히 브루스터 각도에서 상당히 벗어나는 입사각에서 가시광선 스펙트럼 범위에 있는 전반적인 반사가 증가하게 한다. 보다 명확한 개념적 구분을 위해 반사 코팅을 "HUD 반사 코팅"이라고도 하며, 반사강화코팅을 "전체 반사 강화 코팅"이라고도 한다.
반사강화코팅의 굴절률은 바람직하게는 적어도 1.8, 특히 바람직하게는 적어도 1.9, 가장 특히 바람직하게는 적어도 2.0이다. 이를 통해 특히 좋은 결과를 얻는다. 굴절률은 최대 2.5인 것이 바람직하다. 굴절률이 더 증가하면 p 편광 복사선의 측면에서 더 이상 개선되지 않지만 전체 반사율이 증가한다.
본 발명의 맥락에서, 굴절률은 원칙적으로 550 nm의 파장을 기준으로 특정된다. 달리 명시되지 않는 층 두께 또는 두께의 표시는 한 층의 기하학적 두께를 나타낸다.
반사강화코팅은 바람직하게는 단일 층으로 형성되고 이 층 아래 또는 위에 다른 층을 갖지 않는다. 단일 층은 본 발명에 따른 효과를 달성하기에 충분하고 층 스택을 적용하는 것보다 기술적으로 더 간단하다. 그러나 원칙적으로 반사강화코팅은 다중 개별 층을 포함할 수도 있으며, 이는 개별 경우에 특정 매개변수를 최적화하는 데에도 바람직할 수 있다.
반사강화코팅에 적합한 재료는 실리콘 질화물(Si3N4), 혼합 실리콘-금속 질화물(예: 실리콘지르코늄 질화물(SiZrN), 혼합 실리콘알루미늄 질화물, 혼합 실리콘하프늄 질화물 또는 혼합 실리콘티타늄 질화물), 알루미늄 질화물, 주석 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 비스무트 산화물, 티타늄 산화물, 혼합 주석아연 산화물 및 지르코늄 산화물을 포함한다. 또한, 전이금속 산화물(예: 스칸듐 산화물, 이트륨 산화물, 탄탈륨 산화물 또는 란탄족 산화물(예: 란탄 산화물 또는 세륨 산화물))도 사용할 수 있다. 반사강화코팅은 바람직하게는 이러한 재료들 중의 하나 또는 그 이상을 함유하거나 또는 이들에 바탕을 두고 있다.
반사강화코팅은 그 기능을 수행하기 위해 특별히 두껍지 않아도 된다. 광학적 특성, 특히 광투과율 및 생산비용 측면에서 반사강화코팅은 가능한 한 얇은 것이 유리하다. 그러나 복합 판유리의 전반적인 미학을 최적화하기 위해 더 높은 층 두께가 필요할 수도 있다. 유리한 실시예에서, 반사강화코팅의 두께는 최대 100 nm, 바람직하게는 최대 50 nm, 특히 바람직하게는 최대 30 nm, 가장 특히 바람직하게는 최대 10 nm이다. 반사강화코팅의 최소 두께는 바람직하게는 5 nm이다.
원칙적으로, 이러한 반사강화코팅은 물리적 또는 화학적 기상증착에 의해 도포될 수 있다. 즉 PVD 또는 CVD 코팅(PVD: 물리기상증착, CVD: 화학기상증착)일 수 있다. 이러한 코팅은 특히 높은 광학 품질과 특히 낮은 두께로 생성될 수 있다. PVD 또는 CVD 코팅의 두께는 예를 들어 최대 30 nm 또는 최대 15 nm 또는 최대 10 nm이다. 적합한 재료는 특히 실리콘 질화물, 혼합 실리콘-금속 질화물(예를 들어, 실리콘지르코늄 질화물, 혼합 실리콘알루미늄 질화물, 혼합 실리콘하프늄 질화물, 또는 혼합 실리콘티타늄 질화물), 알루미늄 질화물, 주석 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 비스무트 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물, 또는 혼합 주석-아연 산화물이다. PVD 코팅은 음극 스퍼터링("스퍼터링")에 의해 도포된 코팅, 특히 마그네트론 강화 음극 스퍼터링("마그네트론 스퍼터링")에 의해 코팅된 코팅일 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 반사강화코팅은 졸-겔 코팅이다. 습식 화학법으로서 졸-겔법의 장점은 예를 들어 간단한 방식으로 판유리 표면의 일부에만 코팅을 제공할 수 있는 높은 유연성과 음극 스퍼터링 방식과 같은 다른 기상증착 방법에 비해 저렴한 비용이다. 그러나 졸-겔 코팅은 일반적으로 스퍼터링 코팅만큼 얇게 도포할 수 없다. 졸-겔 코팅의 두께는 바람직하게는 최대 100 nm, 특히 바람직하게는 최대 50 nm, 가장 특히 바람직하게는 최대 30 nm이다. 졸-겔 코팅은 바람직하게는 본 발명에 따른 굴절률을 달성하기 위해 티타늄 산화물 또는 지르코늄 산화물을 함유한다.
졸-겔법에서는 먼저 코팅의 전구체를 포함하는 졸을 제공하여 숙성시킨다. 숙성은 전구체의 가수분해 및/또는 전구체 간의 (부분) 반응을 포함할 수 있다. 전구체는 일반적으로 용매, 바람직하게는 물, 알코올(특히, 에탄올), 또는 물-알코올 혼합물에 존재한다.
한 실시예에서, 졸-겔 코팅은 티타늄 산화물 또는 지르코늄 산화물을 기재로 한다. 이 경우 졸은 산화티타늄 또는 산화지르코늄 전구체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 졸-겔 코팅은 굴절률 향상 첨가제를 갖는 실리콘 산화물을 기재로 한다. 이 경우, 졸은 용매에 실리콘 산화물 전구체를 포함하는 것이 바람직하다. 전구체는 바람직하게는 실란, 특히 테트라에톡시실란 또는 메틸트리에톡시실란(MTEOS)이다. 그러나, 대안적으로, 실리케이트는 또한 전구체, 특히 나트륨, 리튬 또는 칼륨 실리케이트, 예를 들어 테트라메틸 오르토실리케이트, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 테트라이소프로필 오르토실리케이트, 또는 일반 형태 R2 nSi(OR1)4-n의 오르가노실란으로 사용될 수 있다 . 여기서, R1은 바람직하게는 알킬기이고; R2는 알킬, 에폭시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아민, 페닐 또는 비닐 기이고; n은 0 내지 2의 정수이다. 할로겐화규소 또는 알콕사이드도 사용될 수 있다. 실리콘 산화물 전구체는 실리콘 산화물의 졸-겔 코팅을 만든다. 코팅의 굴절률을 본 발명에 따른 값으로 증가시키기 위해, 굴절률 향상 첨가제, 바람직하게는 티타늄 산화물 및/또는 지르코늄 산화물, 또는 이들의 전구체가 졸에 첨가된다. 완성된 코팅에서 굴절률 향상 첨가제는 실리콘 산화물 매트릭스에 존재한다. 실리콘 산화물 대 굴절률 향상 첨가제의 몰비는 바람직한 굴절률의 함수로 자유롭게 선택할 수 있으며, 예를 들어 약 1:1이다.
졸은 특히 습식 화학법, 예를 들어 침지 코팅, 스핀 코팅, 유동 코팅에 의해서, 롤러 또는 브러시를 사용한 도포에 의해서, 또는 스프레이 코팅에 의해서, 또는 인쇄 방법, 예를 들어, 패드 인쇄 또는 스크린 인쇄에 의한 방법에 의해 내부 판유리의 내측 표면에 도포된다. 이후에 건조할 수 있고, 이 경우 용매가 증발된다. 이 건조는 주변 온도에서 또는 별도의 가열(예: 최대 120°C의 온도)에 의해 수행될 수 있다. 기판에 코팅을 적용하기 전에 표면은 일반적으로 자체 알려진 방법으로 세척된다.
그 후, 졸이 응축된다. 응축은 예를 들어 최대 500℃에서 별도의 온도 처리로, 또는 일반적으로 600℃ 내지 700℃의 온도에서 유리 굽힘 공정의 일부로 수행될 수 있는 온도 처리를 포함할 수 있다. 전구체가 UV-가교성 작용기(예를 들어, 메타크릴레이트, 비닐 또는 아크릴레이트 기)를 갖는 경우, 응축은 UV 처리를 포함할 수 있다. 대안적으로, 적합한 전구체(예를 들어, 실리케이트)의 경우, 응축은 IR 처리를 포함할 수 있다. 선택적으로, 용매는 예를 들어 최대 120℃의 온도에서 증발될 수 있다.
원하는 경우 적절한 기공 형성제를 졸에 첨가하여 기공(porosity)을 조정할 수 있다. 특히 공극율은 굴절률을 선택적으로 조정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 중합체 나노입자가, 바람직하게는 PMMA 나노입자(폴리메틸 메타크릴레이트)가 기공 형성제로 사용될 수 있고, 그러나 대안적으로 폴리카보네이트, 폴리에스테르 또는 폴리스티렌의 나노입자, 또는 메틸 (메트)아크릴레이트 및 (메트)아크릴산의 공중합체가 사용될 수 있다. 중합체 나노입자 대신에 오일의 나노방울을 나노에멀젼 형태로 사용하거나, 계면활성제나 코어-쉘 입자를 사용할 수 있다. 물론, 상이한 기공 형성제를 사용하는 것도 생각할 수 있다. 기공 형성제는 졸의 응축 후, 예를 들어 기공 형성제를 분해하는 열처리에 의해, 또는 이들을 용매로 용해시켜 임의로 제거할 수 있다. 특히 유기 기공 형성제는 열처리 중에 탄화된다. 졸-겔 나노입자를 증착함으로써 기공을 생성할 수도 있다.
본 발명의 맥락에서, 제1 층이 제2 층 "위에" 배열되는 경우, 이는 코팅이 도포되는 기판으로부터 제1 층이 제2 층보다 더 멀리 배열된다는 것을 의미한다. 본 발명의 맥락에서, 제1 층이 제2 층 "아래"에 배열되는 경우, 이는 기판으로부터 제2 층이 제1 층보다 더 멀리 배열된다는 것을 의미한다.
어떤 층이 어떤 물질을 기반으로 하는 경우, 그 층은 임의의 불순물 또는 도펀트 외에 대부분 이 물질로, 특히 실질적으로 이 물질로 구성된다. 언급된 산화물 및 질화물은 화학양론적으로, 아화학양론적으로 또는 초화학양론적(화학양론적 분자식이 보고되더라도 더 나은 이해를 위해)으로 증착될 수 있고, 알루미늄, 지르코늄, 티타늄 또는 붕소와 같은 도펀트를 가질 수 있다.
HUD 투영에 대한 유리한 효과를 얻으려면 반사강화코팅이 적어도 내부 판유리의 내부측 표면의 HUD 영역에 배치되어야 한다. 코팅은 또한 내측 표면 전체에 걸쳐 배열될 수도 있다. 유리한 실시예에서, 반사강화코팅은 내측 표면 전체에 도포되진 않지만, 대신에 예를 들어 전체 표면의 최대 5%, 바람직하게는 최대 50%에 해당하는 내부 측면 표면의 하위 영역에만 적용된다. 이 하위 영역은 전체 HUD 영역을 포함하며 선택적으로 HUD 영역에 인접한 다른 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 하부 에지에 인접한 복합 판유리의 하부 하위영역, 특히 복합 판유리의 하부 절반에만 반사강화코팅이 완전히 또는 부분적으로 제공될 수 있다. 한편, 반사강화코팅을 전체 표면에 완전히 배치하지 않음으로써 재료를 절약할 수 있다. 다른 한편으로, 복합 판유리의 다른 기능 영역, 예를 들어 일반적으로 상부 에지 근처에 배열되는 카메라 또는 센서 영역은 코팅이 없는 상태로 남아 있을 수 있으므로 부정적인 영향을 받지 않을 수 있다.
전체 표면에 코팅하는 것이 아닌 코팅은 기상 증착(예: 음극 스퍼터링)의 경우 마스킹 방법을 사용하거나 코팅을 후속적으로 부분적으로 제거(예: 레이저 조사 또는 기계 연마)하여 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 졸-겔 코팅의 경우, 전체 표면에 코팅하는 것이 아닌 코팅은 졸이 바람직한 영역에만 예를 들어 패드 인쇄, 스크린 인쇄, 롤러 또는 브러시를 사용한 부분 도포에 의해서 또는 스프레이 코팅에 의해서 또는 마스킹 기술에 의해서 도포될 수 있다.
반사강화코팅의 굴절률은 구배를 가질 수 있다. 이 경우, 굴절률은 바람직하게는 복합 판유리의 하부 에지에서 상부 에지로의 방향("아래에서 위로")으로 감소한다. 유리하게도 이것은 일반적으로 바닥에서 상부로 감소하는 HUD 복사선의 입사각에 지엽적으로(locally) 굴절률을 적응하게 하는 것을 가능하게 한다. 이러한 굴절률 구배는 예를 들어 본 발명에 따른 졸-겔 방법에서 생성될 수 있다. 졸은 예를 들어 경사분리(decantation)에 의해 전구체 농도의 구배가 제공될 수 있고 그에 따라 판유리 표면에 도포될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 상이한 전구체 농도를 갖는 둘 이상의 졸이 서로 인접하고 접촉하여 도포될 수 있으며, 농도 구배는 졸이 응축되기 전에 계면을 가로질러 확산에 의해 형성된다. 대안적으로, 소위 "자체 층화(self-stratifying)" 시스템을 기반으로 하는 구배를 형성하는 방법이 알려져 있다.
반사강화코팅은 두께 측면에서도 기울기를 가질 수 있다. 예를 들어, 반사강화코팅의 두께는 하부 에지에서 상부 에지 방향으로("아래에서 위로") 또는 그 반대 방향으로("위에서 아래로") 증가할 수 있다. 예를 들어, 두께 구배는 본 발명에 따른 졸-겔 방법에 의해 생성될 수 있으며, 여기서 졸은 적절하게 설계된 메쉬(mesh)를 통한 스크린 인쇄에 의해 판유리 표면에 인쇄된다. 두께 구배는 적절한 마스크를 사용한 음극 스퍼터링으로도 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 내측 표면 위의 반사강화코팅의 배열은 바람직하지 않은 고스트 이미지의 현저한 약화를 가져온다. 원칙적으로 프로젝터 복사선의 특정 반사는 외측 표면에서도 발생하여 마찬가지로 고스트 이미지를 만든다. 그러나, 이 반사 전에 반사코팅에서의 반사에 의해 복사선의 세기가 이미 감소하기 때문에 이 고스트 이미지가 덜 강하게 나타나고 외부 판유리의 외측 표면에서 반사가 덜 중요하다. 1차 이미지와 비교하여 이 고스트 이미지의 상대적 강도를 더 감소시키기 위해, 본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 복합 판유리는 중간층에서 멀어지는 외부 판유리의 외측 표면 위에 또 다른 반사강화코팅(고굴절율 코팅)이 장착된다. 그러면 복합 판유리에는 두 개의 반사강화코팅을 가지며, 두 개의 반사강화코팅의 특정 디자인은 서로 독립적으로 선택할 수 있다. 추가 반사강화코팅은 졸겔 코팅 또는 PVD 또는 CVD 코팅일 수도 있다.
프로젝터 복사선의 반사는 주로 반사 코팅에서 발생한다. 외부 판유리 표면에서 발생하는 잔류 반사는 반사강화코팅에 의해 더욱 감소된다. 결과적으로, 고스트 이미지를 피하기 위해 외부 판유리 표면을 서로에 대해 비스듬히 배열할 필요가 없다. 복합 판유리의 외부 표면(즉, 내부 판유리의 내측 표면과 외부 판유리의 외측 표면)은 결과적으로 바람직하게는 서로 실질적으로 평행하게 배열된다. 이러한 목적을 위해, 열가소성 중간층은 바람직하게는 쐐기형으로 구현되지 않고, 대신에 실질적으로 일정한 두께를 갖는데, 특히 내부 판유리와 외부 판유리 처럼 복합 판유리의 상부 에지와 하부 에지 사이의 수직 코스에서 특히 실질적으로 일정한 두께를 갖는다. 대조적으로 쐐기형 중간층은 가변 두께, 특히 증가하는 두께를 갖는다. 중간층은 일반적으로 하나 이상의 열가소성 필름으로 형성된다. 표준 필름은 쐐기형 필름보다 훨씬 더 경제적이기 때문에 복합 판유리의 생산은 훨씬 더 경제적이다.
외부 판유리 및 내부 판유리는 바람직하게는 유리, 특히 창유리에 통상적인 소다석회유리로 제조된다. 그러나 원칙적으로 판유리는 다른 유형의 유리(예: 붕규산 유리, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리) 또는 투명 플라스틱(예: 폴리메틸 메타크릴레이트 또는 폴리카보네이트)으로 만들 수도 있다. 외부 판유리와 내부 판유리의 두께는 크게 변할 수 있다. 바람직하게는 0.8 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 1.4 mm 내지 2.5 mm 범위의 두께를 갖는 판유리, 예를 들어 1.6 mm 또는 2.1 mm의 표준 두께를 갖는 판유리가 사용된다.
외부 판유리, 내부 판유리 및 열가소성 중간층은 투명하고 무색일 수 있지만 착색되거나 채색될 수도 있다. 바람직한 일 실시예에서, 앞유리(반사코팅을 포함하는)를 통한 총 투과율은 70%(A유형의 조명)보다 크다. "총 투과율"이란 ECE-R 43, Annex 3, §9.1에 지정된 자동차 창의 빛 투과성을 테스트하는 프로세스를 기반으로 한다. 외부 판유리와 내부 판유리는 서로 독립적으로 사전 응역을 받지 않거나, 부분적으로 사전 응력을 받거나, 사전 응력을 받을 수 있다. 판유리 중 하나 이상이 사전 응력을 받는 경우 이는 열적 또는 화학적 사전 응력일 수 있다.
복합 판유리는 바람직하게는 자동차 창유리에서 일반적이듯이 하나 또는 복수의 공간 방향으로 만곡되며, 여기서 전형적인 곡률 반경은 약 10cm 내지 약 40m이다. 그러나 복합 판유리는 예를 들어 버스, 기차 또는 트랙터용 판유리로 의도된 경우 평평할 수도 있다.
열가소성 중간층은 적어도 하나의 열가소성 중합체, 바람직하게는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 또는 폴리우레탄(PU) 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체 또는 유도체, 특히 바람직하게는 PVB를 함유한다. 중간층은 일반적으로 열가소성 필름(접합 필름)으로 형성된다. 중간층의 두께는 바람직하게는 0.2mm 내지 2mm, 특히 바람직하게는 0.3mm 내지 1mm이다.
복합 판유리는 그 자체로 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 외부 판유리 및 내부 판유리는 예를 들어 오토클레이브 방법, 진공 백 방법, 진공 링 방법, 캘린더 방법, 진공 라미네이터 또는 이들의 조합에 의해 중간층을 통해 함께 적층된다. 외부 판유리와 내부 판유리의 접합은 통상적으로 열, 진공 및/또는 압력의 작용하에 수행된다.
반사층이 반사 코팅으로 구현되는 경우, 반사 코팅은 바람직하게는 적층 전에 물리기상증착(PVD), 특히 바람직하게는 음극 스퍼터링(스퍼터링), 가장 특히 바람직하게는 마그네트론 강화 음극 스퍼터링( 마그네트론 스퍼터링)에 의해 하나의 판유리 표면에 도포된다. 하나의 판유리 표면에 반사 코팅을 도포하는 대신, 원칙적으로 중간층, 특히 2개의 결합 필름 사이에 배열된 중간층에 배열된 캐리어 필름위에도 제공될 수 있다. 통상적인 캐리어 필름은 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조되고 10㎛ 내지 100㎛, 예를 들어 50㎛의 두께를 갖는다.
반사강화코팅은 이미 위에서 설명한 바와 같이 졸-겔 방법을 사용하여 내부 판유리의 내측 표면에 도포된다. 이것은 적층 전이나 후에 수행될 수 있다. 바람직하게는, 반사강화코팅의 도포는 코팅이 평평한 기판에 더 쉽고 더 나은 품질로 도포될 수 있기 때문에 적층 및 모든 굽힘 공정 전에 수행된다. 그러나 특히 패드 인쇄 공정은 곡면 판유리에도 어려움 없이 사용할 수 있다.
복합 판유리가 구부러져야 하는 경우, 외부 판유리와 내부 판유리는 바람직하게는 적층 전, 바람직하게는 코팅 공정 후에 굽힘 공정을 거친다. 바람직하게는, 외부 판유리와 내부 판유리는 합동으로 함께(즉, 동시에 동일한 도구에 의해) 구부러지며, 그 이유는 그렇게 함으로써 판유리의 형상이 후속적으로 발생하는 적층을 위해서 최적으로 일치되기 때문이다. 유리 굽힘 공정의 일반적인 온도는 예를 들어 500℃ ~ 700℃이다. 이 온도 처리는 또한 투명도를 증가시키고 반사 코팅의 시트 저항을 감소시킨다.
본 발명에 따른 프로젝션 어셈블리를 제조하기 위해, 복합 판유리와 HUD 프로젝터는 내부 판유리면이 프로젝터를 향하고 프로젝터가 HUD 영역을 향하도록 서로 비스듬하게 배열된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 프로젝션 어셈블리를 자동차, 특히 승용차 또는 트럭에서 HUD로서 사용하는 것을 포함한다.
이하에서, 본 발명은 도면 및 예시적인 실시예를 참조하여 상세하게 설명된다. 도면은 개략도이며 실제와 일치하지 않는다. 도면은 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 일반적인 프로젝션 어셈블리의 복합 판유리의 평면도,
도 2는 일반적인 프로젝션 어셈블리의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 어셈블리의 복합 판유리 단면도,
도 4는 내부 판유리 위에 있는 본 발명에 따른 반사 코팅(그 자체로서 청구하지 않음) 실시예의 단면도, 및
도 5는 내부 판유리 위에 있는 본 발명에 따른 반사 코팅(그 자체로서 청구하지 않음)의 또 다른 실시예의 단면도.
도 1 및 도 2는 각각 HUD를 위한 일반적인 프로젝션 어셈블리의 상세 사항을 도시한다. 프로젝션 어셈블리는 복합 판유리(10), 특히 승용차의 앞유리를 포함한다. 프로젝션 어셈블리는 또한 복합 판유리(10)의 영역을 지향하는 HUD 프로젝터(4)를 포함한다. 프로젝터(4)의 복사선는 완전히 p 편광된다. 일반적으로 HUD 영역 B라고 하는 이 영역에서 프로젝터(4)는 관찰자(5)(차량 운전자)의 눈이 소위 아이 박스(eye box) E의 안쪽에 위치할 때 관찰자에게서 멀어지는 방향을 향하는 복합 판유리(10) 면의 가상 이미지로 인식되는 이미지를 생성할 수 있다.
복합 판유리(10)는 열가소성 중간층(3)을 통해 서로 결합된 외부 판유리(1)와 내부 판유리(2)로 구성된다. 그 하부 에지(U)는 승용차의 엔진 방향으로 아래쪽으로 배열되고; 그 상부 에지(O)는 지붕 방향으로 위로 향한다. 설치된 위치에서 외부 판유리(1)는 외부 환경과 면하고; 내부 판유리(2)는 차량 내부와 면한다.
도 3은 본 발명에 따라 구현된 복합 판유리(10)의 실시예를 도시한다. 외부 판유리(1)는 설치 위치에서 외부 환경을 향하는 외측 표면(I)과 설치 위치에서 내부를 향하는 내측 표면(II)을 갖는다. 마찬가지로, 내부 판유리(2)는 설치 위치에서 외부 환경을 향하는 외측 표면(III)과 설치 위치에서 내부를 향하는 내부 측면(IV)을 갖는다. 외부 판유리(1) 및 내부 판유리(2)는 예를 들어 소다석회 유리로 만들어진다. 외부 판유리(1)는 예를 들어 2.1mm의 두께를 가지며; 내부 판유리(2)는 1.6mm 또는 2.1mm의 두께를 갖는다. 중간층(3)은 예를 들어 두께 0.76mm의 PVB 필름으로 만든다. PVB 필름은 당업계에서 일반적인 표면 거칠기를 제외하고는 실질적으로 일정한 두께를 가지며 소위 "쐐기 필름"으로 구현되지 않는다.
내부 판유리(2)의 외측 표면(III)에는 본 발명에 따른 반사층이 제공되며, 이는 p 편광된 프로젝터 복사선을 위한 반사면으로 의도된다. 도시된 경우에 있어서, 반사층은 반사 코팅(20)으로서 구현된다.
반사 코팅(20)은 p 편광 복사선을 반사하도록 최적화된다. 이것은 프로젝터(4)의 복사선의 입사각이 Brewster의 각도에서 약간 벗어나기 때문에 프로젝터 복사선의 일부 반사는 공기/유리 전이에서도 발생하여 강도는 낮지만 여전히 방해가 될 수 있는 고스트 이미지를 생성할 수 있다. 특히, 여기서 내부 판유리(2)의 내측 표면 IV로부터의 반사는 (외부 판유리(1)의 외측 표면(I)으로부터의 반사와 대조적으로) 반사 코팅(20)을 지나면서 이미 강도가 약화되지 않았기 때문에 중요할 수 있다. 본 발명의 목적은 이러한 고스트 이미지를 감소시키는 것이다.
반사감소코팅(반사방지코팅)에 의해 내측 표면 IV로부터의 반사를 감소시키는 것이 직관적으로 봐도 명백하겠으나, 본 발명에 따르면 내부 판유리(2)의 내측 표면 IV는 이와는 정반대로, 전체 반사율을 증가시키는 반사강화(고굴절) 코팅(30)이 제공된다. 반사강화코팅(30)은 적어도 1.7의 굴절률을 갖는다. 내측 표면 IV의 전체 반사율이 증가되더라도, 반사강화코팅(30)은 반사계수
Figure pct00002
(반사강화코팅(30)이 있는 표면 IV의 반사율 RIV 로 나눈 반사 코팅(20)의 반사율 R20 여기서 각각의 반사율은 p 편광 복사선에 대한 반사율)가 증가되는 결과를 낳는다. 내측 표면(IV)으로부터의 반사에 대한 반사 코팅(20)으로부터의 반사의 상대 강도("콘트라스트")가 증가되고 바람직스럽지 않은 고스트 이미지에 대한 바람직한 1차 이미지의 강도가 증가된다.
도 4는 반사 코팅(20)의 예시적인 실시예의 층 시퀀스(layer sequence)를 도시한다. 반사 코팅(20)은 박막의 스택이다. 반사 코팅(20)은 은에 기초한 전기 전도층(21)을 포함한다. 금속 차단층(24)은 전기 전도층(21) 바로 위에 배열된다. 금속 차단층 위는 상부 매칭층(23b), 상부 굴절률-향상층(23c) 및 상부 반사 방지층(23a)이 아래에서 위 방향으로 있는 상부 유전체 층 시퀀스이다. 전기 전도층(21) 아래에는 하부 매칭층(22b), 하부 굴절률-향상층(22c) 및 하부 반사 방지층(22a)이 위에서 아래 방향으로 있는 하부 유전체 층이다.
표 1은 개별 층의 재료 및 기하학적 층 두께와 함께 내부 판유리(2)의 외측표면 III 위에 반사 코팅(20)을 갖는 복합 판유리(10)의 층 순서를 나타낸다. 유전체 층은 예를 들어 붕소 또는 알루미늄으로 서로 독립적으로 도핑될 수 있다.
재료 참조부호 층 두께
소다석회유리 1 2.1 mm
PVB 3 0.76 mm
Si3N4 20 23a 50 nm
SiZrN 23c 10 nm
ZnO 23b 10 nm
NiCr 24 0.3 nm
Ag 21 13 nm
ZnO 22b 10 nm
SiZrN 22c 10 nm
Si3N4 22a 17 nm
소다석회유리 2 2.1 mm
실시예들
반사계수
Figure pct00003
는 표 1에 따라 복합 판유리에 대해 결정되었으며, 이는 반사 코팅(20)으로부터 바람직한 HUD 반사가 내측 표면 IV로부터의 바람직하지 않은 반사와 비교하여 얼나마 강하게 나타나는지에 대한 척도를 제공한다.
- 본 발명에 따른 실시예에서, 복합 판유리에는 졸-겔 방법을 사용하여 도포된 두께가 70 nm인 티타늄 산화물(굴절률 2.4)을 기반으로 하고 단일 층으로 구현된, 본 발명에 따른 반사강화코팅(30)이 내측 표면 IV 위에 있고;
- 비교예 1에서, 복합 판유리는 내부 측면 IV에 코팅이 없고;
- 비교예 2에서, 복합 판유리에는 졸-겔 방법으로 도포된 두께가 100 nm인 다공성 SiO2 층(굴절률 1.3)으로 구현된, 반사방지코팅(30)이 내측 표면 IV 위에 있고;
- 비교예 3에서는, 복합 판유리에는 마그네트론 강화 음극 증착법을 사용하여 도포된 두께가 10 nm인 알루미늄이 도핑된 실리콘 질화물(굴절률 2.0)을 기반으로 하고 단일 층으로 구현된, 고굴절률 코팅(30)이 내측 표면 IV 위에 있다.
실시예 및 비교예에 대하여 p 편광 복사에 대한 반사율 R20, RIV 및 이로부터 유도된 반사계수
Figure pct00004
가 표 2에 다양한 입사각(α)에 대해 정리되어 있다. 이 값들은 공통 소프트웨어 CODE를 사용하여 시뮬레이션되었다.
α 실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3
59° R20 18.4% 18.8% 18.8%
RIV 4.6% 0.24% 0.11%
R 20 / R IV 4:1 78:1 175:1
62° R20 19.0% 19.4% 19.9% 19.4%
RIV 2.8% 0.6% 2.5% 0.02%
R 20 / R IV 6.8:1 32.3:1 8:1 970:1
65° R20 20.2% 20.5% 21.1% 20.5%
RIV 1.4% 1.4% 5.0% 0.003%
R 20 / R IV 14.4:1 14.6:1 4.2:1 6833:1
68° R20 22.2% 22.4% 23.0% 22.4%
RIV 0.36% 2.8% 9.0% 0.1%
R 20 / R IV 62:1 8:1 2.5:1 224:1
71° R20 25.1% 25.4% 25.3%
RIV 0.13% 5.2% 0.32%
R 20 / R IV 193:1 4.9:1 78:1
표 2에서 알 수 있듯이, 입사각이 큰 경우 본 발명에 따른 반사강화코팅(30)은 코팅되지 않은 판유리(비교예 1)와 비교하여 반사계수
Figure pct00005
가 상당히 증가한다. 그 결과, 반사 코팅(20)으로부터의 HUD 반사는 고스트 이미지에 비해 훨씬 더 인지하는 것이 가능하다. 원래 직관적으로는 그러한 코팅이 내측 표면 IV으로부터의 반사를 약화시키고 따라서 반사계수
Figure pct00006
를 올릴 것으로 가정하였겠지만, 이와 대조적으로, 반사감소코팅(비교예 2)은 모든 입사각에서 반사계수
Figure pct00007
가 감소를 초래한다.
스퍼터링된 실리콘 질화물의 고굴절률 코팅(비교예 3)과 비교하여, 본 발명에따른 반사강화코팅(30)에서는 큰 입사각에서 반사계수
Figure pct00008
가 마찬가지로 증가한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예는 판유리의 매우 얕은 설치 각도의 경우에 특히 적합하며, 이는 더 큰 입사각(α)을 낳는다. 관찰 이유는 비교예 3(실리콘 질화물: 2.0)에 비해 실시예(티타늄 산화물: 2.4)의 굴절률이 더 높기 때문이다. 또한 졸-겔 코팅을 사용하면 적절한 재료 선택을 통해 더 작은 입사각에 대한 반사 계수를 최적화할 수 있다. 특히, 예를 들어 TiO2 또는 ZrO2와 같은 굴절률 향상 첨가제와 함께 SiO2를 기반으로 하는 졸-겔 코팅을 사용하여 특정 응용 분야의 요구 사항에 따라 굴절률을 선택적으로 조정할 수 있고, 이 경우 굴절률 향상 첨가제의 비율로 굴절률을 조절한다.
표 3은 본 발명에 따른 실시예 및 비교예에 대한 색상 값을 요약한 것이다. 이는 D65 광원을 조사하여 측정한 L*a*b* 색 공간의 색상 값 a* 및 b*로 표시된다. 각도 사양은 관찰 각도(광선이 망막에 부딪히는 각도)를 나타낸다. 비교예와 달리 실시예에서는 음의 색상 값만 관찰된다. 이것은 자동차 제조업체와 최종 고객이 더 잘 수용하는, 덜 눈에 띄는 색 구성표에 해당한다.
실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3
a* 8° -2.0 +0.6 +1.2 +0.4
b* 8° -4.4 -4.7 -5.4 -5.1
a* 60° -1.5 +0.4 +1.1 +0.3
b* 60 -2.3 -1.5 -1.0 -1.9
도 5는 반사 코팅(20)의 또 다른 실시예의 층 시퀀스를 도시한다. 이 경우, 반사 코팅(20)에는 금속층이 없고, 대신에 유전체 층으로만 구성된다. 반사 코팅(20)은 광학적으로 고굴절률인 총 6개의 유전체 층(25)(25.1, 25.2, 25.3, 25.4, 25.5, 25.6)과 광학적으로 낮은 굴절률인 5개의 유전체 층(26)(26.1, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5)을 갖는 박막 스택이고, 내부 판유리(2)에 교대로 증착되어 있다. 광학적으로 고굴절률 층(25.1, 25.2, 25.3, 25.4, 25.5, 25.6)은 2.0의 굴절률을 갖는 실리콘 질화물을 기재로 한다. 광학적으로 저굴절률 층(26.1, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5)은 1.5의 굴절률을 갖는 실리콘 산화물을 기재로 한다.
층 시퀀스는 도면에서 도식적으로 볼 수 있다. 내부 판유리(2)의 외측 표면 III 위에 반사 코팅(20)을 갖는 복합 판유리(10)의 층 시퀀스가 개별 층의 재료 및 층 두께와 함께 표 4에 제시되어 있다.
재료 참조 부호 층 두께
소다석회유리 1 2.1 mm
PVB 3 0.76 mm
Si3N4 20 25.6 212.8 nm
SiO2 26.5 61.8 nm
Si3N4 25.5 41.7 nm
SiO2 26.4 108.8 nm
Si3N4 25.4 69.7 nm
SiO2 26.3 113.2 nm
Si3N4 25.3 68.6 nm
SiO2 26.2 107.4 nm
Si3N4 25.2 127.4 nm
SiO2 26.1 51.3 nm
Si3N4 25.1 93.1 nm
소다석회유리 2 1.6 mm
10 복합 판유리
1 외부 판유리
2 내부 판유리
3 열가소성 중간층
4 HUD 프로젝터
5 관찰자/차량 운전자
20 HUD 반사 코팅
21 전기 전도층
22a 제1 하부 유전체 층/반사 방지층
22b 제2 하부 유전체 층/매칭층
22c 제3 하부 유전체 층/굴절률 향상층
23a 제1 상부 유전체 층/반사 방지층
23b 제2 상부 유전체 층/매칭층
23c 제3 상부 유전체 층/굴절률 향상층
24 금속 차단층
25 광학적으로 고굴절률층
25.1, 25.2, 25.3, 25.4, 25.5, 25.6 1., 2., 3., 4., 5., 6. 광학적으로 고굴절률 층
26 광학적으로 저굴절률층
26.1, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5 1., 2., 3., 4., 5. 광학적으로 저굴절률 층
30 고굴절률 코팅/반사강화코팅
O 앞유리(10)의 상부 에지
U 앞유리(10)의 하부 에지
B 앞유리(10)의 HUD 영역
E 아이 박스(eye box)
I 외부 판유리(1)의 외측 표면
II 외부 판유리(1)의 내측 표면
III 내부 판유리(2)의 외측 표면
IV 내부 판유리(2)의 내측 표면

Claims (15)

  1. 적어도 다음을 포함하는 헤드업 디스플레이(HUD)용 프로젝션 어셈블리:
    - 열가소성 중간층(3)을 통해 서로 결합되는 외부 판유리(1) 및 내부 판유리(2)를 포함하고, HUD 영역(B)을 갖는 복합 판유리(10);
    - 중간층(3)을 향하는 외부 판유리(1) 또는 내부 판유리(2)의 표면(II, III)위의 또는 중간층(3) 내부의, p 편광 복사선을 반사하기에 적합한 HUD 반사층;
    - HUD 영역(B)을 향하고 p 편광 복사선을 방출하는 HUD 프로젝터(4); 및
    - 중간층(3)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 내부 판유리(2)의 표면(IV) 위에 졸-겔 코팅인 굴절률이 1.7 이상의 고굴절률 코팅(30).
  2. 제1항에 있어서, 프로젝터(4)의 복사선은 58°내지 72°, 바람직하게는 62° 내지 68°의 입사각으로 복합 판유리(10)에 충돌하는 프로젝션 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고굴절률 코팅(30)의 굴절률은 1.8 이상, 바람직하게는 1.9 이상, 특히 바람직하게는 2.0 이상인 프로젝션 어셈블리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절률 코팅(30)은 실리콘 질화물, 혼합 실리콘-금속 질화물, 알루미늄 질화물, 주석 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 비스무트 산화물, 티타늄 산화물, 혼합 주석아연 산화물, 지르코늄 산화물, 스칸듐 산화물, 이트륨 산화물, 탄탈륨 산화물, 란탄늄 산화물, 또는 세륨 산화물을 포함하는 하는 프로젝션 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절률 코팅(30)의 두께가 최대 100 nm, 바람직하게는 최대 50 nm, 특히 바람직하게는 최대 30 nm, 가장 특히 바람직하게는 최대 10 nm인 프로젝션 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절률 코팅(30)은 티타늄 산화물 또는 지르코늄 산화물을 포함하는 프로젝션 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 반사계수
    Figure pct00009
    는 적어도 50:1이며, 여기서 R20은 반사층의 반사율이고 RIV는 고굴절율 코팅(30)이 제공된 표면(IV)의 반사율이고 각각 p 편광 복사선에 대한 굴절율인 프로젝션 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절률 코팅(30)은 내부 판유리(2)의 전체 표면(IV) 위에 도포되지 않고 적어도 HUD 영역(B)을 포함하는 표면( IV) 영역 위에 도포되는 프로젝션 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 고굴절률 코팅(30)의 굴절률은 구배를 갖고, 굴절율은 복합 판유리(10)의 하부 에지(U)에서 상부 에지(O) 방향으로 감소하는 프로젝션 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, HUD 반사층은 바람직하게는 은을 기재로 하는 적어도 하나의 전기 전도층을 포함하는 박막 스택으로서 구현되는 HUD 반사 코팅(20)인 프로젝션 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, HUD 반사층은 유전체 층만을 포함하는 박막 스택으로서 구현되는 HUD 반사 코팅(20)인 프로젝션 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, HUD 반사층은 더 높은 굴절률과 더 낮은 굴절률을 갖는 플라이가 교대로 배열되는 복수의 중합체 플라이(ply)를 포함하는 중합체 필름인 프로젝션 어셈블리.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 판유리(10)가 중간층(3)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 외부 판유리(1)의 표면(I) 상에 추가의 고굴절률 코팅(30)을 구비하는 프로젝션 어셈블리.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 판유리(1) 및 내부 판유리(2)는 소다석회유리로 제조되는 프로젝션 어셈블리.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 판유리(10)는 승용차의 앞유리인 프로젝션 어셈블리.
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