WO2022122640A1 - Verbundscheibe für ein head-up-display - Google Patents

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WO2022122640A1
WO2022122640A1 PCT/EP2021/084362 EP2021084362W WO2022122640A1 WO 2022122640 A1 WO2022122640 A1 WO 2022122640A1 EP 2021084362 W EP2021084362 W EP 2021084362W WO 2022122640 A1 WO2022122640 A1 WO 2022122640A1
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film
pane
reflective film
composite
laminated
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PCT/EP2021/084362
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Arthur PALMANTIER
Valentin SCHULZ
Giulia CROCI
Thomas Gallinelli
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Saint-Gobain Glass France
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    • G02B2027/0194—Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects

Definitions

  • HUDs head-up displays
  • Images are projected onto the windshield with a projector, typically in the area of the dashboard, where they are reflected and perceived by the driver as a virtual image (from his perspective) behind the windshield.
  • a projector typically in the area of the dashboard
  • Head-up displays can thus make a significant contribution to increasing road safety.
  • the head-up displays described above have the problem that the projected image is reflected on both surfaces of the windshield.
  • the driver not only perceives the desired main image, which is caused by the reflection on the interior surface of the windshield (primary reflection).
  • the driver also perceives a slightly offset secondary image, which is usually of weaker intensity, which is caused by the reflection on the outside surface of the windshield (secondary reflection).
  • the latter is also commonly referred to as a ghost image.
  • This problem is commonly solved by arranging the reflective surfaces at a deliberate angle to each other so that the main image and ghost image are superimposed, making the ghost image less noticeable.
  • Windshields consist of two panes of glass that are laminated together with a thermoplastic film. When the surfaces of the glass sheets are to be placed at an angle as described, it is common to use a thermoplastic sheet of non-constant thickness.
  • a wedge-shaped foil or wedge foil The angle between the two surfaces of the film is called the wedge angle.
  • the wedge angle can be constant over the entire film (linear change in thickness) or change as a function of position (non-linear change in thickness).
  • Laminated glasses with wedge foils are known, for example, from WO2009/071135A1, EP1800855B1 or EP1880243A2.
  • DE 10 2014 220 189 A1 discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate a HUD image. Since the angle of incidence is typically close to Brewster's angle and p-polarized radiation is therefore reflected only to a small extent by the glass surfaces, the windshield has a reflective structure that can reflect p-polarized radiation in the direction of the driver.
  • DE 10 2019 002 952 A1 discloses a composite pane with a head-up display and sensor area, the composite pane comprising a film that reflects at least 8% of light in the visible range of the spectrum and the film has a gap in the sensor area.
  • the object of the present invention is to provide such an improved composite pane and projection arrangement comprising such a composite pane.
  • a recess in the reflective film in the sensor area of the composite pane enables improved transmission of p-polarized radiation in the sensor area, while at the same time the high reflectivity for p-polarized radiation desired in the HUD area is retained.
  • the compensating film ensures a homogeneous thickness of the thermoplastic intermediate layer within the sensor area. The inventors were able to determine that without the use of a compensating film, local deformation of the composite pane occurs, which causes optical distortions in the sensor area and influences the function of a sensor arranged behind the composite pane.
  • the laminated pane is intended to separate the interior from the outside environment in a window opening, in particular the window opening of a vehicle.
  • the inner pane refers to the pane of the laminated pane facing the interior (in particular the vehicle interior).
  • the outer pane refers to the pane facing the outside environment.
  • the laminated pane is preferably a vehicle windshield (particularly the windshield of a motor vehicle, for example a car or truck).
  • the composite pane can also be a side pane or a roof pane of a vehicle.
  • the laminated pane has an upper edge and a lower edge as well as two side edges running in between.
  • the top edge designates that edge which is intended to point upwards in the installation position.
  • the lower edge designates that edge which is intended to point downwards in the installation position.
  • the upper edge is often referred to as the roof edge and the lower edge as the engine edge.
  • the degree of reflection describes the proportion of the total radiated radiation that is reflected. It is given in percent (%), based on 100% of the irradiated radiation, or as a unitless number from 0 to 1, normalized to the irradiated radiation. Plotted as a function of the wavelength, it forms the reflection spectrum. Unless otherwise stated, the statements on the degree of reflection compared to p-polarized radiation relate in the context of the present invention to the degree of reflection measured at an angle of incidence of 65° to the interior surface normal in the spectral range from 400 nm to 680 nm Reflection spectrum refers to a reflection measurement with a light source that radiates evenly in the spectral range under consideration with a normalized radiation intensity of 100%.
  • the compensating film is suitable in its orientation towards the upper edge of the laminated pane to transmit at least 20% of the p-polarized light impinging on the film, ie it has a transmittance of at least 20% for p-polarized light.
  • the transmittance is determined in the same way as the reflectance and refers to a spectral range from 400 nm to 680 nm.
  • the reflective foil preferably has a thickness between 20 ⁇ m (microns) and 120 ⁇ m, particularly preferably between 30 ⁇ m and 90 ⁇ m, very particularly preferably between 50 ⁇ m and 75 ⁇ m.
  • the reflective film is preferably a film based on polyethylene terephthalate (PET), which has a coating comprising a stack of copolymer layers based on PET and/or polyethylene naphthalate (PEN).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the coating is preferably applied to the interior-side surface, ie the surface that faces the vehicle interior.
  • the coating is preferably coextruded directly with the PET-based film, but can also be produced by means of other coating methods such as spin coating or gas phase deposition. Suitable reflective films are described in US Pat. No. 5,882,774 A, for example.
  • the first thermoplastic composite film and the second thermoplastic composite film can be formed independently of one another by a single film or by more than one film.
  • the first thermoplastic composite film and the second thermoplastic composite film can be between 20 pm (microns) and 2 mm thick.
  • the first thermoplastic composite film and/or the second thermoplastic composite film can, for example between 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm, for example 0.38 mm or 0.76 mm thick.
  • the thickness of the first thermoplastic composite film and the thickness of the second thermoplastic composite film is preferably constant over the entire length, so the intermediate layers preferably have a rectangular cross section. Accordingly, in a preferred embodiment, the composite films are not wedge films. If the first thermoplastic composite film or the second thermoplastic composite film is a functional composite film with acoustically damping properties, it is preferably 0.51 mm or 0.84 mm thick.
  • thermoplastic composite film or the second thermoplastic composite film or both the first thermoplastic composite film and the second thermoplastic composite film is a functional intermediate layer.
  • a “functional intermediate layer” is a composite film that has at least one special function, in particular an acoustic function, a color function, a solar function or a combination of these functions.
  • Acoustically damping composite films are generally characterized by what is known as a mechanical impedance measurement (MIM, mechanical impedance measurement). This is a standardized procedure that can be found in ISO 16940, from which the damping can be calculated by measuring the natural frequencies. According to the standard, the acoustically damping composite film to be examined is laminated between two glass panes with a thickness of 2.1 mm in order to enable a corresponding comparison with different glass thicknesses. The person skilled in the art is thus able to select suitable intermediate layers using a well-known standardized measurement method.
  • MIM mechanical impedance measurement
  • the mechanical impedance measurement is carried out at the earliest one month after the production of the laminated glass. Furthermore, the acoustically damping composite film itself is laminated to form a composite glass with the two glass panes of 2.1 mm thickness at the earliest one month after its production. This ensures that a stable state has developed at the time of the measurement.
  • an acoustically damping composite film is used as the first composite film, in which the damping factor r
  • MIM mechanical impedance measurement
  • the reflective foil preferably extends over at least 80% of the pane surface.
  • the reflective film is over the entire surface between the first thermoplastic intermediate layer and the second thermoplastic intermediate layer arranged with the exception of the recess according to the invention and optionally a peripheral edge region which, as a communication window, is intended to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the laminated pane, so that no reflective film is therefore preferably arranged there.
  • the peripheral edge area, in which no reflective film is arranged has a width of up to 20 cm, for example, in particular a width of 20 mm. It also prevents direct contact between the reflective foil and the surrounding atmosphere, so that the reflective foil inside the laminated pane is protected from corrosion and damage.
  • the reflective foil extends over the entire pane surface with the exception of the recess, i.e. 100% of the pane surface minus the area of the recess.
  • a laminated pane according to the invention can additionally include a cover print, in particular made of a dark, preferably black, enamel.
  • the masking print is in particular a peripheral, i.e. frame-like, masking print.
  • the peripheral masking print primarily serves as UV protection for the assembly adhesive of the laminated pane.
  • the cover print can be opaque and full-surface.
  • the cover print can also be semi-transparent, at least in sections, for example as a dot grid, stripe grid or checkered grid.
  • the covering print can also have a gradient, for example from an opaque covering to a semi-transparent covering.
  • the covering print is designed in such a way that the side edges of the reflective film are covered by it when the laminated pane is viewed from above.
  • the masking print is preferably enlarged around the communication, sensor or camera windows in the direction of the center of the pane, so that the cut edges of the recess(es) also around the communication, sensor or Camera windows are covered by the masking print.
  • the outer pane and/or the inner pane can have anti-reflection coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings, electrically heatable coatings, sun protection coatings and/or low-E coatings.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass, in particular of 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. Disks with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm. However, it is also possible for the outer pane and/or the inner pane to have a thickness of 0.55 mm or 0.7 mm.
  • the outer pane and the inner pane can be clear and colorless, but also tinted or tinted, independently of one another.
  • the total transmission through the laminated glass is greater than 70%.
  • the term total transmission refers to the procedure specified by ECE-R 43, Appendix 3, Section 9.1 for testing the light transmittance of motor vehicle windows.
  • the outer pane and the inner panes can be unprestressed, partially prestressed or prestressed independently of one another. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the laminated pane according to the invention is preferably curved in one or more spatial directions, as is customary for motor vehicle panes, with typical radii of curvature being in the range from about 10 cm to about 40 m.
  • the composite pane according to the invention can also be flat, for example if it is intended as a pane for buses, trains or tractors.
  • the first thermoplastic composite film and/or the second thermoplastic composite film is a functional intermediate layer with a color function. This means the intermediate layer is colored or tinted.
  • the intermediate layer can be tinted or colored over its entire surface.
  • the intermediate layer can also have a color gradient or a colored pattern.
  • the coloring or tinting is designed in such a way that the laminated pane has a light transmission of more than 70% in the spectral range from 380 nm to 780 nm.
  • the coloring or tinting can also be darker and the composite panes can thus have a light transmission of 70% or less in the spectral range from 380 nm to 780 nm.
  • the first thermoplastic composite film and/or the second thermoplastic composite film is a functional intermediate layer with a solar function, in particular with infrared radiation-absorbing properties, such as a PVB film containing indium tin oxide (ITO) particles.
  • a solar function in particular with infrared radiation-absorbing properties, such as a PVB film containing indium tin oxide (ITO) particles.
  • ITO indium tin oxide
  • the first thermoplastic composite film and/or the second thermoplastic composite film can also be a functional intermediate layer in which two or more functional properties are combined, for example acoustically damping properties with a color function and/or a solar function.
  • the laminated pane according to the invention can be produced by methods known per se.
  • the outer pane, the inner pane and the intermediate reflective foil and compensating foil are laminated together over the thermoplastic composite foils, for example by autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calendering processes, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the outer pane and inner pane are usually connected under the action of heat, vacuum and/or pressure.
  • the recess according to the invention can be made using methods customary in the art, such as laser cutting methods or also cutting to size using a knife blade.
  • the outer pane and the inner pane are preferably subjected to a bending process before lamination. Those are preferred The outer pane and the inner pane are bent congruently together (ie at the same time and using the same tool), because this means that the shape of the panes is optimally matched to one another for the lamination that takes place later.
  • Typical temperatures for glass bending processes are 500°C to 700°C, for example.
  • the invention also relates to a projection arrangement for a head-up display (HUD) comprising at least one composite pane according to the invention, a sensor and a projector.
  • HUD head-up display
  • the projector illuminates an area of the windshield where the radiation is reflected toward the viewer (driver), creating a virtual image that the viewer sees behind the windshield as seen from behind.
  • the area of the windshield that can be irradiated by the projector is referred to as the HUD area.
  • the beam direction of the projector can typically be varied using mirrors, particularly vertically, in order to adapt the projection to the viewer's height.
  • the area in which the viewer's eyes must be located for a given mirror position is referred to as the eyebox window.
  • This eyebox window can be shifted vertically by adjusting the mirrors, with the entire area accessible in this way (that is to say the superimposition of all possible eyebox windows) being referred to as the eyebox.
  • a viewer located within the eyebox can perceive the virtual image. Of course, this means that the viewer's eyes must be inside the eyebox, not the entire body.
  • the proportion of p-polarized radiation in the total radiation of the projector is at least 70%.
  • the proportion of p-polarized radiation in the total radiation of the projector is at least 80%, particularly preferably the proportion of p-polarized radiation in the total radiation of the projector is 80% or 100% %, most preferably 100%.
  • the specification of the direction of polarization refers to the plane of incidence of the radiation on the laminated pane.
  • P-polarized radiation is radiation whose electric field oscillates in the plane of incidence.
  • S-polarized radiation is radiation whose electric field oscillates perpendicular to the plane of incidence.
  • the plane of incidence is spanned by the incidence vector and the surface normal of the composite pane in the geometric center of the HUD area.
  • the radiation from the projector preferably strikes the laminated pane at an angle of incidence of 50° to 80°, in particular 55° to 70°, typically around 65°, as is usual with HUD projection arrangements.
  • the angle of incidence is the angle between the incidence vector of the projector radiation and the surface normal at the geometric center of the HUD area. Since the angle of incidence of around 65°, which is typical for HUD projection arrangements, is relatively close to the Brewster angle for an air-glass transition (56.5°, soda-lime glass), the p-polarized radiation components of the radiation emitted by the projector are emitted by the pane surfaces hardly reflected.
  • the reflective foil contained in the laminated pane is optimized for the reflection of p-polarized radiation. In this way, the image perceived by the viewer is not, or only to a very small extent, distorted by a ghost image. A wedge-shaped intermediate layer can thus be dispensed with.
  • the projection arrangement for a HUD according to the invention is particularly suitable for attaching a sensor to the windshield, in particular sensors in the field of ADAS systems.
  • ADAS systems refers to modern driver assistance systems that use environmental sensors based on ultrasound, radar, lidar and/or camera technology, for example.
  • One or more of these or other sensors can be attached in the area of the windshield.
  • a sensor for example a camera, in the beam path of which the reflective film is located, can only perceive the light transmitted by the reflective film, which means that high transmission is desirable when using a sensor behind the windshield.
  • the transmission of p-polarized light should outweigh that of s-polarized light and be as high as possible.
  • the polarization ratio of the transmitted light is crucial in order to avoid glare effects that occur in wet road conditions and limit the camera view.
  • To suppress these glare effects the transmission of p-polarized light must outweigh the transmission of s-polarized light.
  • the requirement for good HUD image quality, which necessitates a high degree of reflection of p-polarized light on the reflective foil, is in conflict with the high transmission desired for camera applications.
  • the projection arrangement according to the invention solves this problem by providing a gap in the reflecting film in the sensor area and introducing a compensating film with high transmission for p-polarized light.
  • 10% to 50%, preferably 15% to 30%, particularly preferably 20% to 25% of the p-polarized light emitted by the projector and impinging on the reflective film of the composite pane are emitted from the reflective film in the direction reflected by the viewer.
  • the invention also includes the use of a composite pane designed according to the invention in a motor vehicle, preferably a passenger car, as a windshield that serves as a projection surface of a projection arrangement for a head-up display.
  • a composite pane designed according to the invention can also be used as a side pane or as a roof pane in a motor vehicle, preferably a passenger car. In these cases, too, the laminated pane can serve as a projection surface of a projection arrangement for a head-up display.
  • the preferred configurations described above apply correspondingly to the use.
  • FIG. 1 shows a top view of a projection arrangement according to the invention as a head-up display with a HUD area and a sensor area
  • 2 shows a cross section along the section line AA′ through the projection arrangement of FIG. 1,
  • thermoplastic intermediate layer 3 shows the laminated pane of FIG. 2 with a detailed layer structure of the thermoplastic intermediate layer 3.
  • FIGS. 1 and 2 show a projection arrangement according to the invention for a HUD, FIG. 1 showing a top view and FIG. 2 showing a cross section along the section line AA′ of FIG.
  • the projection arrangement comprises a composite pane 1 as a windshield, in particular as a windshield of a passenger car.
  • the projection arrangement also includes a projector 12 which is directed onto an area of the laminated pane 1 .
  • images can be generated by the projector 12, which are perceived by a viewer 11 (vehicle driver) as virtual images on the side of the laminated pane 1 facing away from him when his eyes located within the so-called eyebox E.
  • the laminated pane 1 also has a sensor area S, which serves to use the pane with a sensor 13 .
  • the sensor 13 is attached behind the laminated pane 1 , ie on the surface of the inner pane 6 bordering on the vehicle interior, and detects the light passing through the laminated pane 1 in the sensor area S.
  • the laminated pane 1 is made up of an outer pane 2 and an inner pane 6 which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3 .
  • a reflecting film 4 and a compensating film 8 are embedded in the thermoplastic intermediate layer 3; the layer structure is described in more detail in FIG.
  • a recess 9 is made in the reflecting film 4, in which the compensating film 8 is inserted.
  • the edges of the recess 9 and the compensating film 8 are covered by an opaque cover print, not shown.
  • the lower edge U of the laminated pane 1 is arranged downwards towards the engine of the passenger car, its upper edge O upwards towards the roof.
  • the outer pane 2 faces the outside environment, and the inner pane 6 faces the vehicle interior.
  • the reflective film 4 is inserted in the laminated pane 1 in such a way that the first preferred direction V1, which corresponds to the axis of the s-polarized light and in which s-polarized light is preferably transmitted, runs parallel to the top edge O of the laminated pane 1.
  • the compensating film 8 is inserted within the recess 9 and consists of the material of the reflecting film 4, the compensating film 8 being arranged such that the second preferred direction (V2) corresponds to the axis of the p-polarized light and in which p-polarized light is preferably reflected, is oriented parallel to the top edge O of the laminated pane 1 .
  • the radiation of the projector 4 is p-polarized, in particular essentially purely p-polarized. Since the projector 12 irradiates the windshield 1 at an angle of incidence of approximately 65°, which is close to Brewster's angle, the radiation from the projector is reflected only insignificantly on the external surfaces I, IV of the composite pane 1 .
  • the reflective film 4 on the other hand, is optimized for the reflection of p-polarized radiation. It serves as a reflection surface for the radiation from the projector 12 for generating the HUD projection.
  • FIG. 3 shows the laminated pane of FIG. 2 with a detailed layer structure of the thermoplastic intermediate layer 3.
  • the outer pane 2 and the inner pane 6 consist, for example, of soda-lime glass.
  • the outer pane 2 has an outside surface I (also referred to as the outside of the outer pane), which faces the exterior in the installed position, and an interior surface II (also referred to as the inside of the outer pane), which faces the interior in the installed position.
  • the inner pane 6 has an outside surface III (also referred to as the inside of the inner pane), which faces the outside environment in the installed position, and an inside surface IV (also referred to as the outside of the inner pane), which faces the interior in the installed position.
  • the outer pane 2 has a thickness of 2.1 mm, for example, and the inner pane 6 has a thickness of 1.6 mm.
  • the first thermoplastic composite film 3a is formed from a single layer of thermoplastic material, for example a PVB film with a thickness of 0.76 mm or a PVB film with acoustically damping properties with a thickness of 0.81 mm.
  • the second thermoplastic composite film 3b is designed as a PVB film with a thickness of 0.38 mm.
  • the composite pane 1 also includes a reflective film 4, which is arranged between the first thermoplastic composite film 3a and the second thermoplastic composite film 3b.
  • the reflective foil 4 is metal-free and suitable for reflecting at least 5%, for example 20% to 25%, of p-polarized light incident on the foil 4 .
  • the reflective film 4 is inserted in the laminated pane 1 in such a way that the first preferred direction V1, which corresponds to the axis of the s-polarized light and in which s-polarized light is preferably transmitted, is parallel to the upper edge O of the Composite pane 1 runs.
  • a compensating film 8 is inserted inside the recess 9, which consists of the material of the reflecting film 4, the compensating film 8 being arranged in such a way that the second preferred direction (V2), which corresponds to the axis of the p-polarized light and in the p- polarized light is preferably reflected, is oriented parallel to the upper edge O of the laminated pane 1 .
  • the reflective film 4 is 55 ⁇ m thick, for example, and is a PET-based film, for example, which is coated with a stack of copolymer layers based on PET and PEN.
  • the reflective film 4 is arranged over the entire surface between the first thermoplastic intermediate layer 3 and the second thermoplastic intermediate layer 5 with the exception of the recess 9 according to the invention and a peripheral edge area R.
  • the peripheral edge area R in which no reflective film 4 is arranged, has a width of, for example 20mm up.
  • the invention is illustrated by the following example according to the invention and comparative example not according to the invention.
  • All optical properties of the laminated panes according to the examples and the comparative example were measured in the laminated state.
  • the PVB films are untinted.
  • a commercially available HUD film intended for operation with p-polarized HUD light sources is used as the reflective film 4 .
  • the examples and comparative examples have the same basic structure described, but differ in the orientation of the reflective film used in the sensor area S of the laminated pane 1.
  • the laminated pane 1 according to the invention according to the example corresponds to the basic structure of FIGS. 1-3 with the layer sequence just described.
  • the recessed section of the reflective film 4 was removed, rotated through 90° and inserted into the recess as a compensating film 8.
  • the composite pane not according to the invention according to the comparative example has the same layer sequence and the basic structure according to FIGS. 1 to 3, with the difference that there is no gap in the reflective film and no compensating film is inserted.
  • the polarization ratio PR and the red ratio referred to as the red ratio (RR) are determined in the sensor area of the laminated panes.
  • total light transmission refers to the procedure specified by ECE-R 43, Appendix 3, Section 9.1 for testing the light transmittance of motor vehicle windows.
  • the specifications specified by the sensor manufacturer must be met in order to ensure successful marketing of the laminated pane as a windshield with a sensor area.
  • a system that is frequently used as a sensor is the camera system marketed under the name Mobileye.
  • Table 1 shows the limit values to be met for the Mobileye camera system and the fulfillment of this specification by the laminated panes according to the example and comparison example. If the specification is met by the composite pane of the example or comparative example, i.e. a value above the limit value is achieved, then the entry “yes” is entered in the table, unless the entry “no”.
  • the polarization ratio PR required for the use of the camera system is only met with the solution according to the invention according to the example.

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Abstract

Verbundscheibe (1) für ein Head-Up-Display (HUD) mit einer Oberkante (O), einer Unterkante (U), einem HUD-Bereich (B) und einem Sensorbereich (S), mindestens umfassend eine Außenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenseitigen Oberfläche (II), eine Innenscheibe (6) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenseitigen Oberfläche (IV), eine thermoplastische Zwischenschicht (3), die die innenseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe (2) mit der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (6) verbindet, wobei in der thermoplastischen Zwischenschicht (3) eine reflektierende Folie (4) eingelagert ist, die metallfrei ist und in ihrer Orientierung zur Oberkante (O) geeignet orientiert ist um mindestens 5 % von auf die Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren, und wobei die reflektierende Folie (4) innerhalb des Sensorbereichs (S) mindestens eine Aussparung (9) aufweist und in der Aussparung (9) eine Ausgleichsfolie (8) angebracht ist, die in ihrer Orientierung zur Oberkante (O) geeignet orientiert ist um mindestens 20 % von auf die Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu transmittieren und deren Grundmaterial auf dem Material der reflektierenden Folie (4) basiert und deren Dicke um maximal 5 % von der Dicke der reflektierenden Folie (4) abweicht, wobei die reflektierende Folie (4) eine erste Vorzugsrichtung (V1) aufweist, die der Achse des s-polarisierten Lichtes entspricht und in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, und eine zweite Vorzugsrichtung (V2) orthogonal zur ersten Vorzugsrichtung (V1) aufweist, die der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht und in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird, und wobei die reflektierende Folie (4) derartig in der Verbundscheibe (1) orientiert ist, dass die erste Vorzugsrichtung (V1) im Wesentlichen parallel zur Oberkante (O) verläuft.

Description

Verbundscheibe für ein Head-Up-Display
Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe und 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 Armaturenbretts, werden Bilder auf die Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (von ihm 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.
Bei den vorstehend beschriebenen Head-Up-Displays tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch nimmt der Fahrer nicht nur das gewünschte Hauptbild wahr, welches durch die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen wird (Primärreflexion). Der Fahrer nimmt auch ein leicht versetztes, in der Regel intensitätsschwächeres Nebenbild wahr, welches durch die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen wird (Sekundärreflexion). Letzteres wird gemeinhin auch als Geisterbild („Ghost“) bezeichnet. Dieses Problem wird gemeinhin dadurch gelöst, dass die reflektierenden Oberflächen mit einem bewusst gewählten Winkel zueinander angeordnet werden, so dass Hauptbild und Geisterbild überlagert werden, wodurch das Geisterbild nicht mehr störend auffällt.
Windschutzscheiben bestehen aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Folie miteinander laminiert sind. Sollen die Oberflächen der Glasscheiben wie beschrieben in einem Winkel angeordnet werden, so ist es üblich, eine thermoplastische Folie mit nichtkonstanter Dicke zu verwenden. Man spricht auch von einer keilförmigen Folie oder Keilfolie. Der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der Folie wird als Keilwinkel bezeichnet. Der Keilwinkel kann über die gesamte Folie konstant (lineare Dickenänderung) sein oder sich positionsabhängig ändern (nichtlineare Dickenänderung). Verbundgläser mit Keilfolien sind beispielsweise aus W02009/071135A1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt. Die Strahlung des HUD-Projektors ist typischerweise im Wesentlichen s-polarisiert aufgrund der besseren Reflexionscharakteristik der Windschutzscheibe im Vergleich zur p-Polarisation. Trägt der Fahrer jedoch eine polarisationsselektive Sonnenbrille, welche lediglich p- polarisiertes Licht transmittiert, so kann er das HUD-Bild kaum oder gar nicht wahrnehmen. Es besteht daher Bedarf an HUD-Projektionsanordnungen, welche mit polarisationsselektiven Sonnenbrillen kompatibel sind.
Die DE 10 2014 220 189 A1 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p- polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen. Da der Einstrahlwinkel typischerweise nahe dem Brewsterwinkel liegt und p-polarisierte Strahlung daher nur in geringem Maße von den Glasoberflächen reflektiert wird, weist die Windschutzscheibe eine reflektierende Struktur auf, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Fahrers reflektieren kann. Als reflektierende Struktur wird eine einzelne metallische Schicht vorgeschlagen mit einer Dicke von 5 nm bis 9 nm, beispielsweise aus Silber oder Aluminium, die auf der dem Innenraum des PKWs abgewandeten Außenseite der Innenscheibe aufgebracht ist.
In der US 2004/0135742 A1 ist ebenfalls eine HUD-Projektionsanordnung offenbart, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen, und eine reflektierende Struktur aufweist, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Fahrers reflektieren kann. Als reflektierende Struktur werden die in der US 5,882,774 A offenbarten mehrlagigen Polymerschichten vorgeschlagen.
DE 10 2019 002 952 A1 offenbart eine Verbundscheibe mit Head-Up Display und Sensorbereich, wobei die Verbundscheibe eine Folie umfasst, die eine Reflektion von mindestens 8 % des Lichtes im sichtbaren Bereich des Spektrums aufweist und die Folie eine Aussparung im Sensorbereich aufweist.
Die im HUD gezeigten Informationen, wie Geschwindigkeit oder auch Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen, werden über im Fahrzeug integrierte Fahrassistenzsysteme bestimmt. Solche Fahrassistenzsysteme gewinnen mit zunehmender Entwicklung autonom fahrender Fahrzeuge immer mehr Bedeutung, so dass neu entwickelte Fahrzeugverglasungen selbstverständlich mit diesen kompatibel sein müssen. Moderne Fahrassistenzsysteme werden häufig auch mit dem Begriff ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) bezeichnet und nutzen beispielsweise Ultraschall-, Radar-, Lidar- und/oder Kameratechnik. Je nach Art und Anwendung der Sensoren werden diese auch im Bereich der Fahrzeugverglasung, beispielsweise hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, angebracht. Dabei ist darauf zu achten, dass die entsprechende Fahrzeugverglasung eine gute Transmission der vom Sensor zu detektierenden Strahlung aufweist. Darüber hinaus arbeiten diese Sensoren mit Polarisationskontrast, das heißt sie nutzen die unterschiedliche Transmission von s- und p-polarisierter Strahlung aus. Ein Maß hierfür ist das sogenannte Polarisationsverhältnis, das heißt der Quotient aus p-polarisierter zu s-polarisierter Strahlungsintensität. Etwaige Beschichtungen der Fahrzeugverglasung, wie beispielsweise Heizschichten oder Reflektionsbeschichtungen, oder auch reflektierende Strukturen, die p-polarisierte Strahlung bevorzugt reflektieren, gehen in der Regel mit einer verminderten Transmission einher.
Demnach besteht Bedarf an Verbundscheiben für HUD-Projektionsanordnungen, die eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung im HUD-Bereich aufweisen und gleichzeitig eine ausreichend hohe Transmission und ein hohes Polarisationsverhältnis für hinter der Verglasung befindliche Kamerasysteme garantieren. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Verbundscheibe und Projektionsanordnung umfassend eine solche Verbundscheibe bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe weist einen HUD-Bereich, der als Projektionsfläche für ein HUD-Bild genutzt werden kann, und einen Sensorbereich auf, in dem ein Sensor hinter der Verbundscheibe angebracht werden kann, in dessen Strahlengang die Verbundscheibe liegt. In der thermoplastischen Zwischenschicht der Verbundscheibe ist eine reflektierende Folie eingelagert, die metallfrei ist und in ihrer Orientierung zur Oberkante der Verbundscheibe geeignet ist mindestens 5 % von auf die Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren. Innerhalb des Sensorbereichs weist die reflektierende Folie mindestens eine Aussparung auf. In der Aussparung ist eine Ausgleichsfolie angebracht, deren Grundmaterial auf dem Material der reflektierenden Folie basiert und deren Dicke um maximal 5 % von der Dicke der reflektierenden Folie abweicht. Die Ausgleichsfolie ist in ihrer zur Oberkante der Verbundscheibe vorliegenden Orientierung geeignet mindestens 20 % des auf die Folie auftreffenden p-polarisierten Lichtes zu transmittieren.
Die reflektierende Folie weist eine erste Vorzugsrichtung und eine zweite Vorzugsrichtung auf, die zueinander orthogonal stehen und sich voneinander darin unterscheiden ob eine bevorzugte Transmission oder Reflektion von Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung stattfindet. Eine erste Vorzugsrichtung der reflektierenden Folie entspricht der Achse des s- polarisierten Lichtes, in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, während die dazu orthogonale zweite Vorzugsrichtung der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht, in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird. Die reflektierende Folie ist dabei derartig in der Verbundscheibe angeordnet, dass die erste Vorzugsrichtung im Wesentlichen parallel zur Oberkante verläuft und im Einbauzustand der Verbundscheibe in einer Fahrzeugkarosserie eine vergleichsweise hohe Transmission von s-polarisiertem Licht durch die Verbundscheibe in den Fahrzeuginnenraum erfolgt, während die Transmission von p-polarisiertem Licht vergleichsweise gering ist. P-polarisiertes Licht wird in dieser Orientierung der reflektierenden Folie im Einbauzustand der Verbundscheibe bevorzugt reflektiert. Somit ist die Verbundscheibe im Bereich der reflektierenden Folie, in dem auch der HUD-Bereich liegt, gut geeignet als Head-Up-Display-Projektionsanordnung unter Verwendung eines Projektors mit p-polarisiertem Licht. Eine hohe Reflektion p-polarisierter Strahlung bewirkt dabei ein optisch hochwertiges HUD-Bild.
Eine Aussparung der reflektierenden Folie im Sensorbereich der Verbundscheibe ermöglicht eine verbesserte Transmission p-polarisierter Strahlung im Sensorbereich, wobei gleichzeitig die im HUD-Bereich gewünschte hohe Reflektivität für p-polarisierte Strahlung erhalten bleibt. Die Ausgleichsfolie gewährleistet dabei eine homogene Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht innerhalb des Sensorbereichs. Die Erfinder konnten feststellen, dass ohne Verwendung einer Ausgleichsfolie eine lokale Verformung der Verbundscheibe eintritt, die optische Verzerrungen im Sensorbereich bewirkt und die Funktion eines hinter der Verbundscheibe angeordneten Sensors beeinflusst. Um eine solche lokale Verformung der Verbundscheibe zu vermeiden sollte die Ausgleichsfolie in ihren Eigenschaften möglichst der reflektierenden Folie entsprechen, mit dem Unterschied, dass für die Ausgleichsfolie im Einbauzustand der Verbundscheibe in einem Fahrzeug eine hohe Transmission p- polarisierten Lichtes erzielt werden soll. Dazu entspricht die Ausgleichsfolie in ihrem Grundmaterial dem Grundmaterial der reflektierenden Folie und weicht in ihrer Dicke um maximal 5 % von der Dicke der reflektierenden Folie ab. Dadurch können optische Verzerrungen im Sensorbereich minimiert werden.
Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung, insbesondere der Fensteröffnung eines Fahrzeugs, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum (insbesondere Fahrzeuginnenraum) zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Verbundscheibe ist bevorzugt eine Fahrzeug-Windschutzscheibe (insbesondere die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personen- oder Lastkraftwagens). Die Verbundscheibe kann aber auch eine Seitenscheibe oder eine Dachscheibe eines Fahrzeugs sein.
Die Verbundscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante auf sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Die Oberkante wird häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkante. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die erfindungsgemäß in der Verbundscheibe eingelagerte reflektierende Folie reflektiert einen Anteil von mindestens 5 % des auf die Folie auftreffenden p-polarisierten Lichtes, weist also einen Reflektionsgrad von mindestens 5 % auf. Hierbei wird der Reflexionsgrad gemessen mit einem Einfallswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen in einem Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm. Der zur Messung verwendete Einfallswinkel von 65° entspricht etwa der Bestrahlung durch übliche Projektoren. Der Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm wurde zur Charakterisierung der Reflexionseigenschaften herangezogen, weil der optische Eindruck eines Betrachters in erster Linie durch diesen Spektralbereich geprägt wird. Außerdem deckt er die für die HUD-Darstellung relevanten Wellenlängen ab (RGB: 473 nm, 550 nm, 630 nm). Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Reflexionsgrad im gesamten Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm mindestens 15 %, bevorzugt mindestens 20 % beträgt, so dass der Reflexionsgrad im angegeben Spektralbereich an keiner Stelle unter den angegebenen Werten liegt.
Der Reflexionsgrad beschreibt den Anteil der insgesamt eingestrahlten Strahlung, der reflektiert wird. Er wird in Prozent (%) angegeben, bezogen auf 100% der eingestrahlten Strahlung, oder als einheitenlose Zahl von 0 bis 1 , normiert auf die eingestrahlte Strahlung. Aufgetragen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet er das Reflexionsspektrum. Die Ausführungen zum Reflexionsgrad gegenüber p-polarisierter Strahlung beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den Reflexionsgrad gemessen mit einem Einfallswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen im Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm. Die Angaben zum Reflexionsgrad beziehungsweise zum Reflexionsspektrum beziehen sich auf eine Reflexionsmessung mit einer Lichtquelle, die im betrachteten Spektral be re ich gleichmäßig abstrahlt mit einer normierten Strahlungsintensität von 100%.
Die oben genannten gewünschten Reflexionscharakteristika der reflektierenden Folie werden insbesondere durch die Wahl der Materialien und Dicken der Einzelschichten sowie den Schichtaufbau der reflektierenden Folie erreicht. Geeignete reflektierende Folien sind kommerziell erhältlich.
Die Ausgleichsfolie ist erfindungsgemäß in ihrer zur Oberkante der Verbundscheibe vorliegenden Orientierung geeignet mindestens 20 % des auf die Folie auftreffenden p- polarisierten Lichtes zu transmittieren, weist also einen Transmissionsgrad von mindestens 20 % für p-polarisiertes Licht auf. Der Transmissionsgrad wird analog zum Reflektionsgrad bestimmt und bezieht sich auf einen Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm.
Verfahren zur Messung der Reflektions- und Transmissionsgrade von Folien sowie von Scheiben sind dem Fachmann bekannt und können mittels kommerziell erhältlicher Messgeräte durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Verbundscheibe weicht die Dicke der Ausgleichsfolie um maximal 3 %, bevorzugt um maximal 2 %, besonders bevorzugt um maximal 1 %, von der Dicke der reflektierenden Folie ab. Dadurch können optische Verzerrungen innerhalb des Sensorbereichs weiter minimiert werden. Insbesondere beträgt die Dickenabweichung der Ausgleichsfolie zur reflektierenden Folie weniger als 0,5 % und beträgt beispielsweise 0,0 %. Sind die Dicken der Ausgleichsfolie und der reflektierenden Folie nahezu identisch oder identisch, so werden optische Verzerrungen nahezu vollständig oder vollständig vermieden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Ausgleichsfolie aus dem Material der reflektierenden Folie, wobei die Ausgleichsfolie so eingebracht ist, dass die zweite Vorzugsrichtung im Wesentlichen parallel zur Oberkante der Verbundscheibe verläuft. In dieser Orientierung relativ zur Oberkante weist die reflektierende Folie eine hohe Transmission für p-polarisiertes Licht auf, so dass im Einbauzustand der Verbundscheibe in einer Fahrzeugkarosserie genügend p-polarisiertes Licht transmittiert um einen hinter der Verbundscheibe, also im Fahrzeuginnenraum, angeordneten auf p-polarisiertem Licht basierenden Sensor zu betreiben. Um optische Verzerrungen vollständig oder nahezu vollständig zu vermeiden ist die Verwendung der reflektierenden Folie als Ausgleichsfolie aufgrund der exakt gleichen Dicke der Folien optimal. Wahlweise und in Abhängigkeit von der Geometrie der Aussparung kann der innerhalb der Aussparung entfernte Folienabschnitt um 90° rotiert und als Ausgleichsfolie eingesetzt werden oder alternativ dazu ein davon unabhängiger Abschnitt der reflektierenden Folie in der entsprechenden Vorzugsrichtung zugeschnitten und in die Aussparung eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist die reflektierende Folie geeignet, einen Anteil von 10 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 30 %, besonders bevorzugt 20 % bis 25 % von auf die reflektierende Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren. Bei diesen Werten handelt es sich um gemittelte Reflektionsgrade gegenüber p-polarisierter Strahlung im Spektral be re ich von 400 nm bis 680 nm. Damit wird ein hinreichend intensitätsstarkes Projektionsbild erzeugt. Dies ist besonders vorteilhaft hinsichtlich eines guten HUD-Bildes.
Die reflektierende Folie weist bevorzugt eine Dicke zwischen 20 pm (Mikrometer) und 120 pm, besonders bevorzugt zwischen 30 pm und 90 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 50 pm und 75 pm auf. Die reflektierende Folie ist bevorzugt eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie, die eine Beschichtung umfassend einen Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweist. Die Beschichtung ist bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche, d.h. der Oberfläche, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, aufgebracht. Die Beschichtung ist bevorzugt unmittelbar mit der PET-basierten Folie coextrudiert, kann aber auch mittels anderer Beschichtungsmethoden wie Spin Coating oder Gasphasenabscheidung erzeugt werden. Geeignete reflektierende Folien sind beispielsweise in der US 5,882,774 A beschrieben.
Die thermoplastische Zwischenschicht umfasst bevorzugt zumindest eine erste thermoplastische Verbundfolie und eine zweite thermoplastische Verbundfolie, zwischen denen die reflektierende Folie und/oder die Ausgleichsfolie eingelegt sind. Insbesondere liegen die reflektierende Folie und die Ausgleichsfolie innerhalb der gleichen Ebene der Verglasung, wobei die Kanten der reflektierenden Folie und der Ausgleichsfolie entlang der Aussparung der reflektierenden Folie einander benachbart sind. Die Ausgleichsfolie weist dabei eine umlaufende Kante auf, die von der umlaufenden Kante der Aussparung umgeben ist. Oberhalb und unterhalb der Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie sind die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie angeordnet und umschließen die Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie. Die erste thermoplastische Verbundfolie verbindet die Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie mit der Außenscheibe und die zweite Verbundfolie verbindet die Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie mit der Innenscheibe.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie können unabhängig voneinander zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB) enthalten.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie können unabhängig voneinander durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie können zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm dick sein. Die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie kann beispielsweise zwischen 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm dick sein. Die Dicke der ersten thermoplastischen Verbundfolie und die Dicke der zweiten thermoplastischen Verbundfolie ist bevorzugt über die gesamte Länge konstant, somit haben die Zwischenschichten vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Die Verbundfolien sind demnach in einer bevorzugten Ausführungsform keine Keilfolien. Handelt es sich bei der ersten thermoplastischen Verbundfolie oder bei der zweiten thermoplastischen Verbundfolie um eine funktionale Verbundfolie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, so ist diese bevorzugt 0,51 mm oder 0,84 mm dick.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste thermoplastische Verbundfolie eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt 300 pm bis 850 pm, auf und die zweite thermoplastische Verbundfolie ist zwischen 10 pm und 120 pm, bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm dick. Eine möglichst geringe Dicke der zweiten thermoplastischen Verbundfolie, die bei Verwendung der Verbundscheibe in einer Projektionsanordnung zwischen reflektierender Folie und Projektor liegt, ist vorteilhaft hinsichtlich der HUD-Bildqualität.
Optional ist die erste thermoplastische Verbundfolie oder die zweite thermoplastische Verbundfolie oder sowohl die erste thermoplastische Verbundfolie als auch die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht. Als „funktionale Zwischenschicht“ wird dabei eine Verbundfolie bezeichnet, die mindestens eine besondere Funktion aufweist, insbesondere eine akustische Funktion, eine Farbfunktion, eine Solarfunktion oder eine Kombination dieser Funktionen.
In einer Ausführungsform ist nur die erste thermoplastische Verbundfolie oder nur die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht. Es ist aber auch möglich, dass sowohl die erste thermoplastische Verbundfolie als auch die zweite thermoplastische Verbundfolie funktionale Zwischenschichten sind, wobei diese dieselbe oder bevorzugt unterschiedliche Funktionen aufweisen können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften. Eine solche akustisch dämpfende Verbundfolie besteht typischerweise aus mindestens drei Lagen, wobei die mittlere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines höheren Anteils an Weichmachern.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die erste thermoplastische Verbundfolie, die die reflektierende Folie und die Ausgleichsfolie mit der Außenscheibe verbindet, als akustisch dämpfende Verbundfolie ausgeführt ist. Daraus resultieren vorteilhafte akustische Eigenschaften der Verbundscheibe.
Akustisch dämpfende Verbundfolien werden in der Regel über eine sogenannte mechanische Impedanzmessung (MIM, mechnanical impedance measurement) charakterisiert. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Verfahren nachzulesen in ISO 16940, aus dem sich durch Messung der Eigenfrequenzen die Dämpfung berechnen lässt. Gemäß Standard wird die zu untersuchende akustisch dämpfende Verbundfolie zwischen zwei Glasscheiben der Dicke 2,1 mm laminiert um eine entsprechende Vergleichbarkeit bei unterschiedlichen Glasdicken zu ermöglichen. Dem Fachmann wird somit die Auswahl geeigneter Zwischenschichten anhand eines wohlbekannten standardisierten Messverfahrens ermöglicht.
Die mechanische Impedanzmessung wird frühestens einen Monat nach Herstellung des Verbundglases durchgeführt. Ferner wird die akustisch dämpfende Verbundfolie selbst frühestens einen Monat nach ihrer Herstellung mit den beiden Glasscheiben von 2,1 mm Dicke zu einem Verbundglas laminiert. Dadurch wird sichergestellt, dass sich zum Zeitpunkt der Messung ein stabiler Zustand ausgebildet hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine akustisch dämpfende Verbundfolie als erste Verbundfolie eingesetzt, bei der gilt, dass der Dämpfungsfaktor r|i der ersten Mode und der Dämpfungsfaktor r|2 der zweiten Mode einer Verbundglasscheibe mit einer Oberfläche von 25 mm x 300 mm bestehend aus zwei Glasscheiben mit einer Dicke von jeweils 2,1 mm, zwischen denen die akustisch dämpfende Verbundfolie laminiert ist, bei einer mechanischen Impedanzmessung (MIM) gemäß ISO 16940 bei einer Temperatur von 20°C r|i > 0,20 und r|2 s 0,25, bevorzugt r|i > 0,25 und r|2 s 0,30, besonders bevorzugt r|i > 0,25 und r|2 s 0,35 beträgt.
Bevorzugt erstreckt sich die reflektierende Folie über mindestens 80% der Scheibenoberfläche. Insbesondere ist die reflektierende Folie vollflächig zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Aussparung und optional eines umlaufenden Randbereichs, der als Kommunikationsfenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Verbundscheibe gewährleisten sollen, so dass daher dort bevorzugt keine reflektierende Folie angeordnet ist. Der umlaufende Randbereich, in dem keine reflektierende Folie angeordnet ist weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm, insbesondere eine Breite von 20 mm, auf. Er verhindert auch den direkten Kontakt reflektierenden Folie zur umgebenden Atmosphäre, so dass die reflektierende Folie im Innern der Verbundscheibe vor Korrosion und Beschädigung geschützt ist.
In einer Ausführungsform erstreckt sich die reflektierende Folie über die gesamte Scheibenoberfläche mit Ausnahme der Aussparung, d.h. 100 % der Scheibenoberfläche abzüglich der Fläche der Aussparung.
Eine erfindungsgemäße Verbundscheibe kann zusätzlich einen Abdeckdruck, insbesondere aus einer dunklen, bevorzugt schwarzen, Emaille umfassen. Bei dem Abdeckdruck handelt es sich insbesondere um einen peripheren, d.h. rahmenartigen, Abdeckdruck. Der periphere Abdeckdruck dient in erster Linie als UV-Schutz für den Montagekleber der Verbundscheibe. Der Abdeckdruck kann opak und vollflächig ausgebildet sein. Der Abdeckdruck kann zumindest abschnittsweise auch semitransparent, beispielsweise als Punktraster, Streifenraster oder kariertes Raster ausgebildet sein. Alternativ kann der Abdeckdruck auch einen Gradienten aufweisen, beispielsweise von einer opaken Bedeckung zu einer semitransparenten Bedeckung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abdeckdruck derartig ausgebildet, dass die Seitenkanten der reflektierenden Folie bei Draufsicht auf die Verbundscheibe durch diesen verdeckt sind. Sofern die Verbundscheibe Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster aufweist, so ist der Abdeckdruck bevorzugt um die Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster in Richtung der Scheibenmitte vergrößert, so dass auch die Schnittkanten der Aussparung(en) um die Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster durch den Abdeckdruck verdeckt sind.
Der Abdeckdruck ist üblicherweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht. Bevorzugt ist die Kante entlang derer die in die Aussparung eingesetzte Ausgleichsfolie und die umgebende reflektierende Folie aneinandergrenzen, durch den opaken Abdeckdruck der Verbundscheibe verdeckt. Dies führt zu einer optisch ansprechenden Kaschierung der Kante.
Die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe können Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen, elektrisch heizbare Beschichtungen, Sonnenschutzbeschichtungen und/oder Low-E- Beschichtungen aufweisen.
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. Es ist aber auch möglich, dass die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe eine Dicke von 0,55 mm oder 0,7 mm haben.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe können unabhängig voneinander klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch das Verbundglas 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.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann aber auch plan sein, beispielsweise, wenn sie als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist. In einer möglichen Ausführungsform ist die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht mit einer Farbfunktion. Dies bedeutet die Zwischenschicht ist gefärbt oder getönt. Dabei kann die Zwischenschicht vollflächig getönt oder gefärbt sein. Alternativ kann die Zwischenschicht auch einen Farbgradienten oder ein farbiges Muster aufweisen. Bei Verbundscheiben, die als Windschutzscheiben vorgesehen sind, ist die Färbung oder Tönung derart ausgebildet, dass Verbundscheibe im Spektral be re ich von 380 nm bis 780 nm eine Lichttransmission von größer 70 % aufweist. Bei Verbundscheiben, die als Dachscheiben oder rückwärtige Seitenscheiben vorgesehen sind, kann die Färbung oder Tönung auch dunkler ausgebildet sein und die Verbundscheiben somit eine Lichttransmission von 70 % oder weniger im Spektral be re ich von 380 nm bis 780 nm aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht mit einer Solarfunktion, insbesondere mit Infrarotstrahlung absorbierenden Eigenschaften, wie beispielsweise eine PVB-Folie, in welcher Indiumzinnoxid (ITO) Partikel enthalten ist.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie kann auch eine funktionale Zwischenschicht sein bei der zwei oder mehr funktionale Eigenschaften kombiniert sind, beispielsweise akustisch dämpfende Eigenschaften mit einer Farbfunktion und/oder einer Solarfunktion.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die dazwischenliegende reflektierende Folie und Ausgleichsfolie werden über die thermoplastischen Verbundfolien 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 erfindungsgemäße Aussparung kann mittels fachüblicher Verfahren, wie Laserschnittverfahren oder auch Zuschnitt mittels einer Messerklinge, erfolgen.
Soll die Verbundscheibe gebogen sein, so werden die Außenscheibe und die Innenscheibe bevorzugt vor der Lamination einem Biegeprozess unterzogen. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Typische Temperaturen für Glasbiegeprozesse betragen beispielsweise 500°C bis 700°C.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) mindestens umfassend eine erfindungsgemäße Verbundscheibe, einen Sensor und einen Projektor. Wie bei HLIDs üblich bestrahlt der 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 typischerweise durch Spiegel variiert werden, insbesondere vertikal, um die Projektion an die Körpergröße des Betrachters anzupassen. Der Bereich, in dem sich die Augen des Betrachters bei gegebener Spiegelstellung befinden müssen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Dieses Eyeboxfenster kann durch Verstellung der Spiegel vertikal verschoben werden, wobei der gesamte dadurch zugängliche Bereich (das heißt die Überlagerung aller möglichen Eyeboxfenster) als Eyebox bezeichnet wird. Ein innerhalb der Eyebox befindlicher Betrachter kann das virtuelle Bild wahrnehmen. Damit ist natürlich gemeint, dass sich die Augen des Betrachters innerhalb der Eyebox befinden müssen, nicht etwa der gesamte Körper.
Die hier verwendeten Fachbegriffe aus dem Bereich der HLIDs sind dem Fachmann allgemein bekannt. Für eine ausführliche Darstellung sei auf die Dissertation „Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-Up Displays“ von Alexander Neumann am Institut für Informatik der Technischen Universität München (München: Universitätsbibliothek der TU München, 2012) verwiesen, insbesondere auf Kapitel 2 „Das Head-Up Display“.
Der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors beträgt erfindungsgemäß mindestens 70 %. In einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display beträgt der Anteil von p- polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors mindestens 80 %, besonders bevorzugt beträgt der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors 80 % oder 100 %, ganz besonders bevorzugt 100 %. Die Angabe der Polarisationsrichtung bezieht sich dabei auf die Einfallsebene der Strahlung auf der Verbundscheibe. 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 Verbundscheibe im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs aufgespannt.
Die Strahlung des Projektors trifft bevorzugt mit einem Einfallswinkel von 50° bis 80°, insbesondere von 55° bis 70° auf die Verbundscheibe, typischerweise etwa 65°, wie es bei HUD-Projektionsanordnungen üblich ist. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Projektorstrahlung und der Flächennormale im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs. Da der für HUD-Projektionsanordnungen typische Einfallswinkel von etwa 65° dem Brewsterwinkel für einen Luft-Glas-Übergang (56,5°, Kalk-Natron-Glas) relativ nahekommt, werden die p-polarisierten Strahlungsanteile der vom Projektor emittierten Strahlung von den Scheibenoberflächen kaum reflektiert. Die in der Verbundscheibe enthaltene reflektierende Folie ist jedoch auf die Reflexion von p-polarisierter Strahlung optimiert. Auf diese Weise wird das vom Betrachter wahrgenommene Bild nicht oder nur in einem sehr geringen Maße durch ein Geisterbild verzerrt. Auf eine keilförmige Zwischenschicht kann somit verzichtet werden.
Als Sensor der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung können die verschiedensten nach dem Stand der Technik bekannten Sensoren eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein HUD ist besonders geeignet um an der Windschutzscheibe einen Sensor anzubringen, insbesondere Sensoren auf dem Gebiet der ADAS-Systeme. Mit dem Begriff ADAS-Systeme werden moderne Fahrassistenzsysteme bezeichnet, die beispielsweise Umfeldsensorik basierend auf Ultraschall-, Radar-, Lidar- und/oder Kameratechnik nutzen. Im Bereich der Windschutzscheibe können ein oder mehrere dieser oder anderer Sensoren angebracht werden. Ein Sensor, beispielsweise eine Kamera, in dessen Strahlengang sich die reflektierende Folie befindet, kann nur das von der reflektierenden Folie transmittierte Licht wahrnehmen, wodurch bei Verwendung eines Sensors hinter der Windschutzscheibe eine hohe Transmission wünschenswert ist. Insbesondere sollte die Transmission p-polarisierten Lichtes im Vergleich zu s-polarisiertem Licht überwiegen und möglichst hoch liegen. Das Polarisationsverhältnis des transmittierten Lichtes ist dabei entscheidend um bei nassen Straßenverhältnissen auftretende Blendeffekte zu vermeiden, die die Kamerasicht einschränken. Um diese Blendeffekte zu unterdrücken muss die Transmission des p-polarisierten Lichtes die Transmission von s-polarisiertem Licht überwiegen. Die Anforderung an eine gute HUD-Bildqualität, die einen hohen Reflektionsgrad p-polarisierten Lichtes an der reflektierenden Folie erforderlich macht, ist dabei gegenläufig zu der für Kameraanwendungen gewünschten hohen Transmission. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung löst dieses Problem durch Vorsehen einer Aussparung der reflektierenden Folie im Sensorbereich und Einbringen einer Ausgleichsfolie mit hoher Transmission für p-polarisiertes Licht.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung werden 10 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 30 %, besonders bevorzugt 20 % bis 25 % des von dem Projektor emittierten und auf die reflektierende Folie der Verbundscheibe auftreffenden p-polarisierten Lichts von der reflektierenden Folie in Richtung des Betrachters reflektiert.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für die Projektionsanordnung umfassend eine erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen Projektor.
Die Erfindung umfasst auch die Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundscheibe in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem Personenkraftwagen, als Windschutzscheibe, die als Projektionsfläche einer Projektionsanordnung für ein Head-Up- Display dient. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Verbundscheibe kann auch als Seitenscheibe oder als Dachscheibe in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem Personenkraftwagen, verwendet werden. Auch in diesen Fällen kann die Verbundscheibe als Projektionsfläche einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display dienen. Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen gelten für die Verwendung entsprechend.
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 erfindungsgemäße Projektionsanordnung als Head-Up- Display mit einem HUD-Bereich und einem Sensorbereich, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A‘ durch die Projektionsanordnung der Figur 1 ,
Fig. 3 die Verbundscheibe der Figur 2 mit detailliertem Schichtaufbau der thermoplastischen Zwischenschicht 3.
Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein HUD, wobei in Figur 1 eine Draufsicht und in Figur 2 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie AA‘ der Figur 1 gezeigt ist. Die Projektionsanordnung umfasst eine Verbundscheibe 1 als Windschutzscheibe, insbesondere als Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die Projektionsanordnung umfasst außerdem einen Projektor 12, welcher auf einen Bereich der Verbundscheibe 1 gerichtet ist. In diesem Bereich, der üblicherweise als HUD-Bereich B bezeichnet wird, können durch den Projektor 12 Bilder erzeugt werden, welche von einem Betrachter 11 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 1 wahrgenommen werden, wenn sich seine Augen innerhalb der sogenannten Eyebox E befinden. Die Verbundscheibe 1 weist darüber hinaus einen Sensorbereich S auf, der der Verwendung der Scheibe mit einem Sensor 13 dient. Der Sensor 13 ist dabei hinter der Verbundscheibe 1 , also an der an den Fahrzeuginnenraum grenzenden Oberfläche der Innenscheibe 6, angebracht und detektiert das im Sensorbereich S durch die Verbundscheibe 1 hindurchtretende Licht. Die Verbundscheibe 1 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 2 und einer Innenscheibe 6, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. In der thermoplastischen Zwischenschicht 3 sind eine reflektierende Folie 4 und eine Ausgleichsfolie 8 eingelagert, der Schichtaufbau wird in Figur 3 näher beschrieben. Im Sensorbereich S ist in der reflektierenden Folie 4 eine Aussparung 9 eingebracht, in der die Ausgleichsfolie 8 eingelegt ist. Die Kanten der Aussparung 9 und der Ausgleichsfolie 8 werden von einem nicht gezeigten opaken Abdeckdruck verdeckt. Die Unterkante U der Verbundscheibe 1 ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, ihre Oberkante O nach oben in Richtung des Dachs. Die Außenscheibe 2 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 6 dem Fahrzeuginnenraum. Die reflektierende Folie 4 ist so in der Verbundscheibe 1 eingelegt, dass die erste Vorzugsrichtung V1 , die der Achse des s-polarisierten Lichtes entspricht und in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 verläuft. Innerhalb der Aussparung 9 ist die Ausgleichsfolie 8 eingesetzt, die aus dem Material der reflektierenden Folie 4 besteht, wobei die Ausgleichsfolie 8 so angeordnet ist, dass die zweite Vorzugsrichtung (V2), die der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht und in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 orientiert ist.
Der Strahlung des Projektors 4 ist p-polarisiert, insbesondere im Wesentlichen rein p- polarisiert. Da der Projektor 12 die Windschutzscheibe 1 mit einem Einfallswinkel von etwa 65° bestrahlt, der nahe dem Brewster- Winkel liegt, wird die Strahlung des Projektors nur unwesentlich an den externen Oberflächen I, IV der Verbundscheibe 1 reflektiert. Die reflektierende Folie 4 dagegen ist auf die Reflexion p-polarisierter Strahlung optimiert. Sie dient als Reflexionsfläche für die Strahlung des Projektors 12 zur Erzeugung der HUD- Projektion.
Figur 3 zeigt die Verbundscheibe der Figur 2 mit detailliertem Schichtaufbau der thermoplastischen Zwischenschicht 3. Die Außenscheibe 2 und die Innenscheibe 6 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe 2 weist eine außenseitige Oberfläche I auf (auch als Außenseite der Außenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche II (auch als Innenseite der Außenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Ebenso weist die Innenscheibe 6 eine außenseitige Oberfläche III auf (auch als Innenseite der Innenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche IV (auch als Außenseite der Innenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Die Außenscheibe 2 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 6 eine Dicke von 1 ,6 mm. Die erste thermoplastische Verbundfolie 3a ist aus einer einzigen Lage thermoplastischen Materials ausgebildet, beispielsweise aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm oder einer PVB-Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften mit einer Dicke von 0,81 mm. Die zweite thermoplastische Verbundfolie 3b ist als eine PVB-Folie mit einer Dicke von 0,38 mm ausgebildet.
Die Verbundscheibe 1 umfasst außerdem eine reflektierende Folie 4, die zwischen der ersten thermoplastischen Verbundfolie 3a und der zweiten thermoplastischen Verbundfolie 3b angeordnet ist. Die reflektierende Folie 4 ist metallfrei und geeignet, mindestens 5 %, beispielsweise 20 % bis 25 %, von auf die Folie 4 auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren. Die reflektierende Folie 4 ist gemäß Figur 1 so in der Verbundscheibe 1 eingelegt, dass die erste Vorzugsrichtung V1 , die der Achse des s-polarisierten Lichtes entspricht und in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 verläuft. Innerhalb der Aussparung 9 ist eine Ausgleichsfolie 8 eingesetzt, die aus dem Material der reflektierenden Folie 4 besteht, wobei die Ausgleichsfolie 8 so angeordnet ist, dass die zweite Vorzugsrichtung (V2), die der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht und in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 orientiert ist. Die reflektierende Folie 4 ist beispielsweise 55 pm dick und ist beispielsweise eine PET-basierte Folie, die mit einem Copolymerschichtenstapel auf Basis von PET und PEN beschichtet ist.
Die reflektierende Folie 4 ist vollflächig zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht 3 und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht 5 angeordnet mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Aussparung 9 und eines umlaufenden Randbereichs R. Der umlaufende Randbereich R, in dem keine reflektierende Folie 4 angeordnet ist, weist beispielsweise eine Breite von 20 mm auf.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden erfindungsgemäßen Beispiels und nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiels verdeutlicht.
Beispiel
Alle optischen Eigenschaften der Verbundscheiben gemäß Beispiele und Vergleichsbeispiel wurden in laminiertem Zustand gemessen. Für das erfindungsgemäße Beispiel und das Vergleichsbeispiel wurde jeweils eine Verbundscheibe aus einer 2,1 mm dicken klaren Außenscheibe 2, einer 0,81 mm dicken PVB-Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften als erste thermoplastische Verbundfolie 3a, einer 55 pm dicken reflektierenden Folie 4, einer 25 pm dicken PVB-Folie als zweite thermoplastische Verbundfolie 3b und einer 1 ,6 mm dicken klaren Innenscheibe 6 laminiert. Die PVB-Folien sind ungetönt. Als reflektierende Folie 4 wird eine für den Betrieb mit p-polarisierten HUD-Lichtquellen vorgesehene HUD-Folie verwendet, die kommerziell erhältlich ist. Die Beispiele und Vergleichsbeispiele weisen den gleichen beschriebenen Grundaufbau auf, unterscheiden sich jedoch in der verwendeten Orientierung der reflektierenden Folie im Sensorbereich S der Verbundscheibe 1. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe 1 gemäß Beispiel entspricht dem Grundaufbau der Figuren 1-3 mit der soeben beschriebenen Schichtfolge. In der Aussparung 9 der reflektierenden Folie 4 wurde der ausgesparte Abschnitt der reflektierenden Folie 4 entnommen, um 90° gedreht und als Ausgleichsfolie 8 in die Aussparung eingesetzt. Die nicht erfindungsgemäße Verbundscheibe gemäß Vergleichsbeispiel weist die gleiche Schichtfolge und den Grundaufbau gemäß Figuren 1 bis 3 auf, mit dem Unterschied, dass keine Aussparung der reflektierenden Folie vorliegt und keine Ausgleichsfolie eingelegt ist.
Um die Eignung der Verbundscheiben gemäß Beispiel und Vergleichsbeispiel für einen Sensor zu beurteilen, werden jeweils im Sensorbereich der Verbundscheiben das Polarisationsverhältnis PR und der das als Red Ratio (RR) bezeichnete Rotverhältnis bestimmt.
Es bedeuten:
PR Verhältnis aus durch die Verbundscheibe in Einbaulage transmittiertem p- polarisiertem Licht Tp zu transmittiertem s-polarisiertem Licht Ts PR = Tp/Ts
RR Verhältnis aus transmittierem Licht Tr im Wellenlängenbereich 600 nm bis 700 nm zur Gesamtlichttransmission T RR = Tr/T
Der Begriff Gesamtlichttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Für die Werte PR und RR sind die seitens der Sensorhersteller vorgegebenen Spezifikationen zu erfüllen um eine erfolgreiche Vermarktung der Verbundscheibe als Windschutzscheibe mit Sensorbereich zu erfüllen. Ein häufig als Sensor eingesetztes System ist das unter der Bezeichnung Mobileye vertriebene Kamerasystem. Tabelle 1 zeigt die für das Mobileye Kamerasystem zu erfüllenden Grenzwerte sowie die Erfüllung dieser Spezifikation durch die Verbundscheiben gemäß Beispiel und Vergleichsbeispiel. Wird die Spezifikation durch die Verbundscheibe des Beispiels oder Vergleichsbeispiels erfüllt, also ein Wert oberhalb des Grenzwertes erzielt, so ist in der Tabelle der Eintrag „ja“ verzeichnet, sofern nicht der Eintrag „nein“. Tabelle 1
Figure imgf000023_0001
Das für die Verwendung des Kamerasystems benötigte Polarisationsverhältnis PR wird lediglich mit der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Beispiel erfüllt.
Bezugszeichenliste:
1 Verbundscheibe
2 Außenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
3a erste thermoplastische Verbundfolie
3b zweite thermoplastische Verbundfolie
4 reflektierende Folie
5 Aussparung
6 Innenscheibe
8 Ausgleichsfolie
10 Projektionsanordnung
11 Betrachter, Fahrzeugfahrer
12 Projektor
13 Sensor
B HUD-Bereich der Verbundscheibe 1
E Eyebox
O Oberkante der Verbundscheibe 1
U Unterkante der Verbundscheibe 1
(I) außenseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Außenscheibe 2
(II) innenraumseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Außenscheibe 2
(III) außenseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Innenscheibe 6
(IV) innenraumseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Innenscheibe 6

Claims

23
Patentansprüche Verbundscheibe (1) für ein Head-Up-Display (HUD) mit einer Oberkante (O), einer Unterkante (U), einem HUD-Bereich (B) und einem Sensorbereich (S), mindestens umfassend eine Außenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenseitigen Oberfläche (II), eine Innenscheibe (6) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenseitigen Oberfläche (IV), eine thermoplastische Zwischenschicht (3), die die innenseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe
(2) mit der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (6) verbindet, wobei in der thermoplastischen Zwischenschicht
(3) eine reflektierende Folie (4) eingelagert ist, die metallfrei ist und in ihrer Orientierung zur Oberkante (O) geeignet orientiert ist um mindestens 5 % von auf die Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren und wobei die reflektierende Folie (4) innerhalb des Sensorbereichs (S) mindestens eine Aussparung (9) aufweist und in der Aussparung (9) eine Ausgleichsfolie (8) angebracht ist, die in ihrer Orientierung zur Oberkante (O) geeignet orientiert ist um mindestens 20 % von auf die Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu transmittieren und deren Grundmaterial auf dem Material der reflektierenden Folie (4) basiert und deren Dicke um maximal 5 % von der Dicke der reflektierenden Folie (4) abweicht, wobei die reflektierende Folie (4) eine erste Vorzugsrichtung (V1) aufweist, die der Achse des s- polarisierten Lichtes entspricht und in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, und eine zweite Vorzugsrichtung (V2) orthogonal zur ersten Vorzugsrichtung (V1) aufweist, die der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht und in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird, und wobei die reflektierende Folie (4) derartig in der Verbundscheibe (1) orientiert ist, dass die erste Vorzugsrichtung (V1) im Wesentlichen parallel zur Oberkante (O) verläuft. Verbundscheibe (1) nach Anspruch 1 , wobei die Dicke der Ausgleichsfolie (8) um maximal 3 %, bevorzugt um maximal 2 %, besonders bevorzugt um maximal 1 %, von der Dicke der reflektierenden Folie (4) abweicht. Verbundscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgleichsfolie (8) aus dem Material der reflektierenden Folie (4) besteht und die Ausgleichsfolie (8) so eingebracht ist, dass die zweite Vorzugsrichtung (V2) im Wesentlichen parallel zur Oberkante (O) verläuft.
4. Verbundscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die reflektierende Folie (4) geeignet ist, einen Anteil von 10 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 30 %, besonders bevorzugt 20 % bis 25 % von auf die reflektierende Folie (4) auftreffendem p- polarisierten Licht zu reflektieren.
5. Verbundscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die reflektierende Folie (4) zwischen 20 pm (Mikrometer) und 120 pm, bevorzugt zwischen 30 pm und 90 pm, besonders bevorzugt zwischen 50 pm und 75 pm dick ist.
6. Verbundscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die reflektierende Folie (4) eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie ist, die eine Beschichtung umfassend einen Copolymerschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweist.
7. Verbundscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die thermoplastische Zwischenschicht (3) mindestens eine erste thermoplastische Verbundfolie (3a) und eine zweite thermoplastische Verbundfolie (3b) umfasst, zwischen denen die reflektierende Folie (4) und die Ausgleichsfolie (8) eingelegt sind.
8. Verbundscheibe nach Anspruch 7, wobei die erste thermoplastische Verbundfolie (3a) eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt 300 pm bis 850 pm, aufweist und die zweite thermoplastische Verbundfolie (3b) zwischen 10 pm und 120 pm, bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm dick ist.
9. Verbundscheibe nach einem der Ansprüchen 1 bis 8, wobei die erste thermoplastische Verbundfolie (3a) eine Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine Infrarotstrahlung absorbierende Zwischenschicht, eine gefärbte Zwischenschicht oder einer Kombination dieser ist.
10. Verbundscheibe nach einem der Ansprüchen 1 bis 9, wobei die Ausgleichsfolie (8) entlang ihrer umlaufenden Kante an die reflektierende Folie (4) grenzt und die Verbundscheibe (1) einen opaken Abdeckdruck aufweist, der die umlaufende Kante der Ausgleichsfolie (8) verdeckt.
11. Projektionsanordnung (10) für ein Head-Up Display (HUD) zur Darstellung von Informationen für einen Betrachter, mindestens umfassend: eine Verbundscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einen Projektor (12), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist, einen Sensor (13), der auf den Sensorbereich (S) gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors (12) einen p-polarisierten Anteil von mindestens 70 % aufweist und mindestens 5 % des von dem Projektor (12) emittierten und auf die reflektierende Folie (4) der Verbundscheibe (1) auftreffenden p-polarisierten Lichts von der reflektierenden Folie (4) in Richtung des Betrachters (11) reflektiert wird. Projektionsanordnung (10) nach Anspruch 11 , wobei die Strahlung des Projektors (12) mit einem Einfallswinkel von 50° bis 80°, bevorzugt 65°, auf die Verbundscheibe (1) trifft. Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei 10 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 30 %, besonders bevorzugt 20 % bis 25 % des von dem Projektor (12) emittierten und auf die reflektierende Folie (4) der Verbundscheibe (1) auftreffenden p-polarisierten Lichts von der reflektierenden Folie (4) in Richtung des Betrachters (11) reflektiert wird. Verwendung einer Verbundscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem Personenkraftwagen, als Windschutzscheibe, die als Projektionsfläche einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display dient.
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