WO2022073825A1 - Projektionsanordnung für ein head-up-display - Google Patents

Projektionsanordnung für ein head-up-display Download PDF

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WO2022073825A1
WO2022073825A1 PCT/EP2021/076818 EP2021076818W WO2022073825A1 WO 2022073825 A1 WO2022073825 A1 WO 2022073825A1 EP 2021076818 W EP2021076818 W EP 2021076818W WO 2022073825 A1 WO2022073825 A1 WO 2022073825A1
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WO
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reflective coating
projector
radiation
film
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PCT/EP2021/076818
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French (fr)
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Valentin SCHULZ
Jan Hagen
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Saint-Gobain Glass France
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Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement for a head-up display.
  • HUDs head-up displays
  • a projector typically in the area of the dashboard, images are projected onto the windshield, reflected there and perceived by the driver as a virtual image (from the driver's perspective) behind the windshield.
  • important information can be projected into the driver's field of vision, for example the current driving speed, navigation or warning information, which the driver can perceive without having to take his eyes off the road.
  • Head-up displays can thus make a significant contribution to increasing traffic safety.
  • HUD projectors operate predominantly with s-polarized radiation and illuminate the windshield at an angle of incidence of approximately 65%, which is close to Brewster's angle for an air-to-glass transition (57.2° for soda-lime glass).
  • the problem arises that the projector image is reflected on both external surfaces of the windshield.
  • a slightly offset secondary image also appears, the so-called ghost image (“ghost”).
  • the problem is usually alleviated by angling the surfaces relative to one another, particularly by using a wedge-type interlayer to laminate the laminated windshields so that the main image and ghost image are superimposed.
  • Laminated glasses with wedge foils for HUDs are known, for example, from WO2009/071135A1, EP1800855B1 or EP1880243A2.
  • HUD projection arrangements that make do with windshields without wedge foils.
  • DE102014220189A1 discloses such a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation.
  • a single metallic layer with a thickness of 5 nm to 9 nm, for example made of silver or aluminum is proposed as the reflective structure.
  • WO2019046157A1 also discloses a HUD with p-polarized radiation, using a reflective coating with at least two metallic layers.
  • US2017242247A1 discloses another HUD projection arrangement with a reflective coating for p-polarized radiation.
  • the reflective coating may contain one or more conductive silver layers as well as dielectric layers.
  • the reflection spectrum has a clearly curved shape in the relevant spectral range, so that the degree of reflection is relatively strongly dependent on wavelength. This is disadvantageous with regard to a color-neutral representation of the HUD projection.
  • CN 204 143 067 U discloses a HUD system comprising a laminated glass consisting of two panes of glass which are connected to one another via an intermediate layer.
  • the laminated glass has a transparent nanolayer that includes a number of dielectric layers and at least one metallic layer.
  • US 2017/242247 A1 discloses an automotive HUD system comprising a laminated glass and a light source.
  • the laminated glass has a transparent nanolayer that includes at least two dielectric layers and a metallic layer.
  • the nanolayer is intended to at least partially reflect p-polarized light rays.
  • the object of the present invention is to provide such an improved projection arrangement.
  • a projection arrangement for a head-up display includes a substrate having a HUD area and a projector directed at the HUD area.
  • the radiation from the projector is predominantly p-polarized and the substrate is provided with a reflective coating that is suitable for reflecting p-polarized radiation.
  • a foil adjacent to the reflective coating is a foil at a distance of less than 0.85 mm (e.g. 0.7 mm, 0.84 mm, 0.78 mm, 0.7 mm, 0.55 mm, 0.51 mm, 0.38 mm mm or 100 pm) which is also suitable for reflecting p-polarized radiation.
  • an intermediate layer is arranged between the film and the reflective coating.
  • Such an arrangement can be integrated into common manufacturing processes - e.g. for composite panes - so that they can be implemented cost-effectively.
  • the distance between the reflective coating and the film is 25 ⁇ m or less.
  • the radiation from the projector is essentially purely p-polarized.
  • the radiation provided by the projector can be used advantageously for reflection.
  • the radiation from the projector strikes the substrate at an angle of incidence of 55° to 70°.
  • the area around the Brewster angle can be used particularly well.
  • the reflective coating has a geometric thickness of 5 nm to 700 nm (e.g. also 10 nm to 14 nm).
  • the reflective coating is arranged between the first substrate and a second substrate.
  • the invention can also be used with laminated glass panes.
  • a substrate arrangement for use in a projection arrangement for a head-up display includes a substrate having a HUD area, the substrate being provided with a reflective coating capable of reflecting p-polarized radiation; a foil suitable for reflecting p-polarized radiation being arranged adjacent to the reflective coating at a distance of less than 0.85 mm (e.g. 0.7 mm or 100 ⁇ m).
  • the reflective coating is arranged between the first substrate and a second substrate.
  • FIG. 1 shows a plan view of a substrate arrangement of an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic sectional representation through layers of a substrate arrangement according to the invention for use in a projection arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a further exemplary sectional illustration through layers of a substrate arrangement according to the invention for use in a projection arrangement according to the invention.
  • An embodiment of the invention relates to a projection arrangement for a head-up display HUD. Such an example is outlined in FIGS.
  • a substrate arrangement 10 e.g. a windshield of a land vehicle, sea vehicle, air vehicle or spacecraft
  • a HUD area B of the substrate arrangement 10 is shown.
  • the windshield as an example of a substrate arrangement according to the invention has an upper edge O and a lower edge U.
  • the substrate arrangement can have a substrate GS1 or a plurality of substrates GS1, GS2.
  • the projection arrangement also includes a projector 4, which is directed onto an area of the substrate arrangement.
  • images can be generated by the projector 4, which are perceived by a viewer 5 (vehicle driver) as virtual images on the side of the substrate arrangement facing away from him when his eyes are inside the so-called Eyebox E.
  • the substrate arrangement 10 is made up of an optional second substrate GS2, which represents an outer pane in a laminated glass pane, for example, and a first substrate GS1, which represents an inner pane in a laminated glass pane, for example, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3.
  • the lower edge U of the substrate arrangement 10 is arranged downwards in the direction of the engine of the passenger car, the upper edge O of the substrate arrangement 10 upwards in direction of the roof.
  • the substrate GS2 faces the outside environment
  • the substrate GS1 faces the vehicle interior.
  • the substrate GS2 and the substrate GS1 are made of soda-lime glass, for example.
  • the substrates GS1, GS2 can also be formed from other glass or polymeric plastic materials, in particular from different materials.
  • the substrate GS2 has a thickness of 2.1 mm, for example, and the substrate GS1 has a thickness of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the intermediate layer 3 can be formed from a PVB film, for example. Typical thicknesses for the intermediate layer 3 are in the range of approximately 0.76 mm-0.85 mm, or less than 0.55 mm, in particular in the range of 0.38 mm-0.51 mm, or in particular even thinner thinner than ⁇ 100 pm.
  • the intermediate layer 3 has an essentially constant thickness, apart from any surface roughness that is customary in the art—it is not designed as a so-called wedge film.
  • a HUD area B is formed on a substrate GS1, onto which a projector 4 is directed during operation.
  • the radiation of the projector 4 is predominantly p-polarized, in particular essentially purely p-polarized.
  • the projector 4 irradiates the substrate arrangement 10 at an angle of incidence of approximately 55°-70°, which is close to the Brewster angle of 57.2°, the radiation from the projector is reflected only insignificantly at the external surfaces I, IV of the substrate arrangement 10 .
  • P-polarized radiation has the advantage over s-polarized radiation that the reflection coefficient is almost 0 in the Brewster angle range (e.g. 45°-73°).
  • the reflection coating 20 according to the invention (FIG. 3), on the other hand, is optimized for the reflection of p-polarized radiation. It serves as a reflection surface for the radiation of the projector 4 to generate the HUD projection. Furthermore, the reflection coating according to the invention can possibly additionally serve as an IR-reflecting coating.
  • a foil F adjacent to the reflective coating 20 is a foil F at a distance of less than 0.85 mm (e.g. 0.84 mm, 0.78 mm, 0.7 mm, 0.55 mm, 0.51 mm, 038 mm or 100 pm) arranged, which is suitable for reflecting p-polarized radiation.
  • 0.85 mm e.g. 0.84 mm, 0.78 mm, 0.7 mm, 0.55 mm, 0.51 mm, 038 mm or 100 pm
  • the thickness is so small that it is below the resolving power for the human eye.
  • Typical HUD systems have an image range of more than one meter, typically in the range from 1.8 m to 15 m. In this range it can be assumed that the angular resolution corresponds to 1'. 1' is equivalent to 0.29 mrad (0.58 mm for a 2 m image distance, 1.45 mm for a 5 m image distance and 2.90 mm for a 10 m image distance).
  • both a reflective coating 20 and a film F are used here, each of which reflects p-polarized radiation particularly well.
  • the joint image produced by reflection from the foil F and by reflection from the reflective coating 20 appears as a joint image. This is always the case when the superimposed images have a deviation in the eye of the viewer 5 that is less than the resolving power of the eye.
  • an intermediate layer ZS is arranged between the film F and the reflective coating 20 .
  • the intermediate layer ZS between the film F and the reflection coating 20 contains at least one substance selected from the group comprising polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl fluoride (PVF), Polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), polyacrylate (PA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane (PUR), and/or mixtures and copolymers thereof.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PVB Polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PA polyacrylate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PUR polyurethane
  • Such an arrangement can be integrated into common manufacturing processes - e.g. for composite panes - so that they can be implemented cost-effectively.
  • the distance between the reflective coating 20 and the film F is 25 ⁇ m or less.
  • the thickness depends on the projection distance. As the projection distance increases, so can the thickness.
  • the radiation of the projector 4 is essentially purely p-polarized.
  • the radiation provided by the projector can be used advantageously for reflection.
  • the radiation from the projector 4 strikes the substrate GS1 at an angle of incidence of 55° to 70°.
  • the area around the Brewster angle can be used particularly well.
  • the reflective coating 20 has a geometric thickness of 5 nm to 700 nm (e.g. also 10 nm to 14 nm). If a non-metallic coating is used in the wet-coating process, the geometric thickness can also be greater.
  • the reflective coating is arranged between the first substrate GS1 and a second substrate GS2.
  • first the reflective coating 20, then the film (F) can be arranged in the beam path, or the other way around, as shown in Figure 4, first the film (F) and then the reflective coating 20.
  • Between the second substrate GS1 and the film F can also be arranged an intermediate layer ZS.
  • the second substrate GS2 can be made from the same material as the first substrate GS1.
  • the first substrate GS1 and the second substrate GS2 can be a glass substrate or a plastic substrate, for example.
  • all electrically insulating substrates that are thermally and chemically stable under the conditions of manufacture and use of the vehicle pane according to the invention are suitable as the substrate.
  • the glass pane preferably contains glass substrates, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, Polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • glass substrates particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, Polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • An intermediate layer ZS can also be arranged between the second substrate GS2 and the film F.
  • the intermediate layer ZS between the film F and the second substrate GS2 contains at least one substance selected from the group comprising polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl fluoride (PVF) , polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), polyacrylate (PA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane (PUR), and/or mixtures and copolymers thereof.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PA polyacrylate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PUR polyurethane
  • the invention can also be used with laminated glass panes, in particular vehicle windshields.
  • a substrate assembly for use in a head-up display (HUD) projection assembly is provided.
  • HUD head-up display
  • the substrate arrangement comprises a substrate GS1 with a HUD area B, the substrate GS1 being provided with a reflective coating 20 which is suitable for reflecting p-polarized radiation; adjacent to the reflective coating 20 at a distance of less than 0.85 mm (e.g. 100 ⁇ m) is a foil F suitable for reflecting p-polarized radiation.
  • the reflective coating 20 is arranged between the first substrate GS1 and a second substrate GS2.
  • the invention can also be used with laminated glass panes, in particular vehicle windshields.
  • the layer sequence can also be selected differently depending on the direction of illumination, without loss of generality.
  • the reflective coating 20 it is preferable for the reflective coating 20 to be illuminated first and then the film F (FIG. 3).
  • the order of film F and the Reflective coating 20 be different.
  • a heating function, sun protection, IR filter or the like can also be provided.
  • the reflective coating can be provided as a heating layer, sun protection layer or IR filter.
  • the reflectivity of the coating for p-polarized light is between 2% and 25% (e.g. between 5% and 10%).
  • the invention makes it possible for users 5 who wear eyeglasses with a polarization filter, which are usually p-polarized, to be able to perceive the display of a HUD display without restrictions, since the contrast offered between the HUD image and the ambient light is increased by a higher light yield Overlay of two images can be improved.
  • a polarization filter which are usually p-polarized
  • the invention can be used, for example, in windshields, in particular in laminated glass panes, as an example of a substrate arrangement.
  • a vehicle with a projection arrangement according to the invention in particular a land, sea, air or space vehicle, is provided.
  • HUD Head Up Display

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), aufweisend - ein Substrat (GS1) mit einem HUD-Bereich (B), und - einen Projektor (4), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist; - wobei die Strahlung des Projektors (4) überwiegend p-polarisiert ist, - wobei das Substrat (GS1) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren, - wobei benachbart zur Reflexionsbeschichtung (20) eine Folie (F) in einem Abstand von weniger als 0,85 mm angeordnet ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren, und - wobei zwischen der Folie (F) und der Reflexionsbeschichtung (20) eine Zwischenschicht (ZS) angeordnet ist.

Description

Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, typischerweise im Bereich des Armaturenbrettes, werden Bilder auf die Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (vom Fahrer aus gesehen) hinter der Windschutzscheibe wahrgenommen. So können wichtige Informationen in das Blickfeld des Fahrers projiziert werden, beispielsweise die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit, Navigations- oder Warnhinweise, die der Fahrer wahrnehmen kann, ohne seinen Blick von der Fahrbahn wenden zu müssen. Head-Up-Displays können so wesentlich zur Steigerung der Verkehrssicherheit beitragen.
HUD-Projektoren werden überwiegend mit s-polarisierter Strahlung betrieben und bestrahlen die Windschutzscheibe mit einem Einfallswinkel von etwa 65%, was nahe dem Brewster- Winkel für einen Luft-Glas-Übergang liegt (57,2° für Kalk-Natron-Glas). Dabei tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden externen Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch tritt neben dem gewünschten Hauptbild auch ein leicht versetztes Nebenbild auf, das sogenannte Geisterbild („Ghost“). Das Problem wird üblicherweise dadurch gemindert, dass die Oberflächen in einem Winkel zueinander eingeordnet werden, insbesondere durch Verwendung einer keilartigen Zwischenschicht zur Lamination der als Verbundscheibe ausgebildeten Windschutzscheiben, so dass Hauptbild und Geisterbild einander überlagert werden. Verbundgläser mit Keilfolien für HUDs sind beispielsweise aus W02009/071135A1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt.
Die Keilfolien sind kostspielig, so dass die Herstellung einer solchen Verbundscheibe für ein HUD recht kostenintensiv ist. Es besteht daher Bedarf an HUD-Projektionsanordnungen, die mit Windschutzscheiben ohne Keilfolien auskommen. So ist es beispielsweise möglich, den HUD- Projektor mit p-polarisierter Strahlung zu betreiben, welche an den Scheibenoberflächen nicht wesentlich reflektiert wird. Als Reflexionsfläche für die p-polarisierte Strahlung weist die Windschutzscheibe stattdessen eine Reflexionsbeschichtung auf. Die DE102014220189A1 offenbart eine solche HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird. Als reflektierende Struktur wird unter anderem eine einzelne metallische Schicht vorgeschlagen mit einer Dicke von 5 nm bis 9 nm, beispielsweise aus Silber oder Aluminium. Auch die WO2019046157A1 offenbart ein HUD mit p-polarisierter Strahlung, wobei eine Reflexionsbeschichtung mit mindestens zwei metallischen Schichten verwendet wird.
US2017242247A1 offenbart eine weitere HUD-Projektionsanordnung mit einer Reflexionsbeschichtung für p-polarisierte Strahlung. Die Reflexionsbeschichtung kann eine oder mehrere leitfähige Silberschichten enthalten, darüber hinaus dielektrische Schichten. Das Reflexionsspektrum weist im relevanten Spektralbereich aber eine deutlich gekrümmte Form auf, so dass der Reflexionsgrad relativ stark wellenlängenabhängig ist. Dies ist nachteilhaft im Hinblick auf eine farbneutrale Darstellung der HUD-Projektion.
CN 204 143 067 U offenbart ein HUD-System umfassend ein Verbundglas bestehend aus zwei Glasscheibe, die über eine Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Das Verbundglas weist eine transparente Nanoschicht auf, die mehrere dielektrische Schichten und mindestens eine metallische Schicht umfasst.
US 2017/242247 A1 offenbart ein HUD-System für Kraftfahrzeuge, das ein Verbundglas und eine Lichtquelle umfasst. Das Verbundglas weist eine transparente Nanoschicht auf, die mindestens zwei dielektrische Schichten und eine metallische Schicht umfasst. Die Nanoschicht ist dazu vorgesehen zumindest teilweise p-polarisierte Lichtstrahlen zu reflektieren.
Es besteht Bedarf an Projektionsanordnungen für HUDs mit Reflexionsbeschichtungen, die eine hohe Transmission im sichtbaren Spektral be re ich gewährleisten sowie eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung aufweisen und eine farbneutrale Darstellung erlauben. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Projektionsanordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Projektionsanordnung für ein Head-Up- Display zur Verfügung gestellt. Die Projektionsanordnung weist ein Substrat mit einem HUD- Bereich und einen Projektor auf, der auf den HUD-Bereich gerichtet ist. Die Strahlung des Projektors ist überwiegend p-polarisiert und das Substrat ist mit einer Reflexionsbeschichtung versehen, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren. Weiterhin ist benachbart zur Reflexionsbeschichtung eine Folie in einem Abstand von weniger als 0,85 mm (z.B. 0,7 mm, 0,84 mm, 0,78 mm, 0,7 mm, 0,55 mm, 0,51 mm, 038 mm oder 100 pm) angeordnet, die ebenfalls geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren.
Hiermit wird eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet, die sowohl eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung aufweist und eine farbneutrale Darstellung erlaubt.
Erfindungsgemäß ist zwischen der Folie und der Reflexionsbeschichtung eine Zwischenschicht angeordnet. Eine solche Anordnung kann in gängige Herstellungsprozesse - z.B. für Verbundscheiben - eingebunden werden, sodass diese kostengünstig realisiert werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Abstand der Reflexionsbeschichtung zu der Folie 25 pm oder weniger auf.
Dies hat für typische Winkel des Projektors zur Projektionsfläche Vorteile, da die mögliche Bildung von Geisterbildern klein gehalten wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Strahlung des Projektors im Wesentlichen rein p-polarisiert.
Hierdurch kann die vom Projektor bereitgestellte Strahlung in vorteilhafter weise für die Reflektion genutzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung trifft die Strahlung des Projektors mit einem Einfallswinkel von 55° bis 70° auf das Substrat. Hierdurch kann der Bereich um den Brewster-Winkel besonders gut genutzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Reflexionsbeschichtung eine geometrische Dicke von 5 nm bis 700 nm, (z.B. auch 10 nm bis 14 nm) auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Reflexionsbeschichtung zwischen dem ersten Substrat und einem zweiten Substrat angeordnet.
D.h., die Erfindung kann auch mit Verbundglasscheiben zum Einsatz kommen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Substratanordnung zur Verwendung in einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display zur Verfügung gestellt. Die Substratanordnung weist ein Substrat mit einem HUD-Bereich auf, wobei das Substrat mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren; wobei benachbart zur Reflexionsbeschichtung eine Folie in einem Abstand von weniger als 0,85 mm (z.B. 0,7 mm oder 100 pm) angeordnet ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren.
Hiermit wird eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet, die sowohl eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung aufweist und eine farbneutrale Darstellung erlaubt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Reflexionsbeschichtung zwischen dem ersten Substrat und einem zweiten Substrat angeordnet.
D.h., die Erfindung kann auch mit Verbundglasscheiben, insbesondere Fahrzeugwindschutzscheiben, zum Einsatz kommen. Kurzdarstellung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Substratanordnung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung, und
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch Schichten einer erfindungsgemäßen Substratanordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, und
Fig. 4 eine weitere beispielhafte Schnittdarstellung durch Schichten einer erfindungsgemäßen Substratanordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung.
Ausführliche Darstellung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt. Soweit in dieser Anmeldung Normen, Spezifikationen oder dergleichen benannt werden, werden zumindest immer die am Anmeldetag anwendbaren Normen, Spezifikationen oder dergleichen in Bezug genommen. D.h. wird eine Norm / Spezifikation etc. aktualisiert oder durch einen Nachfolger ersetzt, so ist die Erfindung auch hierauf anwendbar.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt.
Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display HUD. Eine solche ist beispielhaft in Figur 1 und 2 skizziert.
Dort ist beispielhaft eine Substratanordnung, 10 (z.B. eine Windschutzscheibe eines Land-, See-, Luft-, oder Raumfahrzeuges) mit einem HUD-Bereich B der Substratanordnung 10 gezeigt. Die Windschutzscheibe als Beispiel einer erfindungsgemäßen Substratanordnung besitzt eine Oberkante O und eine Unterkante U. Die Substratanordnung kann ein Substrat GS1 oder mehrere Substrate GS1 , GS2 aufweisen.
Die Projektionsanordnung umfasst außerdem einen Projektor 4, welcher auf einen Bereich der Substratanordnung gerichtet ist. In diesem Bereich, der üblicherweise als HUD-Bereich B bezeichnet wird, können durch den Projektor 4 Bilder erzeugt werden, welche von einem Betrachter 5 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Substratanordnung wahrgenommen werden, wenn sich seine Augen innerhalb der sogenannten Eyebox E befinden.
Die Substratanordnung 10 ist aufgebaut aus einem optionalen zweiten Substrat GS2, welches z.B. in einer Verbundglasscheibe eine Außenscheibe darstellt, und einem ersten Substrat GS1, welches z.B. in einer Verbundglasscheibe eine Innenscheibe darstellt, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Unterkante U der Substratanordnung 10 ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, die Oberkante O der Substratanordnung 10 nach oben in Richtung des Dachs. Das Substrat GS2 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, das Substrat GS1 dem Fahrzeuginnenraum.
Das Substrat GS2 und das Substrat GS1 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Natürlich können die Substrate GS1 , GS2 auch aus anderen Glas- oder polymerischen Kunststoffmaterialien, insbesondere auch aus unterschiedlichen Materialen gebildet sein.
Das Substrat GS2 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, das Substrat GS1 eine Dicke von 1 ,6 mm oder 2,1 mm. Die Zwischenschicht 3 kann beispielsweise aus einer PVB-Folie ausgebildet sein. Typische Dicken für die Zwischenschicht 3 sind im Bereich von circa 0,76 mm - 0,85 mm, oder aber kleiner als 0.55 mm, insbesondere dann aus dem Bereich von 0,38 mm- 0,51 mm, oder aber noch dünner, insbesondere dünner als <100 pm. Die Zwischenschicht 3 weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, abgesehen von einer etwaigen fachüblichen Oberflächenrauigkeit - sie ist nicht als sogenannte Keilfolie ausgebildet.
D.h. auf einem Substrat GS1 wird ein HUD-Bereich B gebildet, auf den im Betrieb ein Projektor 4 gerichtet ist.
Die Strahlung des Projektors 4 ist in einer Ausführungsform der Erfindung überwiegend p- polarisiert, insbesondere im Wesentlichen rein p-polarisiert.
Da der Projektor 4 die Substratanordnung 10 mit einem Einfallswinkel von etwa 55°-70° bestrahlt, der nahe dem Brewster- Winkel von 57,2° liegt, wird die Strahlung des Projektors nur unwesentlich an den externen Oberflächen I, IV der Substratanordnung 10 reflektiert. P-polarisierte Strahlung hat gegenüber s-polarisierter Strahlung den Vorteil, dass im Bereich des Brewster-Winkels (z.B. 45°-73°) der Reflexionskoeffizient nahezu 0 beträgt.
Die erfindungsgemäße Reflexionsbeschichtung 20 (Figur 3) dagegen ist auf die Reflexion p- polarisierter Strahlung optimiert. Sie dient als Reflexionsfläche für die Strahlung des Projektors 4 zur Erzeugung der HUD-Projektion. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Reflexionsbeschichtung eventuell zusätzlich als IR-reflektierende Beschichtung dienen.
Weiterhin ist benachbart zur Reflexionsbeschichtung 20 eine Folie F in einem Abstand von weniger als 0,85 mm (z.B. 0,84 mm, 0,78 mm, 0,7 mm, 0,55 mm, 0,51 mm, 038 mm oder 100 pm) angeordnet, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren. Wesentlich dabei ist nur, dass die Dicke so gering ist, dass für das menschliche Auge das Auflösungsvermögen unterschritten ist. Typische HUD-Systeme weisen eine Bildweite von mehr als einem Meter, typischerweise im Bereich von 1 ,8 m bis zu 15 m auf. In diesem Bereich kann angenommen werden, dass die Winkelauflösung 1 ‘ entspricht. 1 ‘ ist äquivalent zu 0.29 mrad (0,58 mm für einen 2 m Bildabstand, 1 ,45 mm für 5 m Bildabstand und 2,90 mm für einen 10 m Bildabstand).
Hiermit wird eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet, die sowohl eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung aufweist und eine farbneutrale Darstellung erlaubt.
D.h., anders als im Stand der Technik wird hier sowohl eine Reflexionsbeschichtung 20 als auch ein Folie F verwendet, die jeweils besonders gut p-polarisierte Strahlung reflektieren.
Wenn die Schichten vorteilhaft nahe beieinander liegen, erscheint das gemeinsame Bild, welches durch Reflektion an der Folie F und welches durch Reflektion an der Reflexionsbeschichtung 20 erzeugt wird, als ein gemeinsames Bild. Dies ist immer dann der Fall, wenn die überlagerten Bilder im Auge des Betrachters 5 eine Abweichung aufweisen, die geringer ist als das Auflösungsvermögen des Auges.
Während zudem im Stand der Technik geringe Schwankungen in der Dicke von Elementen der Substratanordnung als Welligkeit wahrnehmbar sind, wird diese Welligkeit durch Überlagerung von Bildern der Reflexionsbeschichtung 20 und der Folie F weniger stark bis gar nicht mehr wahrnehmbar. Dies ist darin begründet, dass die Reflexionsbeschichtung 20 als auch die Folie F in aller Regel eine unterschiedliche Welligkeit aufweisen bzw. dadurch, dass der als Welligkeit wahrnehmbare Helligkeitsunterschied durch die Überlagerung von zwei Bildern weniger stark ausgeprägt ist.
Hiermit wird eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet, die sowohl eine hohe Reflekti vität gegenüber p-polarisierter Strahlung aufweist und eine farbneutrale Darstellung erlaubt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Folie F und der Reflexionsbeschichtung 20 eine Zwischenschicht ZS angeordnet.
Die Zwischenschicht ZS zwischen der Folie F und der Reflexionsbeschichtung 20 enthält zumindest einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylfluoride (PVF), Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyacrylat (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyurethan (PUR), und/oder Gemische und Copolymere davon.
Eine solche Anordnung kann in gängige Herstellungsprozesse - z.B. für Verbundscheiben - eingebunden werden, sodass diese kostengünstig realisiert werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Abstand der Reflexionsbeschichtung 20 zu der Folie F 25 pm oder weniger auf. Dabei ist die Dicke abhängig von der Projektionsdistanz. Mit zunehmender Projektionsdistanz kann auch die Dicke steigen.
Dies hat für typische Winkel des Projektors zur Projektionsfläche Vorteile, da die mögliche Bildung von Geisterbildern klein gehalten wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Strahlung des Projektors 4 im Wesentlichen rein p-polarisiert. Hierdurch kann die vom Projektor bereitgestellt Strahlung in vorteilhafter Weise für die Reflektion genutzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung trifft die Strahlung des Projektors 4 mit einem Einfallswinkel von 55° bis 70° auf das Substrat GS1.
Hierdurch kann der Bereich um den Brewster-Winkel besonders gut genutzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Reflexionsbeschichtung 20 eine geometrische Dicke von 5 nm bis 700 nm, (z.b. auch 10 nm bis 14 nm ) auf. Für den Fall, dass eine nichtmetallische Beschichtung im wet-coating Verfahren verwendet wird, kann die geometrische Dicke auch größer sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Reflexionsbeschichtung zwischen dem ersten Substrat GS1 und einem zweiten Substrat GS2 angeordnet. Wie in Figur 3 dargestellt kann im Strahlengang entweder zuerst die Reflexionsbeschichtung 20, dann die Folie (F) angeordnet sein, oder aber auch andersrum wie in Figur 4 dargestellt, zuerst die Folie (F) und dann die Reflexionsbeschichtung 20. Zwischen dem zweiten Substrat GS1 und der Folie F kann ebenfalls eine Zwischenschicht ZS angeordnet sein.
Das zweite Substrat GS2 kann aus dem gleichen Werkstoff wie das erste Substrat GS1 gefertigt sein.
Das erste Substrat GS1 als auch das zweite Substrat GS2 können z.B. ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat sein. Als Substrat sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe thermisch und chemisch stabil sind.
Die Glasscheibe enthält bevorzugt Glassubstrate, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
Zwischen dem zweiten Substrat GS2 und der Folie F kann ebenfalls eine Zwischenschicht ZS angeordnet sein.
Die Zwischenschicht ZS zwischen der Folie F und dem zweiten Substrat GS2 enthält zumindest einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylfluoride (PVF), Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyacrylat (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyurethan (PUR), und/oder Gemische und Copolymere davon.
D.h., die Erfindung kann auch mit Verbundglasscheiben, insbesondere Fahrzeugwindschutzscheiben, zum Einsatz kommen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Substratanordnung zur Verwendung in einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) bereitgestellt.
Die Substratanordnung weist ein Substrat GS1 mit einem HUD-Bereich B auf, wobei das Substrat GS1 mit einer Reflexionsbeschichtung 20 versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren; wobei benachbart zur Reflexionsbeschichtung 20 eine Folie F in einem Abstand von weniger als 0,85 mm (z.B. 100 pm) angeordnet ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren.
Hiermit wird eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet, die sowohl eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung aufweist und eine farbneutrale Darstellung erlaubt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Reflexionsbeschichtung 20 zwischen dem ersten Substrat GS1 und einem zweiten Substrat GS2 angeordnet.
D.h., die Erfindung kann auch mit Verbundglasscheiben, insbesondere Fahrzeugwindschutzscheiben, zum Einsatz kommen.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann natürlich auch die Schichtfolge in Abhängigkeit von der Beleuchtungsrichtung anders gewählt sein. Dabei ist bevorzugt, dass zunächst die Reflexionsbeschichtung 20 und nachfolgend die Folie F beleuchtet wird (Figur 3).
D.h., bei einem Substrat GS1 kann abhängig davon, ob das Substrat GS1 von dem Licht des Projektors zu durchringen ist oder aber, ob das Substrat GS1 im Wesentlichen die Tragfläche für die Folie F und die Reflexionsbeschichtung 20 ist, die Reihenfolge von Folie F und die Reflexionsbeschichtung 20 unterschiedlich sein.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können natürlich auch noch weitere Schichten auf oder zwischen den einzelnen Schichten vorgesehen sein, oder aber unterschiedliche Funktionen in bereits dargestellte Schichten integriert sein. So kann z.B. eine Heizfunktion, Sonnenschutz, IR- filter oder dergleichen ebenso bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Reflexionsbeschichtung als eine Heizschicht, Sonnenschutzschicht oder IR-Filter vorgesehen sein.
Die Reflektivität der Beschichtung für p-polarisiertes Licht beträgt zwischen 2 % und 25 % (z.b. zwischen 5 % und 10 %).
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, dass Benutzer 5, die Augengläser mit einem Polarisationsfilter tragen, die üblicherweise p-Polarisiert sind, die Anzeige eines HUD Displays ohne Einschränkungen wahrnehmen können, da der gebotene Kontrast zwischen dem HUD Bild und dem Umgebungslicht durch eine höhere Lichtausbeute der Überlagerung von zwei Bildern verbessert werden kann. D.h., die Erfindung kann z.B. in Windschutzscheiben, insbesondere in Verbundglasscheiben als Beispiel einer Substratanordnung Verwendung finden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, insbesondere ein Land-, See-, Luft- oder Raumfahrzeug, bereitgestellt.
Bezugszeichenliste
HUD Head-Up-Display (HUD)
GS1 (erstes) Substrat
GS2 (zweites) Substrat B HUD-Bereich
4 Projektor
5 Betrachter
E Eyebox
20 Reflexionsbeschichtung 10 Substratanordnung
F Folie
ZS Zwischenschicht
O Oben
U Unten

Claims

Patentansprüche Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), aufweisend
• ein Substrat (GS1 , GS2) mit einem HUD-Bereich (B), und
• einen Projektor (4), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist,
• wobei die Strahlung des Projektors (4) überwiegend p-polarisiert ist,
• wobei das Substrat (GS1 , GS2) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren,
• wobei benachbart zur Reflexionsbeschichtung (20) eine Folie (F) in einem Abstand von weniger als 0,85 mm angeordnet ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren, und
• wobei zwischen der Folie (F) und der Reflexionsbeschichtung (20) eine Zwischenschicht (ZS) angeordnet ist. Projektionsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Reflexionsbeschichtung (20) zu der Folie (F) bevorzugt weniger als 0,55 mm, besonders bevorzugt weniger als 100 pm oder weniger als 25 pm aufweist. Projektionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei die Strahlung des Projektors (4) im Wesentlichen rein p-polarisiert ist. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahlung des Projektors (4) mit einem Einfallswinkel von 55° bis 70° auf das Substrat (GS1) trifft. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Reflexionsbeschichtung (20) eine geometrische Dicke von 5 nm bis 700 nm, aufweist. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Reflexionsbeschichtung (20) zwischen dem ersten Substrat (GS1) und einem zweiten Substrat (GS2) angeordnet ist.
7. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Folie (F), dem ersten Substrat (GS1) und dem zweiten Substrat (GS2) eine Zwischenschicht (ZS) angeordnet ist.
8. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Substratanordnung (10), aufweisend
• das Substrat (GS1) mit dem HUD-Bereich (B),
• wobei das Substrat (GS1) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren,
• wobei benachbart zur Reflexionsbeschichtung (20) die Folie (F) in einem Abstand von weniger als 0,85 mm angeordnet ist, die geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren.
9. Projektionsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratanordnung (10) das zweite Substrat (GS2) umfasst und die Reflexionsbeschichtung (20) zwischen dem ersten Substrat (GS1) und dem zweiten Substrat (GS2) angeordnet ist.
10. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Strahlengang entweder zuerst die Reflexionsbeschichtung (20) und dann die Folie (F) angeordnet ist, oder zuerst die Folie (F) und dann die Reflexionsbeschichtung (20).
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