WO2021228624A1 - Projektionsanordnung für ein head-up-display-system - Google Patents

Projektionsanordnung für ein head-up-display-system Download PDF

Info

Publication number
WO2021228624A1
WO2021228624A1 PCT/EP2021/061700 EP2021061700W WO2021228624A1 WO 2021228624 A1 WO2021228624 A1 WO 2021228624A1 EP 2021061700 W EP2021061700 W EP 2021061700W WO 2021228624 A1 WO2021228624 A1 WO 2021228624A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wave plate
reflective coating
windshield
radiation
projection arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/061700
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hagen
Klaus Fischer
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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 filed Critical Saint-Gobain Glass France
Priority to CN202180001989.6A priority Critical patent/CN113966484A/zh
Publication of WO2021228624A1 publication Critical patent/WO2021228624A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10009—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the number, the constitution or treatment of glass sheets
    • B32B17/10036—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the number, the constitution or treatment of glass sheets comprising two outer glass sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10009—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the number, the constitution or treatment of glass sheets
    • B32B17/10082—Properties of the bulk of a glass sheet
    • B32B17/1011—Properties of the bulk of a glass sheet having predetermined tint or excitation purity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10165—Functional features of the laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10174—Coatings of a metallic or dielectric material on a constituent layer of glass or polymer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10165—Functional features of the laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10174—Coatings of a metallic or dielectric material on a constituent layer of glass or polymer
    • B32B17/1022—Metallic coatings
    • B32B17/10229—Metallic layers sandwiched by dielectric layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10165—Functional features of the laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10431—Specific parts for the modulation of light incorporated into the laminated safety glass or glazing
    • B32B17/1044—Invariable transmission
    • B32B17/10458—Polarization selective transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/1055—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the resin layer, i.e. interlayer
    • B32B17/10614—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the resin layer, i.e. interlayer comprising particles for purposes other than dyeing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/1055—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the resin layer, i.e. interlayer
    • B32B17/10761—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing characterized by the resin layer, i.e. interlayer containing vinyl acetal
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/102—Oxide or hydroxide
    • B32B2264/1026—Mica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/20—Displays, e.g. liquid crystal displays, plasma displays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B2027/0192—Supplementary details
    • G02B2027/0194—Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B2027/0192—Supplementary details
    • G02B2027/0196—Supplementary details having transparent supporting structure for display mounting, e.g. to a window or a windshield
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Definitions

  • the invention relates to 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 for the driver of a vehicle in his field of vision.
  • the head-up display consists of a projector (imaging unit) and several optical modules for deflecting or mirroring (reflection) an image onto a projection surface or reflective surface.
  • a composite pane, in particular the windshield of the vehicle, usually serves as a projection surface. Although the image is projected onto the windshield, the human eye of the driver can perceive it to hover over the hood of the vehicle.
  • driver-up displays can 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 composite pane at a specific angle of incidence and is at least partially both refracted into the composite 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 undesired reflection, so-called double images.
  • the angle of incidence of the S-polarized radiation is usually around 65%, which roughly corresponds to the Brewster angle for an air-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. As a result, a slightly offset secondary image appears in addition to the desired main image, the so-called ghost image.
  • the problem is alleviated by arranging the surfaces of the windshield at an angle to one another. It does this through the use of 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.
  • Laminated glasses with wedge foils for HUDs are known, for example, from WO 2009/071135 A1, EP 1800855 B1 or EP 1880243 A2.
  • Wedge foils are expensive, so that the production of such a composite pane for a HUD is quite costly. There is therefore a need for HUD systems that manage with windshields without wedge foils. For example, it is possible to operate the HUD projector with P-polarized radiation, which is not significantly reflected on the pane surfaces due to the radiation close to the Brewster's angle. Instead, the windshield has a reflective coating as a reflective surface for the P-polarized radiation.
  • DE 10 2014 220189 A1 discloses a HUD projection arrangement with P-polarized radiation and a metallic layer as a reflective structure.
  • WO 2019/046157 A1 and US 2017/242247 A1 also disclose a HUD system with P-polarized radiation.
  • a reflective coating with at least two metallic layers is used here.
  • US Pat. No. 6,744,478 B1 discloses a HUD system in which a liquid crystal display generates light beams which are directed onto a windshield.
  • the windshield has an optical rotation layer on a first surface of a transparent plate.
  • the rotation layer comprises a liquid crystal polymer.
  • a reflective layer is arranged on an inside of an inner pane of the windshield.
  • US 2009/195875 A1 discloses a HUD system with a windshield, a birefringent layer being arranged in or on the windshield.
  • the object of the present invention is to provide a HUD projection arrangement with a reflective coating which has good reflectivity for P-polarized radiation in the visible spectral range and which improves the projection of the images.
  • the object of the present invention is achieved according to the invention by a projection arrangement according to claim 1. Preferred designs emerge from the subclaims.
  • the projection arrangement according to the invention for a head-up display has a windshield which has an outer pane and an inner pane.
  • the outer pane and the inner pane are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the windshield is intended to separate the interior from the outside environment in a window opening of a vehicle.
  • the term inner pane denotes the pane of the windshield facing the vehicle interior.
  • the outer pane is referred to as the pane facing the external environment.
  • the windshield is preferably the windshield of a motor vehicle, in particular a passenger or truck.
  • a projector irradiates an area of the windshield where the radiation is reflected in the direction of the viewer (driver), creating a virtual image that the viewer perceives from behind the windshield.
  • 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 by optical elements (e.g. mirrors), especially vertically, in order to adapt the projection to the body size of the viewer.
  • P-polarized radiation is used to generate a HUD image.
  • the windshield has a reflective coating and a half-wave plate, the reflective coating being arranged between the half-wave plate and the outer pane or the inner pane.
  • the reflective coating reflects significantly more S-polarized radiation than P-polarized radiation, the half-wave plate being arranged within the HUD area and being provided for converting the polarization of the radiation transmitted through the half-wave plate.
  • the half-wave plate is intended to change the polarization of the incident radiation, in particular to convert the P polarization into an S polarization, whereby the reflectivity of the radiation is significantly increased.
  • the windshield has a reflective coating and at least one half-wave plate.
  • a projector arrangement according to the invention has significantly improved optical properties compared to the previously known windshields, in particular reflective properties.
  • the reflection can be increased up to 30% in this way.
  • the HUD projection arrangement according to the invention produces a high 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 creates a high-intensity HUD image.
  • the half-wave plate preferably comprises at least one optically anisotropic material or also optically birefringent materials, in particular quartz or mica.
  • Other inorganic materials that are suitable in principle are, for example, calcite (CaC03), lithium niobate (LiNb03), ruby (Al203), rutile (Ti02) and zirconium (ZrSi04).
  • Half-wave plates made from organic materials, in particular from stretched plastics, are also suitable.
  • the half-wave plate can be plate-shaped and contain quartz.
  • the intermediate layer has two thermoplastic films, it being possible for the half-wave plate to be embedded between a first thermoplastic film and a second thermoplastic film. This arrangement has the unforeseen advantage that the reflection properties are further improved.
  • the half-wave plate is arranged within the intermediate layer.
  • the P-polarized radiation penetrates through the half-wave plate within the intermediate layer and changes its polarization direction, so that the polarization of the radiation is converted into S-polarized.
  • the S-polarized radiation is reflected on the outer pane and penetrates through the half-wave plate, which in turn results in a polarization conversion from S-polarized radiation to P-polarized radiation. This improves the total reflection of the P-polarized radiation on the pane to approx. 30%.
  • the reflective coating is arranged between the half-wave plate and the outer pane or inner pane.
  • the windshield has several half-wave plates. This achieves particularly good results.
  • the reflective coating can be arranged between two half-wave plates.
  • the intermediate layer can comprise the reflective coating, two half-wave plates and two thermoplastic films, the first half-wave plate and a first thermoplastic film being arranged above the reflective coating and the second half-wave plate and the second thermoplastic film being arranged below the reflective coating.
  • the reflective coating is a thin film stack.
  • the thin-layer stack consists of a layer sequence of thin individual layers.
  • This thin-film stack contains at least one electrically conductive layer based on silver.
  • the electrically conductive layer based on silver gives the reflective coating the basic reflective properties and also an IR-reflective effect and electrical conductivity.
  • the electrically conductive layer based on silver can also be referred to simply as a silver layer.
  • the electrically conductive layer is based on silver.
  • the electrically conductive layer preferably contains at least 90% by weight of silver, particularly preferably at least 99% by weight of silver, very particularly preferably at least 99.9% by weight of silver.
  • the silver layer can have doping, for example palladium, gold, copper or aluminum.
  • the geometric layer thickness of the silver layer is preferably at most 15 nm, particularly preferably at most 14 nm, very particularly preferably at most 13 nm. This allows advantageous reflectivity in the IR range to be achieved without reducing the transmission in the visible range too much.
  • the geometric layer thickness of the silver layer is preferably at least 5 nm, particularly preferably at least 8 nm.
  • the geometric layer thickness of the silver layer is particularly preferably from 10 nm to 14 nm or from 11 nm to 13 nm.
  • the reflective coating does not include any dielectric layers whose refractive index is less than 1.9. All dielectric layers of the reflective coating therefore have a refractive index of at least 1.9. It is a particular advantage of the present invention that the desired reflection properties can be achieved with relatively high-index dielectric layers alone. Since, for low-index layers with a refractive index of less than 1.9, silicon oxide layers in particular come into question, which have low deposition rates in the magnetic field-assisted cathode deposition, the reflective coating according to the invention can thus be produced quickly and inexpensively.
  • the reflective coating contains above and below the silver layer, independently of one another, a dielectric layer or a dielectric layer sequence with a refractive index of at least 1.9.
  • the dielectric layers can for example be based on silicon nitride, zinc oxide, tin-zinc oxide, silicon-metal mixed nitrides such as silicon-zirconium nitride, zirconium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide or silicon carbide.
  • the oxides and nitrides mentioned can be deposited stoichiometrically, substoichiometrically or overstoichiometrically. They can have doping, for example aluminum, zirconium, titanium or boron.
  • the optical thickness of the upper dielectric layer or layer sequence is preferably from 100 nm to 200 nm, particularly preferably from 130 nm to 170 nm.
  • the optical thickness the lower dielectric layer or layer sequence is preferably from 50 nm to 100 nm, particularly preferably from 60 nm to 90 nm. Good results are achieved with this.
  • the HUD area of the windshield is provided with the reflective coating.
  • other areas can also be provided with the reflective coating.
  • the windshield can be provided with the reflective coating essentially over its entire surface, which may be preferred for manufacturing reasons.
  • the pane surface is provided with the reflective coating according to the invention.
  • the reflective coating is applied over the entire surface of the pane with the exception of a circumferential edge area and optionally local areas, which are intended as communication, sensor or camera windows to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the windshield and are therefore not provided with the reflective coating.
  • the circumferential uncoated edge area has a width of up to 20 cm, for example. It prevents direct contact between the reflective coating and the surrounding atmosphere, so that the reflective coating inside the windshield is protected from corrosion and damage.
  • the projector is arranged on the inside of the windshield and irradiates the windshield via the inside surface of the inner pane. It is aimed at the HUD area and irradiates it to generate the HUD projection.
  • the radiation from the projector is predominantly P-polarized, that is to say has a P-polarized radiation component of greater than 50%.
  • the higher the proportion of P-polarized radiation in the total radiation of the projector the greater the intensity of the desired projection image and the lower the intensity of an undesired reflection on the surface of the interior pane of the windshield.
  • the proportion of radiation from the projector is preferably at least 70%, particularly preferably at least 80% and in particular at least 90%.
  • the radiation from the projector is essentially purely P-polarized - the P-polarized radiation component is therefore 100% or deviates only insignificantly from it.
  • the indication of the direction of polarization relates to the plane of incidence of the radiation on the windshield.
  • P-polarized radiation is a radiation whose electric field oscillates in the plane of incidence.
  • S-polarized radiation denotes 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 strikes the windshield preferably 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 P-polarized radiation is then only insignificantly reflected on the surfaces of the inner pane, so that no ghost image is generated.
  • the angle of incidence is the angle between the vector of incidence of the projector radiation and the interior-side surface normal (i.e. the surface normal on the interior-side external surface of the windshield) in 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 generally used for window panes, is 57.2 °.
  • angles of incidence should come as close as possible to this Brewster angle.
  • angles of incidence of 65 ° can also be used, for example, which are common for HUD projection arrangements, can be easily implemented in vehicles and only deviate to a small extent from the Brewster angle, so that the reflection of the P-polarized radiation increases only insignificantly.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably not designed in the manner of a wedge, but rather has an essentially constant thickness, in particular also in the vertical course between the upper edge and the lower edge of the windshield, just like the inner pane and the outer pane.
  • a wedge-like intermediate layer would run vertically between the lower edge and the upper edge the windshield have a variable, in particular increasing thickness.
  • the intermediate layer is typically formed from at least one thermoplastic film. Since standard foils are significantly cheaper than wedge foils, the production of the windshield is made cheaper.
  • the outer pane and the inner 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 outer pane and the inner pane can vary widely. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm, are preferably used.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the total transmission through the windshield (including the reflective coating) is greater than 70% in a preferred embodiment.
  • the term overall transmission refers to the procedure for testing the light transmission of motor vehicle windows specified by ECE-R 43, Appendix 3, Section 9.1.
  • the outer pane and the inner panes can not be preloaded, partially preloaded or preloaded independently of one another. If at least one of the disks is to have a pre-tension, this can be a thermal or chemical pre-tension.
  • the outer pane is tinted or colored.
  • the reflectivity of the windshield on the outside can be reduced, as a result of which the impression of the window is made more pleasant for an outside observer.
  • the outer pane should preferably have a light transmission of at least 80%, particularly preferably of at least 85%.
  • the inner pane and the intermediate layer are preferably clear, that is, not tinted or colored.
  • green or blue colored glass can be used as the outer pane.
  • the windshield is preferably curved in one or more directions of the space, as is customary for motor vehicle windows, typical radii of curvature being in the range from approximately 10 cm to approximately 40 m.
  • the windshield can also be flat, for example if it is intended as a window for buses, trains or tractors.
  • the thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is typically formed from a thermoplastic film.
  • the thickness of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • the windshield can be manufactured by methods known per se.
  • the outer pane and the inner pane are laminated to one another via the intermediate layer, for example by autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calender processes, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the connection of the outer pane and the inner pane usually takes place under the action of heat, vacuum and / or pressure.
  • the reflective coating is preferably applied to a pane surface by physical vapor deposition (PVD), particularly preferably by cathode sputtering (“sputtering”), very particularly preferably by magnetic field-assisted cathode sputtering (“magnetron sputtering”).
  • PVD physical vapor deposition
  • sputtering cathode sputtering
  • magnetic field-assisted cathode sputtering magneton sputtering
  • Figure 1 is a plan view of a windshield of a generic type
  • FIG. 2 shows a cross section through a generic projection arrangement
  • FIG. 3 A is a schematic diagram of S-polarized light rays through a windshield of the projection arrangement
  • Figure 3B is a schematic diagram of P-polarized light rays through a windshield of the projection arrangement
  • FIG. 4 shows a cross section through a windshield of a projection arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through a further embodiment of the windshield of the projection arrangement according to the invention.
  • FIG. 6 shows a cross section through a further embodiment of the windshield of the projection arrangement according to the invention.
  • Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
  • FIG. 1 and Figure 2 each show a detail of a generic projection arrangement for a HUD.
  • the projection arrangement comprises a windshield 10, in particular the windshield of a passenger car. Furthermore, the projection arrangement has a projector 4 which is directed onto a region of the windshield 10. This area is commonly referred to as HUD area B. In this area, images generated by the projector 4 can be projected, which are perceived by a viewer 5 (e.g. vehicle driver) as virtual images on the side of the windshield 10 facing away from him when his eyes are located within the so-called eyebox E.
  • a viewer 5 e.g. vehicle driver
  • the windshield 10 is composed of an outer pane 1 and an inner pane 2, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3.
  • Your lower edge U is arranged downwards in the direction of the engine of the passenger car, their upper edge O upwards towards the roof.
  • the outer pane 1 faces the external environment
  • the inner pane 2 faces the vehicle interior.
  • FIG. 3A shows a schematic diagram of the light rays of S-polarized light when the light rays are partially reflected on a reflective coating 20 of the windshield 10.
  • the outer pane 1 of the windshield 10 has an outer surface I which, in the installed position, faces the external environment, and an inner surface II which, in the installed position, faces the interior.
  • the inner pane 2 has an outside surface III, which in the installed position faces the external environment, and an inside surface IV which in the installed position faces the interior.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist, for example, of soda-lime glass.
  • the outer pane 1 has, for example, a thickness of 2.1 mm, the inner pane 2 a thickness of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the intermediate layer 3 is formed, for example, from a PVB film with a thickness of 0.76 mm.
  • the PVB film has an essentially constant thickness, apart from any surface roughness that is customary in the field - it is not designed as a so-called wedge film.
  • the outside surface III of the inner pane 2 is provided with a reflective coating 20, which is provided as a reflective surface for the projector radiation (and possibly also as an IR-reflective coating).
  • FIG. 3B shows a schematic diagram of the light rays of P-polarized light when the light rays are partially reflected on a reflective coating 20 of the windshield 10.
  • the windshield 10 is irradiated with P-polarized light radiation and the light radiation hits the windshield 10 at an angle of incidence ⁇ of approximately 65 °, the radiation is only insignificantly reflected on the surfaces I and IV.
  • the Main reflection takes place on the reflective coating 20. It serves as a reflection surface for the radiation from the projector 4 to generate the HUD projection.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a windshield 10 designed according to the invention.
  • the windshield 10 according to the invention has a reflective coating 20 and a half-wave plate 6.
  • the reflective coating 20 is arranged on the outside surface III of the inner pane 2.
  • the reflective coating 20 is provided as a reflective surface for the P-polarized radiation emitted by the projector 4.
  • the reflective coating 20 is a stack of thin films.
  • the reflective coating 20 comprises an electrically conductive layer based on silver.
  • a metallic blocker layer is arranged directly above the electrically conductive layer.
  • a lower dielectric layer sequence is arranged below the electrically conductive layer and consists, from top to bottom, of a lower matching layer, a lower refractive index-increasing layer and a lower anti-reflective layer.
  • the layer sequences of a windshield 10 with the reflective coating 20 on the outside surface III of the inner pane 2 according to inventive examples 1 to 5 are shown in Table 1, together with the materials and geometric layer thicknesses of the individual layers.
  • the dielectric layers can be doped independently of one another, for example with boron or aluminum. Table 1
  • the intermediate layer 3 has two PVB films 3.1 and 3.2.
  • the intermediate layer 3 can have two films made of thermoplastic polymer, preferably EVA, PU or mixtures or copolymers or derivatives thereof.
  • a half-wave plate 6 is embedded between a first PVB film 3.1 and a second PVB film 3.2.
  • the PVB films have an essentially constant thickness of approximately 0.38 mm each.
  • the half-wave plate 6 is plate-shaped and contains, for example, quartz. It has a thickness of approx. 28 pm (micrometers). The half-wave plate completely covers the HUD area. Alternatively, the half-wave plate 6 can contain rutile. Their thickness would be approx. 870 nm (nanometers). The half-wave plate 6 is transparent.
  • the projector 4 emits P-polarized, in particular essentially purely P-polarized, radiation. Since the projector 4 irradiates the windshield 10 with an angle of incidence of 65 °, which is close to the Brewster angle, the radiation is only insignificantly reflected on the surface IV of the windshield 10.
  • the reflective coating 20, on the other hand, is optimized for the reflection of P-polarized radiation.
  • the P-polarized radiation is used to Partly reflected on the reflective coating 20 and partly transmitted. When the transmitted radiation penetrates the half-wave plate 6, its polarization is changed. The P-polarized radiation is converted into S-polarized radiation. The S-polarized radiation is reflected on the surface I of the outer pane 1 and penetrates the half-wave plate 6 again. The polarization of the radiation is rotated again. After transmission through the half-wave plate, the S-polarized radiation again has a P-polarization.
  • the outer pane 1 can be tinted or colored.
  • FIG. 5 shows a cross section through a further embodiment of the windshield projection arrangement according to the invention.
  • the windshield 10 according to the invention has a reflective coating 20 on the surface II of the inner pane 2.
  • the reflective coating 20 is arranged on the interior surface II of the inner pane 2 facing the intermediate layer 3.
  • the reflective coating 20 is also provided as a reflective surface for the P-polarized radiation emitted by the projector 4.
  • the intermediate layer 3 has two PVB films 3.1 and 3.2.
  • the half-wave plate 6 is embedded between the first PVB film 3.1 and the second PVB film 3.2.
  • the PVB films have an essentially constant thickness of approximately 0.38 mm each.
  • the intermediate layer 3 is thus a stack comprising a centrally arranged half-wave plate 6 and two PVB films 3.1 and 3.2.
  • the first PVB film 3.1 is located above the half-wave plate 6.
  • the second PVB film 3.2 is located below the half-wave plate 6.
  • the intermediate layer 3 connects the inner pane 2 and the outer pane 1.
  • first layer e.g. first PVB film 3.1
  • second layer half-wave plate 6
  • first layer e.g. second PVB film 3.2
  • second layer half-wave plate 6
  • the half-wave plate 6 is plate-shaped and contains quartz. It has a thickness of approx. 28 pm (micrometers).
  • the half-wave plate 6 covers the entire surface of the HUD area.
  • the half-wave plate 6 can contain rutile. Their thickness would be around 870 nm (nanometers).
  • the half-wave plate 6 is transparent.
  • the projector 4 continues to emit P-polarized radiation according to the invention. Since the projector 4 irradiates the windshield 10 with an angle of incidence of 65 °, this is only reflected insignificantly on the surface IV of the windshield 10. The reflection takes place mainly on the reflection coating 20, which is optimized for the reflection of P-polarized radiation.
  • the transmitted radiation penetrates the half-wave plate 6, which leads to a change in its polarization.
  • the P-polarized radiation is converted into S-polarized radiation.
  • the S-polarized radiation is partially reflected on the reflective coating 20, while the S-polarized radiation is partially transmitted through the reflective coating 20.
  • the reflected, S-polarized radiation is reflected on the reflective coating 20 arranged on the surface II and penetrates the half-wave plate 6 again.
  • the transmitted S-polarized radiation is also reflected on the surface I of the outer pane 1 and penetrates the half-wave plate 6 again.
  • the polarization of the radiation is rotated again.
  • the S-polarized radiation After transmission through the half-wave plate, the S-polarized radiation again has a P-polarization.
  • the reflection on the surface II of the outer pane 1 generates an additional reflection.
  • the additional reflection makes the HUD projection more visible up to 20%. This result was unexpected and surprising for the person skilled in the art.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a further windshield 10 designed according to the invention. In contrast to FIG. is arranged.
  • the two half-wave plates 6.1 and 6.2 with the reflective coating 20 are in turn arranged between the first PVB film 3.1 and the second PVB film 3.2.
  • the intermediate layer 3 is here a stack, having the reflective coating 20, two half-wave plates 6.1 and 6.2, and two PVB films 3.1 and 3.2.
  • Reflective coating 20 is arranged centrally in the stack. Above the
  • Reflective coating 20 is the first half-wave plate 6.1 and the first PVB film 3.1.
  • the second half-wave plate 6.2 and the second PVB film 3.2 are also located below the reflective coating 20.
  • the intermediate layer 3 connects the inner pane 2 and the outer pane 1.
  • the reflective coating 20 is provided as a reflective surface for the P-polarized radiation emitted by the projector 4, the reflective coating 20 also reflecting S-polarized radiation.
  • the first half-wave plate 6.1 and the second half-wave plate 6.2 are plate-shaped and each contain quartz. They each have a thickness of approx. 28 ⁇ m.
  • the first half-wave plate 6.1 and the second half-wave plate 6.2 each cover the entire surface of the HUD area. Both half-wave plates 6.1 and 6.2 are transparent.
  • the projector 4 emits P-polarized radiation. Since the projector 4 irradiates the windshield 10 with an angle of incidence of 65 °, the radiation is only insignificantly reflected on the surface IV of the windshield 10.
  • the reflective coating 20, on the other hand, is optimized for the reflection of P-polarized radiation. Before the radiation hits the reflective coating 20, the P-polarized radiation penetrates the first half-wave plate 6.1. The polarization of the radiation is converted in the process. The P polarization of the radiation is rotated into S polarization. The S-polarized radiation is partly reflected on the reflective coating 20 and partly transmitted.
  • the reflected, S-polarized radiation in turn penetrates the first half-wave plate 20 and changes its polarization again, so that the reflected radiation emerges from the windshield 10 as P-polarized radiation.
  • the transmitted, S-polarized radiation also penetrates the second half-wave plate 6.2.
  • the transmitted, S-polarized radiation changes its polarization again, so that the transmitted radiation emerges as P-polarized radiation at the surface I of the outer pane 1.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend • eine Windschutzscheibe (10), umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, mit einem HUD-Bereich, • einen Projektor (4), der auf den HUD-Bereich gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors (4) überwiegend P-polarisiert ist, • eine Reflexionsbeschichtung (20), wobei die Windschutzscheibe (10) eine Halbwellenplatte (6) zur Umwandlung der Polarisation der durch die die Halbwellenplatte (6) transmittierten Strahlung innerhalb des HUD-Bereichs vorgesehen ist und wobei die Reflexionsbeschichtung (20) zwischen der Halbwellenplatte (6) und der Außenscheibe (1) oder der Innenscheibe (2)angeordnet ist.

Description

l
Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display-System
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display.
Moderne Fahrzeuge werden zunehmend mit sogenannter Head-Up-Display (HUD; “Kopf- oben-Anzeige“) Technologie ausgestattet. Ein Head-Up-Display 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. 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. Verbundgläser mit Keilfolien für HUDs sind beispielsweise aus WO 2009/071135 A1, EP 1800855 B1 oder EP 1880243 A2 bekannt.
Keilfolien sind kostspielig, so dass die Herstellung einer solchen Verbundscheibe für ein HUD recht kostenintensiv ist. Es besteht daher Bedarf an HUD Systeme, die mit Windschutzscheiben ohne Keilfolien auskommen. 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.
Die DE 10 2014 220189 A1 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung mit P-polarisierter Strahlung und einer metallischen Schicht als reflektierenden Struktur. Auch die WO 2019/046157 A1 und US 2017/242247 A1 offenbaren ein HUD System mit P-polarisierter Strahlung. Dabei wird eine Reflexionsbeschichtung mit mindestens zwei metallischen Schichten verwendet.
Die US 6, 744,478 B1 offenbart ein HUD System, bei dem ein Flüssigkristall Display Lichtstrahlen erzeugt, die auf eine Windschutzscheibe gerichtet sind. Die Windschutzscheibe weist eine optische Rotationsschicht auf einer ersten Oberfläche einer transparenten Platte auf. Die Rotationschicht umfasst ein Flüssigkristallpolymer. Auf einer Innenseite einer Innenscheibe der Windschutzscheibe ist eine Reflexionsschicht angeordnet.
Die US 2009/195875 A1 offenbart ein HUD System mit einer Windschutzscheibe, wobei eine doppelbrechende Schicht in oder auf der Windschutzscheibe angeordnet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine HUD-Projektionsanordnung mit einer Reflexionsbeschichtung bereitzustellen, die eine gute Reflektivität für P-polarisierte Strahlung im sichtbaren Spektralbereich aufweist und die Projektion der Bilder verbessert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display verfügt über eine Windschutzscheibe, die eine Außenscheibe und eine Innenscheibe aufweist. Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Die Windschutzscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Scheibe der Windschutzscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Windschutzscheibe ist bevorzugt die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personen- oder Lastkraftwagens.
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.
Erfindungsgemäß wird P-polarisierte Strahlung zur Erzeugung eines HUD-Bildes verwendet. Die Windschutzscheibe weist eine Reflexionsbeschichtung und eine Halbwellenplatte auf, wobei die Reflexionsbeschichtung zwischen der Halbwellenplatte und der Außenscheibe oder der Innenscheibe angeordnet ist. Die Reflexionsbeschichtung reflektiert deutlich mehr S-polarisierte Strahlung als P-polarisierte Strahlung, wobei die Halbwellenplatte innerhalb des HUD-Bereichs angeordnet ist und zur Umwandlung der Polarisation der durch die Halbwellenplatte transmittierten Strahlung vorgesehen ist.
Die Halbwellenplatte ist dazu vorgesehen die Polarisation der einfallenden Strahlung zu verändern, insbesondere die P-Polarisation in eine S-Polarisation umzuwandeln, wodurch die Reflektivität der Strahlung deutlich verstärkt wird. Durch Drehung der Polarisation von P zu S entfaltet sich die volle Wirksamkeit der Reflexionsbeschichtung.
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 Reflexionsbeschichtung statt. Um die Reflexion der P- polarisierten Strahlung zu verstärken wird die Polarisation der Strahlung durch die Halbwellenplatte von P zu S bzw. von S zu P verändert.
Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Windschutzscheibe eine Reflexionsbeschichtung und mindestens eine Halbwellenplatte aufweist. Überraschend hat sich gezeigt, dass eine solche erfindungsgemäße Projektoranordnung gegenüber den bisher bekannten Windschutzscheiben deutlich verbesserte optische Eigenschaften aufweist, insbesondere Reflexionseigenschaften. Die Reflexion kann auf diese Weise auf bis zu 30% verstärkt werden.
Die erfindungsgemäße HUD-Projektionsanordnung 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.
Die Halbwellenplatte umfasst bevorzugt zumindest ein optisch anisotropes Material oder auch optisch doppelbrechende Materialien, insbesondere Quarz oder Glimmer. Prinzipiell geeignete weitere anorganische Materialien sind z.B. Kalkspat (CaC03), Lithiumniobat (LiNb03), Rubin (AI203), Rutil (Ti02) und Zirkon (ZrSi04). Auch Halbwellenplatten aus organischen Materialien, insbesondere aus gestreckten Kunststoffen sind geeignet. Beispielhaft kann die Halbwellenplatte plattenförmig ausgebildet sein und Quarz enthalten. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zwischenschicht zwei thermoplastischen Folien auf, wobei die Halbwellenplatte zwischen einer ersten thermoplastischen Folie und einer zweiten thermoplastischen Folie eingebettet sein kann. Diese Anordnung erbringt den unvorhergesehenen Vorteil, dass die Reflexionseingenschaften weiter verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Halbwellenplatte innerhalb der Zwischenschicht angeordnet. Dabei dringt die P-polarisierte Strahlung durch die Halbwellenplatte innerhalb der Zwischenschicht hindurch und verändert dabei seine Polarisationsrichtung, so dass die Polarisation der Strahlung in S-polarisiert umgewandelt wird. Die S-polarisierte Strahlung wird an der Außenscheibe reflektiert und dringt durch die Halbwellenplatte, was wiederum eine Polarisationsumwandlung von S-polarisierter Strahlung zu P-polarisierter Strahlung zur Folge hat. Dadurch wird die totale Reflexion der P-polarisierten Strahlung an der Scheibe auf ca. 30% verbessert. Die Reflexionsbeschichtung ist zwischen der Halbwellenplatte und der Außenscheibe oder Innenscheibe angeordnet.
In einerweiteren Ausgestaltung weist die Windschutzscheibe mehrere Halbwellenplatten auf. Damit werden besonders gute Ergebnisse erzielt. Alternativ oder zusätzlich kann die Reflexionsbeschichtung zwischen zwei Halbwellenplatten angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Zwischenschicht die Reflexionsbeschichtung, zwei Halbwellenplatte sowie zwei thermoplastische Folien umfassen, wobei die erste Halbwellenplatte und eine erste thermoplastische Folie oberhalb der Reflexionsbeschichtung angeordnet sind und die zweite Halbwellenplatte und die zweite thermoplastische Folie unterhalb der Reflexionbeschichtung angeordnet sind.
Die Reflexionsbeschichtung ist ein Dünnschichtstapel. Der Dünnschichtstapel besteht aus einer Schichtenfolge dünner Einzelschichten. Dieser Dünnschichtstapel enthält mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber. Die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber verleiht der Reflexionsbeschichtung die grundlegenden reflektierenden Eigenschaften und außerdem eine IR-reflektierende Wirkung und eine elektrische Leitfähigkeit. Die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber kann auch vereinfacht als Silberschicht bezeichnet werden. Die elektrisch leitfähige Schicht ist auf Basis von Silber ausgebildet. Die elektrisch leitfähige Schicht enthält bevorzugt mindestens 90 Gew. % Silber, besonders bevorzugt mindestens 99 Gew. % Silber, ganz besonders bevorzugt mindestens 99,9 Gew % Silber. Die Silberschicht kann Dotierungen aufweisen, beispielsweise Palladium, Gold, Kupfer oder Aluminium. Die geometrischen Schichtdicke der Silberschicht beträgt bevorzugt höchstens 15 nm, besonders bevorzugt höchstens 14 nm, ganz besonders bevorzugt höchstens 13 nm. Dadurch kann eine vorteilhafte Reflektivität im IR-Bereich erzielt werden, ohne die Transmission im Sichtbaren Bereich zu stark herabzusetzen. Die geometrische Schichtdicke der Silberschicht beträgt bevorzugt mindestens 5 nm, besonders bevorzugt mindestens 8 nm. Besonders bevorzugt beträgt die geometrische Schichtdicke der Silberschicht von 10 nm bis 14 nm oder von 11 nm bis 13 nm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Reflexionsbeschichtung keine dielektrischen Schichten, deren Brechungsindex weniger als 1 ,9 beträgt. Alle dielektrischen Schichten der Reflexionsbeschichtung weisen also einen Brechungsindex von mindestens 1 ,9 auf. Es ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die gewünschten Reflexionseigenschaften allein mit relativ hochbrechenden dielektrischen Schichten erreicht werden können. Da für niedrigbrechende Schichten mit einem Brechungsindex von kleiner als 1 ,9 insbesondere Siliziumoxid-Schichten in Frage kommen, die geringe Abscheidungsraten bei der magnetfeldunterstützten Kathodenabscheidung aufweisen, lässt sich die erfindungsgemäße Reflexionsbeschichtung so schnell und kostengünstig hersteilen.
Die Reflexionsbeschichtung enthält oberhalb und unterhalb der Silberschicht unabhängig voneinander jeweils eine dielektrische Schicht oder eine dielektrische Schichtenfolge mit einem Brechungsindex von mindestens 1,9. Die dielektrischen Schichten können beispielsweise auf Basis von Siliziumnitrid, Zinkoxid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium-Metall- Mischnitriden wie Silizium-Zirkonium-Nitrid, Zirkoniumoxid, Nioboxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Wolframoxid oder Siliziumkarbid ausgebildet sein. Die genannten Oxide und Nitride können stöchiometrisch, unterstöchiometrisch oder überstöchiometrisch abgeschieden sein. Sie können Dotierungen aufweisen, beispielsweise Aluminium, Zirkonium, Titan oder Bor.
Die optische Dicke der oberen dielektrischen Schicht oder Schichtenfolge beträgt bevorzugt von 100 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt von 130 nm bis 170 nm. Die optische Dicke der unteren dielektrischen Schicht oder Schichtenfolge beträgt bevorzugt von 50 nm bis 100 nm, besonders bevorzugt von 60 nm bis 90 nm. Damit werden gute Ergebnisse erzielt.
Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der HUD-Bereich der Windschutzscheibe mit der Reflexionsbeschichtung versehen ist. Es können aber auch weitere Bereiche mit der Reflexionsbeschichtung versehen sein. Die Wndschutzscheibe kann im wesentlichen vollflächig mit der Reflexionsbeschichtung versehen sein, was herstellungsbedingt bevorzugt sein kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit der erfindungsgemäßen Reflexionsbeschichtung versehen. Insbesondere ist die Reflexionsbeschichtung vollflächig auf die Scheibenoberfläche aufgebracht mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und optional lokalen Bereichs, die als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Windschutzscheibe gewährleisten sollen und daher nicht mit der Reflexionsbeschichtung versehen sind. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf. Er verhindert den direkten Kontakt der Reflexionsbeschichtung zur umgebenden Atmosphäre, so dass die Reflexionsbeschichtung im Innern der Windschutzscheibe vor Korrosion und Beschädigung geschützt ist.
Weitere Möglichkeiten und Hinweise für die Herstellung und Parameter der Reflexionsbeschichtung, wie sie bei der Erfindung ersetzbar sind, können auch der nicht vorveröffentlichten EP 19212006.1 entnommen werden, auf deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich Bezug genommen wird.
Der Projektor ist innenraumseitig der Windschutzscheibe angeordnet und bestrahlt die Windschutzscheibe über die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe. Er ist auf den HUD-Bereich gerichtet und bestrahlt diesen zur Erzeugung der HUD-Projektion. Die Strahlung des Projektors ist erfindungsgemäß 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 und desto intensitätsschwächer ist eine unerwünschte Reflexion an der Oberfläche der innenraumseitigen Innenscheibe der Windschutzscheibe. Der P-polarisierte Strahlungsanteil des Projektors beträgt bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% und insbesondere mindestens 90%. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Strahlung des Projektors im Wesentlichen rein P-polarisiert ist - der P- polarisierte Strahlungsanteil beträgt also 100% oder weicht nur unwesentlich davon ab. Die Angabe der Polarisationsrichtung bezieht sich dabei auf die Einfallsebene der Strahlung auf der 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. Die P-polarisierte Strahlung wird dann nur unwesentlich an den Oberflächen der Innenscheibe reflektiert, so dass kein Geisterbild erzeugt wird. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Projektorstrahlung und der innenraumseitigen Flächennormale (also die Flächennormale auf die innenraumseitige externe Oberfläche der 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.
Da die Reflexion der Projektorstrahlung im Wesentlichen an der Reflexionsbeschichtung erfolgt und nicht an den externen Scheibenoberflächen, ist es nicht nötig, die externen Scheibenoberflächen in einem Winkel zueinander anzuordnen, um Geisterbilder zu vermeiden. Die externen Oberflächen der Windschutzscheibe sind daher bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die thermoplastische Zwischenschicht ist dazu bevorzugt nicht keilartig ausgebildet, sondern weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, insbesondere auch im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante und der Unterkante der Windschutzscheibe, ebenso wie die Innenscheibe und die Außenscheibe. Eine keilartige Zwischenschicht würde dagegen im vertikalen Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante der Windschutzscheibe eine veränderliche, insbesondere zunehmende Dicke aufweisen. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Da Standardfolien deutlich kostengünstiger sind als Keilfolien, wird die Herstellung der Windschutzscheibe günstiger gestaltet.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch die 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 Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Außenscheibe getönt oder gefärbt. Dadurch kann die außenseitige Reflektivität der Windschutzscheibe verringert werden, wodurch der Eindruck der Scheibe angenehmer gestaltet wird für einen äußeren Betrachter. Um allerdings die vorgeschriebene Lichttransmission von 70% für Windschutzscheiben zu gewährleisten (Gesamttransmission), sollte die Außenscheibe bevorzugt eine Lichttransmission von mindestens 80% aufweisen, besonders bevorzugt von mindestens 85%. Die Innenscheibe und die Zwischenschicht sind bevorzugt klar, also nicht getönt oder gefärbt. Beispielsweise kann grün oder blau gefärbtes Glas als Außenscheibe eingesetzt werden. Die Windschutzscheibe 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 Wndschutzscheibe kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm.
Die Windschutzscheibe kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Die Reflexionsbeschichtung wird bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) auf eine Scheibenoberfläche aufgebracht, besonders bevorzugt durch Kathodenzerstäubung („Sputtern“), ganz besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“). Die Beschichtung wird bevorzugt vor der Lamination aufgebracht. Statt die Reflexionsbeschichtung auf eine Scheibenoberfläche aufzubringen, kann sie grundsätzlich auch auf einer Trägerfolie bereitgestellt werden, die in der Zwischenschicht angeordnet wird.
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 Windschutzscheibe einer gattungsgemäßen
Projektionsanordnung,
Figur 2 einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Projektionsanordnung,
Figur 3 A ein schematisches Diagramm von S-polarisierten Lichtstrahlen durch eine Windschutzscheibe der Projektionsanordnung,
Figur 3 B ein schematisches Diagramm von P-polarisierten Lichtstrahlen durch eine Windschutzscheibe der Projektionsanordnung,
Figur 4 einen Querschnitt durch eine Windschutzscheibe einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Figur 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Windschutzscheibe der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, und
Figur 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Windschutzscheibe der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung.
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 und Figur 2 zeigen je ein Detail einer gattungsgemäßen Projektionsanordnung für ein HUD. Die Projektionsanordnung umfasst eine Windschutzscheibe 10, insbesondere die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Weiterhin weist die Projektionsanordnung einen Projektor 4 auf, der auf einen Bereich der Windschutzscheibe 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 Windschutzscheibe 10 wahrgenommen werde, wenn sich seine Augen innerhalb der sogenannten Eyebox E befinden.
Die Windschutzscheibe 10 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Ihre Unterkante U ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, ihre Oberkante O nach oben in Richtung des Dachs. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum.
Figur 3A zeigt ein schematisches Diagramm der Lichtstrahlen von S-polarisierten Licht, wenn die Lichtstrahlen teilweise an einer Reflexionsbeschichtung 20 der Windschutzscheibe 10 reflektiert werden. Die Außenscheibe 1 der Windschutzscheibe 10 weist eine außenseitige Oberfläche I auf, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist und eine innenseitige Oberfläche II, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Ebenso weist die Innenscheibe 2 eine außenseitige Oberfläche III auf, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche IV, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk- Natron-Glas. Die Außenscheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 2 eine Dicke von 1 , 6 mm oder 2,1 mm. Die Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer PVB-Folie ausgebildet mit einer Dicke von 0,76 mm. Die PVB-Folie weist eine in Wesentlichen konstante Dicke auf, abgesehen von einer etwaigen fachüblichen Oberflächenrauigkeit - sie ist nicht als sogenannte Keilfolie ausgebildet.
Die außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 2 ist mit einer Reflexionsbeschichtung 20 versehen, die als Reflexionsfläche für die Projektorstrahlung (und eventuell zusätzlich als IR- reflektierende Beschichtung) vorgesehen ist.
Wenn eine derartige Windschutzscheibe 10 mit S-polarisierten Lichtstrahlung bestrahlt wird und die Lichtstrahlung mit einem Einfallswinkel a von etwa 65° (der nahe dem sogenannten Brewster-Wnkel liegt) auf die Windschutzscheibe 10 trifft, wird die Strahlung hauptsächlich an den Oberflächen IV, III und I reflektiert.
Figur 3B zeigt ein schematisches Diagramm der Lichtstrahlen von P-polarisierten Licht, wenn die Lichtstrahlen teilweise an einer Reflexionsbeschichtung 20 der Windschutzscheibe 10 reflektiert werden.
Wenn eine derartige Windschutzscheibe 10 mit P-polarisierten Lichtstrahlung bestrahlt wird und die Lichtstrahlung mit einem Einfallswinkel a von etwa 65° auf die Wndschutzscheibe 10 trifft, wird die Strahlung nur unwesentlich an den Oberflächen I und IV reflektiert. Die Hauptreflexion findet an der Reflexionsbeschichtung 20 statt. Sie dient als Reflexionsfläche für die Strahlung des Projektors 4 zur Erzeugung der HUD-Projektion.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Windschutzscheibe 10. Im Unterschied zu Figur 2 weist die erfindungsgemäße Windschutzscheibe 10 eine Reflexionsbeschichtung 20 und eine Halbwellenplatte 6 auf.
Die Reflexionsbeschichtung 20 ist an der außenseitigen Oberfläche lll der Innenscheibe 2 angeordnet. Die Reflexionsbeschichtung 20 ist als Reflexionsfläche für die vom Projektor 4 emittierte P-polarisierte Strahlung vorgesehen.
Die Reflexionsbeschichtung 20 ist ein Stapel von Dünnschichten. Die Reflexionsbeschichtung 20 umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber. Direkt oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht ist eine metallische Blockerschicht angeordnet. Darüber ist eine obere dielektrische Schichtenfolge angeordnet, die von unten nach oben aus einer oberen Anpassungsschicht, einer oberen brechungsindexsteigernden Schicht und einer oberen Entspiegelungsschicht besteht. Unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht ist eine untere dielektrische Schichtenfolge angeordnet, die von oben nach unten aus einer unteren Anpassungsschicht, einer unteren brechungsindexsteigernden Schicht und einer unteren Entspiegelungsschicht besteht.
Materialien und Schichtdicken können den nachfolgenden Beispielen entnommen werden.
Die Schichtenfolgen einer Windschutzscheibe 10 mit der Reflexionsbeschichtung 20 auf der außenseitigen Oberfläche lll der Innenscheibe 2 gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 5 sind, zusammen mit den Materialien und geometrische Schichtdicken der Einzelschichten, in Tabelle 1 dargestellt. Die dielektrischen Schichten können unabhängig voneinander dotiert sein, beispielsweise mit Bor oder Aluminium. Tabelle 1
Figure imgf000016_0001
Im Unterschied zu Figur 2 weist die Zwischenschicht 3 zwei PVB-Folien 3.1 und 3.2 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenschicht 3 zwei Folien aus thermoplastischen Polymer, bevorzugt EVA, PU oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, aufweisen.
Zwischen einer ersten PVB-Folie 3.1 und einer zweiten PVB-Folie 3.2 ist eine Halbwellenplatte 6 eingebettet. Die PVB-Folien weisen eine im Wesentlich konstante Dicke von ca. jeweils 0,38 mm auf.
Die Halbwellenplatte 6 ist plattenförmig ausgebildet und enthält beispielsweise Quarz. Sie weist eine Dicke von ca. 28 pm (Mikrometer) auf. Die Halbwellenplatte bedeckt den HUD- Bereich vollflächig. Alternativ kann die Halbwellenplatte 6 Rutil enthalten. Dabei würde ihre Dicke ca. 870 nm (Nanometer) betragen. Die Halbwellenplatte 6 ist transparent ausgebildet.
Der Projektor 4 emittiert erfindungsgemäß P-polarisierte, insbesondere im Wesentlich rein P- polarisierte Strahlung. Da der Projektor 4 die Windschutzscheibe 10 mit einem Einfallswinkel 65° bestrahlt, der nahe dem Brewster-Winkel liegt, wird die Strahlung nur unwesentlich an der Oberfläche IV der Windschutzscheibe 10 reflektiert. Die Reflexionsbeschichtung 20 dagegen ist auf die Reflexion P-polarisierter Strahlung optimiert. Die P-polarisierte Strahlung wird zum Teil an der Reflexionsbeschichtung 20 reflektiert und zum Teil transmittiert. Wenn die transmittierte Strahlung die Halbwellenplatte 6 durchdringt, wird ihre Polarisation verändert. Die P-polarisierte Strahlung wird in S-polarisierte Strahlung umgewandelt. Die S-polarisierte Strahlung wird an der Oberfläche I der Außenscheibe 1 reflektiert und durchdringt die Halbwellenplatte 6 erneut. Die Polarisierung der Strahlung wird erneut gedreht. Die S- polarisierte Strahlung weist nach der Transmission durch die Halbwellenplatte erneut eine P- Polarisation auf.
Durch die Reflexion an der Oberfläche I der Außenscheibe 1 wird gezielt eine Reflexion erzeugt, die durch eine Verwendung einer Keilfolie als erste PVB-Folie 3.1 oder als zweite PVB-Folie 3.2 zusätzlich einstellbar ist. Durch die zusätzliche Reflexion wird die HUD- Projektion auf bis zu 30 % verstärkt sichtbar. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend. Alternativ oder zusätzlich kann die Außenscheibe 1 getönt oder gefärbt sein.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Windschutzscheibe erfindungsgemäßen Projektionsanordnung. Im Unterschied zu Figur 4 weist die erfindungsgemäße Windschutzscheibe 10 eine Reflexionsbeschichtung 20 an der Oberfläche II der Innenscheibe 2 auf. Die Reflexionsbeschichtung 20 ist an der innenraumseitigen, zur Zwischenschicht 3 hingewandten Oberfläche II der Innenscheibe 2 angeordnet. Die Reflexionsbeschichtung 20 ist weiterhin als Reflexionsfläche für die vom Projektor 4 emittierte P-polarisierte Strahlung vorgesehen.
Analog zu Figur 4 weist die Zwischenschicht 3 zwei PVB-Folien 3.1 und 3.2 auf. Zwischen der ersten PVB-Folie 3.1 und der zweiten PVB-Folie 3.2 ist die Halbwellenplatte 6 eingebettet. Die PVB-Folien weisen eine im Wesentlich konstante Dicke von ca. jeweils 0,38 mm auf. Die Zwischenschicht 3 ist also hierein Stapel aufweisend ein zentral angeordnete Halbwellenplatte 6 sowie zwei PVB-Folien 3.1 und 3.2. Oberhalb der Halbwellenplatte 6 befinden sich die erste PVB-Folie 3.1. Unterhalb der Halbwellenplatte 6 befinden sich die zweite PVB-Folie 3.2. Die Zwischenschicht 3 verbindet die Innenscheibe 2 und die Außenscheibe 1.
Ist eine erste Schicht (z.B. erste PVB-Folie 3.1) oberhalb einer zweiten Schicht (Halbwellenplatte 6) angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter von dem Substrat (hier z.B. Außenscheibe 1), auf dem die Schicht aufgebracht ist, entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht (z.B. zweite PVB-Folie 3.2) unterhalb einer zweiten Schicht (Halbwellenplatte 6) angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht.
Die Halbwellenplatte 6 ist, wie in Figur 4, plattenförmig ausgebildet und enthält Quarz. Sie weist eine Dicke von ca. 28 pm (Mikrometer) auf. Die Halbwellenplatte 6 bedeckt den HUD- Bereich vollflächig. Alternativ kann die Halbwellenplatte 6 Rutil enthalten. Dabei würde ihre Dicke ca.870 nm (Nanometer) betragen. Die Halbwellenplatte 6 ist transparent ausgebildet.
Der Projektor 4 emittiert weiterhin erfindungsgemäß P-polarisierte Strahlung. Da der Projektor 4 die Windschutzscheibe 10 mit einem Einfallswinkel 65° bestrahlt, wird die nur unwesentlich an der Oberfläche IV der Windschutzscheibe 10 reflektiert. Die Reflexion findet hauptsätzlich an der Reflexionsbeschichtung 20 statt, die auf die Reflexion P-polarisierter Strahlung optimiert ist. Die transmittierte Strahlung durchdringt die Halbwellenplatte 6, was zu einer Veränderung ihrer Polarisation führt. Die P-polarisierte Strahlung wird in S-polarisierte Strahlung umgewandelt. Die S-polarisierte Strahlung wird teilweise an der Reflexionsbeschichtung 20 reflektiert, teilweise wird die S-polarisierte durch die Reflexionsbeschichtung 20 transmittiert. Die reflektierte, S-polarisierte Strahlung wird an der an der Oberfläche II angeordneten Reflexionsbeschichtung 20 reflektiert und durchdringt die Halbwellenplatte 6 erneut. Auch die transmittierte S-polarisierte Strahlung wird an der Oberfläche I der Außenscheibe 1 reflektiert und durchdringt die Halbwellenplatte 6 erneut. Die Polarisierung der Strahlung wird erneut gedreht. Die S-polarisierte Strahlung weist nach der Transmission durch die Halbwellenplatte erneut eine P-Polarisation auf.
Durch die Reflexion an der Oberfläche II der Außenscheibe 1 wird eine zusätzliche Reflexion erzeugt. Durch die zusätzliche Reflexion wird die HUD-Projektion auf bis zu 20% verstärkt sichtbar. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung einer weiteren erfindungsgemäß ausgebildeten Windschutzscheibe 10. Im Unterschied zu Figur 4 weist die erfindungsgemäße Windschutzscheibe 10 eine Reflexionsbeschichtung 20 auf, die zwischen zwei Halbwellenplatten, eine erste Halbwellenplatte 6.1 und eine zweite Halbwellenplatte 6.2, angeordnet ist. Die zwei Halbwellenplatten 6.1 und 6.2 mit der Reflexionsbeschichtung 20 sind wiederum zwischen der ersten PVB-Folie 3.1 und zweiten PVB-Folie 3.2 angeordnet.
Die Zwischenschicht 3 ist also hier ein Stapel, aufweisend die Reflexionsbeschichtung 20, zwei Halbwellenplatten 6.1 und 6.2, sowie zwei PVB-Folien 3.1 und 3.2. Die
Reflexionsbeschichtung 20 ist zentral im Stapel angeordnet. Oberhalb der
Reflexionsbeschichtung 20 befinden sich die erste Halbwellenplatte 6.1 und die erste PVB- Folie 3.1. Auch unterhalb der Reflexionsbeschichtung 20 befinden sich die zweite Halbwellenplatte 6.2 und die zweite PVB-Folie 3.2. Die Zwischenschicht 3 verbindet die Innenscheibe 2 und die Außenscheibe 1.
Die Reflexionsbeschichtung 20 ist als Reflexionsfläche für die vom Projektor 4 emittierte P- polarisierte Strahlung vorgesehen, wobei die Reflexionsbeschichtung 20 auch S-polarisierte Strahlung reflektiert.
Die erste Halbwellenplatte 6.1 und die zweite Halbwellenplatte 6.2 sind plattenförmig ausgebildet und enthalten jeweils Quarz. Sie weisen jeweils eine Dicke von ca. 28 pm auf. Die erste Halbwellenplatten 6.1 und die zweite Halbwellenplatte 6.2 bedeckt jeweils den HUD- Bereich vollflächig. Beide Halbwellenplatte 6.1 und 6.2 sind transparent ausgebildet.
Der Projektor 4 emittiert erfindungsgemäß P-polarisierte Strahlung. Da der Projektor 4 die Windschutzscheibe 10 mit einem Einfallswinkel 65° bestrahlt, wird die Strahlung nur unwesentlich an der Oberfläche IV der Windschutzscheibe 10 reflektiert. Die Reflexionsbeschichtung 20 dagegen ist auf die Reflexion P-polarisierter Strahlung optimiert. Bevor die Strahlung auf die Reflexionsbeschichtung 20 trifft, durchdringt die P-polarisierte Strahlung die erste Halbwellenplatte 6.1. Dabei wird die Polarisation der Strahlung umgewandelt. Die P-Polarisation der Strahlung wird in S-Polarisation gedreht. Die S- polarisierte Strahlung wird zum Teil an der Reflexionsbeschichtung 20 reflektiert und zum anderen Teil transmittiert. Die reflektierte, S-polarisierte Strahlung durchdringt wiederum die erste Halbwellenplatte 20 und ändert ihre Polarisation erneut, sodass die reflektierte Strahlung als P-polarisierte Strahlung aus der Windschutzscheibe 10 austritt. Die transmittierte, S-polarisierte Strahlung durchdringt auch die zweite Halbwellenplatte 6.2. Die transmittierte, S-polarisierte Strahlung ändert ihre Polarisation erneut, sodass die transmittierte Strahlung als P-polarisierte Strahlung an der Oberfläche I der Außenscheibe 1 austritt.
Durch die reine Reflexion derS-polarisierten Strahlung wird die HUD-Projektion auf bis zu 33% verstärkt sichtbar. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Bezugszeichenliste:
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
3.1 erste PVB-Folie
3.2 zweite PVB-Folie
4 Projektor
5 Betrachter / Fahrzeugfahrer
6 Halbwellenplatte
6.1 erste Halbwellenplatte
6.2 zweite Halbwellenplatte
10 Windschutzscheibe
20 Reflexionsbeschichtung
O Oberkante der Windschutzscheibe 10 U Unterkante der Windschutzscheibe 10 B HUD-Bereich der Windschutzscheibe 10 E Eyebox l außenseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Außenscheibe 1
11 innenraumseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Innenscheibe 2
IV innenraumseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Innenscheibe 2

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display, mindestens umfassend
• eine Windschutzscheibe (10), umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, mit einem HUD-Bereich,
• einen Projektor (4), der auf den HUD-Bereich gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors überwiegend P-polarisiert ist,
• eine Reflexionsbeschichtung (20), wobei, mindestens eine Halbwellenplatte (6) zur Umwandlung der Polarisation der durch die die Halbwellenplatte (6) transmittierten Strahlung innerhalb des HUD- Bereichs vorgesehen ist, und wobei die Reflexionsbeschichtung (20) zwischen der Halbwellenplatte (6) und der Außenscheibe (1) oder der Innenscheibe (2) angeordnet ist.
2. Projektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Halbwellenplatte (6) zwischen einer ersten thermoplastischen Folie (3.1) und einer zweiten thermoplastischen Folie (3.2) eingebettet ist.
3. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Windschutzscheibe (10) mehrere Halbwellenplatten (6.1, 6.2) aufweist.
4. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die
Reflexionsbeschichtung (20) zwischen zwei Halbwellenplatten (6) angeordnet ist.
5. Projektionsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Zwischenschicht (3) die Reflexionsbeschichtung (20), zwei Halbwellenplatten (6.1) und (6.2) sowie zwei thermoplastische Folien (3.1, 3.2) umfasst, wobei die erste Halbwellenplatte (6.1) und eine erste thermoplastische Folie (3.1) oberhalb der Reflexionsbeschichtung (20) angeordnet sind und die zweite Halbwellenplatte (6.2) und die zweite thermoplastische Folie (3.2) unterhalb der Reflexionsbeschichtung (20) angeordnet sind.
6. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Reflexionsbeschichtung (20) eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist.
7. Projektionsanordnung nach Anspruch 6, wobei die elektrisch leitfähige Schicht Silber aufweist.
8. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Halbwellenplatte (6) ein optisch anisotropes anorganisches Material, insbesondere Quarz, oder ein optisch anisotropes organisches Material, insbesondere einen polymeren Kunststoff, aufweist.
9. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Halbwellenplatte (6) Glimmer aufweist.
10. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Halbwellenplatte (6) innerhalb der Zwischenschicht (3) angeordnet ist.
11. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die
Halbwellenplatte (6) plattenförmig ausgebildet ist und beispielsweise Quarz enthält.
12. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Außenscheibe (1) eine Lichttransmission von mindestens 80% aufweist.
13. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Strahlung des Projektors (4) im Wesentlichen rein P-polarisiert ist.
PCT/EP2021/061700 2020-05-15 2021-05-04 Projektionsanordnung für ein head-up-display-system WO2021228624A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180001989.6A CN113966484A (zh) 2020-05-15 2021-05-04 用于平视显示器系统的投影装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20174919.9 2020-05-15
EP20174919 2020-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021228624A1 true WO2021228624A1 (de) 2021-11-18

Family

ID=70738351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/061700 WO2021228624A1 (de) 2020-05-15 2021-05-04 Projektionsanordnung für ein head-up-display-system

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN113966484A (de)
DE (1) DE202021004102U1 (de)
WO (1) WO2021228624A1 (de)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0836108A2 (de) * 1996-10-11 1998-04-15 Central Glass Company, Limited Anzeigesystem zur Darstellung von Informationen für den Fahrer eines Fahrzeuges
US6744478B1 (en) 1998-12-28 2004-06-01 Central Glass Company, Limited Heads-up display system with optical rotation layers
EP1880243A2 (de) 2005-05-11 2008-01-23 E.I. Dupont De Nemours And Company Keilförmige polymere zwischenschichten
WO2009071135A1 (en) 2007-12-07 2009-06-11 Saint-Gobain Glass France Curved vehicle windshield made from laminated glass
US20090195875A1 (en) 2008-02-06 2009-08-06 Microvision, Inc. Avoiding Interference Artifacts in a Head-Up Display or a Reflected See-Through Type Display
EP1800855B1 (de) 2005-12-26 2013-02-20 Asahi Glass Company, Limited Laminiertes Glas für Fahrzeuge
DE102014220189A1 (de) 2014-10-06 2016-04-07 Continental Automotive Gmbh Head-Up-Display und Verfahren zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines Head-Up-Displays
US20170242247A1 (en) 2014-10-14 2017-08-24 Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd. Head-up display system
CN108333657A (zh) * 2017-01-20 2018-07-27 怡利电子工业股份有限公司 防迭影的反射装置及其显示系统
WO2019046157A1 (en) 2017-08-31 2019-03-07 Vitro Flat Glass Llc HIGH HEAD DISPLAY AND ASSOCIATED CLADDING

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0836108A2 (de) * 1996-10-11 1998-04-15 Central Glass Company, Limited Anzeigesystem zur Darstellung von Informationen für den Fahrer eines Fahrzeuges
US6744478B1 (en) 1998-12-28 2004-06-01 Central Glass Company, Limited Heads-up display system with optical rotation layers
EP1880243A2 (de) 2005-05-11 2008-01-23 E.I. Dupont De Nemours And Company Keilförmige polymere zwischenschichten
EP1800855B1 (de) 2005-12-26 2013-02-20 Asahi Glass Company, Limited Laminiertes Glas für Fahrzeuge
WO2009071135A1 (en) 2007-12-07 2009-06-11 Saint-Gobain Glass France Curved vehicle windshield made from laminated glass
US20090195875A1 (en) 2008-02-06 2009-08-06 Microvision, Inc. Avoiding Interference Artifacts in a Head-Up Display or a Reflected See-Through Type Display
US7791807B2 (en) * 2008-02-06 2010-09-07 Microvision, Inc. Avoiding interference artifacts in a head-up display or a reflected see-through type display
DE102014220189A1 (de) 2014-10-06 2016-04-07 Continental Automotive Gmbh Head-Up-Display und Verfahren zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines Head-Up-Displays
US20170242247A1 (en) 2014-10-14 2017-08-24 Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd. Head-up display system
CN108333657A (zh) * 2017-01-20 2018-07-27 怡利电子工业股份有限公司 防迭影的反射装置及其显示系统
WO2019046157A1 (en) 2017-08-31 2019-03-07 Vitro Flat Glass Llc HIGH HEAD DISPLAY AND ASSOCIATED CLADDING

Also Published As

Publication number Publication date
CN113966484A (zh) 2022-01-21
DE202021004102U1 (de) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3877177B1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
EP3768509B1 (de) Verbundscheibe für ein head-up-display mit elektrisch leitfähiger beschichtung und antireflexionsbeschichtung
WO2021004685A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
EP4066025A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
WO2019179683A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierten strahlungsanteilen
EP3877176A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
WO2019206493A1 (de) Verbundscheibe mit elektrisch leitfähiger beschichtung und antireflexionsbeschichtung
EP3871036A1 (de) Projektionsanordnung für ein fahrzeug, umfassend eine seitenscheibe
WO2022058178A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
EP4222538A1 (de) Verbundscheibe für ein head-up-display
WO2023052228A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display mit p-polarisierter strahlung
WO2021228625A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display-system
EP4248259A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
EP4182165A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
WO2021228624A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display-system
WO2021228621A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display-system
WO2022073787A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display und substratanordnung zur verwendung in der projektionsanordnung
EP4237243A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
EP4228892A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
EP4237244A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
WO2023104631A1 (de) Verbundscheibe für ein head-up-display system mit p-polarisierter strahlung
WO2023104634A1 (de) Verbundscheibe für ein head-up-display system mit p-polarisierter strahlung
WO2022022886A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung
WO2022223198A1 (de) Verbundscheibe für ein head-up-display mit beheizbarem sensorbereich
WO2023143959A1 (de) Projektionsanordnung für ein head-up-display (hud) mit p-polarisierter strahlung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21722892

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21722892

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1