WO2023031180A1 - Verbundscheibe für ein head-up-display - Google Patents

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WO2023031180A1
WO2023031180A1 PCT/EP2022/074053 EP2022074053W WO2023031180A1 WO 2023031180 A1 WO2023031180 A1 WO 2023031180A1 EP 2022074053 W EP2022074053 W EP 2022074053W WO 2023031180 A1 WO2023031180 A1 WO 2023031180A1
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WO
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reflective
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PCT/EP2022/074053
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Andreas GOMER
Valentin SCHULZ
Martin Arndt
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Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature

Definitions

  • the invention relates to a composite pane for a head-up display, a method for its production and its use.
  • Composite glazing is used in many places today, particularly in vehicle construction.
  • vehicle includes, among other things, road vehicles, aircraft, ships, agricultural machines or also work equipment.
  • Composite panes are also used in other areas. These include, for example, building glazing or information displays, e.g. in museums or as advertising displays.
  • a composite pane generally has two panes laminated to an intermediate layer.
  • Windshields in particular are often equipped with so-called head-up displays (HUDs). 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. In this way, 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 road safety.
  • HUDs head-up displays
  • 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.
  • US 2004/0135742 A1 also discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate an HUD image and has a reflective structure which can reflect p-polarized radiation in the direction of the driver.
  • the multilayer polymer layers disclosed in US Pat. No. 5,882,774 A are proposed as the reflective structure.
  • CN 113031276 A discloses a HUD projection arrangement operated with p-polarized radiation and having a layer reflecting p-polarized radiation on the interior-side surface of the inner pane of a composite pane.
  • WO 2019/179783 A1 discloses a projection arrangement for a head-up display, at least comprising a composite pane, comprising an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer, with an upper edge and a lower edge and a HUD area; an electrically conductive coating on the surface of the outer pane or the inner pane facing the intermediate layer or within the intermediate layer; and a projector which is directed onto the HUD area, the radiation from the projector having at least a p-polarized component and the electrically conductive coating in the spectral range from 400 nm to 650 nm only having a single local reflection maximum for p- has polarized radiation which is in the range of 510 nm to 550 nm.
  • WO 2019/046157 A1 discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate a HUD image, which has an outer pane, a wedge-shaped intermediate layer and an inner pane, with a p- polarized radiation reflecting coating is applied.
  • CN 113071165 A discloses a HUD projection arrangement which is operated with p-polarized radiation in order to generate a HUD image which has an outer pane, a wedge-shaped intermediate layer and an inner pane, with p-polarized radiation on the interior-side surface of the outer pane reflective coating is applied and a reflection-enhancing coating is applied to the interior-side surface of the inner pane.
  • WO 2021/145387 A1 discloses a composite pane for a head-up display, which comprises an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via an intermediate layer, a p-polarized light-reflecting film being glued to the outside of the inner pane and the Inner pane has a wedge-shaped cross-section and, in addition, the intermediate layer or the outer pane also has a wedge-shaped cross-section.
  • the object of the present invention is to provide an improved laminated pane and an improved projection arrangement for a head-up display.
  • a further object of the invention is to specify a production method.
  • the laminated pane according to the invention comprises an outer pane, a first thermoplastic intermediate layer, a reflective element and an inner pane.
  • the first thermoplastic intermediate layer is arranged between the outer pane and the inner pane.
  • the reflective element is arranged between the outer pane and the first thermoplastic intermediate layer or between the inner pane and the first thermoplastic intermediate layer.
  • the laminated pane according to the invention has an upper edge and a lower edge and two side edges.
  • the upper edge designates that edge of the laminated pane 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. If the laminated pane is the windshield of a motor vehicle, the top edge is often also referred to as the roof edge and the bottom edge is often also referred to as the engine edge.
  • the outer pane, the inner pane, the first thermoplastic intermediate layer and the reflective element each have an outside and an inside surface, a top edge, a bottom edge and two side edges.
  • the upper 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 outside surface designates that main surface which is intended to face the external environment in the installed position.
  • the interior-side surface designates that main surface which is intended to face the interior in the installed position.
  • the interior surface of the outer pane and the outside surface of the inner pane face each other and are connected to each other by the first thermoplastic intermediate layer.
  • the outside surface of the outer pane is referred to as side I.
  • the surface of the outer pane on the interior side is referred to as side II.
  • the outside surface of the inner pane is referred to as Side III.
  • the interior surface of the inner pane is referred to as side IV.
  • the reflective element is suitable for reflecting at least 5%, preferably 10% to 70%, particularly preferably 15% to 60%, in particular 20% to 50% of p-polarized radiation impinging on the reflective element.
  • the reflective element is particularly suitable at least 5%, preferably 10% to 70%, particularly preferably 15% to 60%, in particular 20% to 50%, of at an angle of incidence of 55° to 80°, preferably 55° to 75°, more preferably reflecting 60° to 70° of p-polarized radiation impinging on the reflective element.
  • the laminated pane according to the invention is a laminated pane for a head-up display. Therefore, it is understood that the p-polarized radiation which the reflective element is capable of reflecting is p-polarized radiation in the visible spectral range, ie in the range from 400 nm to 780 nm.
  • the thickness of the inner pane is variable at least in sections in the vertical course.
  • the maximum wedge angle a (alpha) of the inner pane is less than 0.20 mrad.
  • the wedge angle has a finite wedge angle at least in sections, ie a wedge angle greater than 0°.
  • “In sections” here means that the vertical course between the lower edge and the upper edge has at least one section in which the thickness of the inner pane changes depending on the location.
  • the thickness can also change in several sections or in the entire vertical course.
  • the vertical course denotes the course between the lower edge and the upper edge with the course direction being essentially perpendicular to said edges.
  • the wedge angle is the angle between the two surfaces of the inner pane, i.e. between the outside surface and the inside surface of the inner pane. If the wedge angle is not constant, the tangents to the surfaces must be used to measure it at one point.
  • the outer pane has an essentially constant thickness. Consequently, it has a substantially rectangular cross-section. The outer pane is therefore not a wedge glass pane.
  • the first thermoplastic intermediate layer has a substantially constant thickness. Consequently, it has a substantially rectangular cross-section. The first thermoplastic intermediate layer is therefore not a wedge film.
  • the composite pane according to the invention also has a maximum wedge angle. It goes without saying that the maximum wedge angle of the composite pane according to the invention corresponds to the maximum wedge angle of the inner pane.
  • a substantially constant thickness of a disk or a layer is to be understood as meaning that the thickness of the disk or the layer is constant over the length and width within the framework of normal manufacturing tolerances. This preferably means that the thickness varies by no more than 5%, preferably by no more than 3%.
  • the inner pane has a maximum wedge angle ⁇ between 0.01 mrad and 0.19 mrad, particularly preferably between 0.12 mrad and 0.15 mrad, for example 0.12 mrad, 0.14 mrad or 0. 15 mrad.
  • the largest wedge angle that occurs in the inner pane is referred to as the maximum wedge angle.
  • the maximum wedge angles according to the invention of less than 0.20 mrad are significantly smaller than the wedge angles for conventional composite panes in the range of 0.5 mrad.
  • the wedge angle of the inner pane can be constant in the vertical course, which leads to a linear change in thickness of the inner pane, with the thickness typically increasing from bottom to top.
  • the inner pane thus has a wedge-shaped cross section.
  • the indication of direction "from bottom to top” refers to the direction from the lower edge to the upper edge, i.e. the vertical course.
  • there can also be more complex thickness profiles in which the wedge angle changes from bottom to top that is to say is location-dependent in the vertical course), linear or non-linear.
  • the thickness of the inner pane preferably increases at least in sections in the vertical course from bottom to top.
  • variable thickness of the inner pane can be limited to a section of the vertical course.
  • This section preferably corresponds at least to the so-called HUD area of the laminated pane, ie the area in which the HUD projector generates an image in a projection arrangement.
  • the section can also be larger.
  • the thickness of the inner pane can be variable over the entire vertical course, for example increasing substantially steadily from the lower edge to the upper edge.
  • the reflective element is designed as a reflective coating on the surface of the outer pane on the interior side. In an alternative preferred embodiment, the reflective element is designed as a reflective coating on the outside surface of the inner pane.
  • the reflective element configured as a reflective coating on the interior surface of the outer pane or the outside surface of the inner pane is suitable for reflecting at least 5% of p-polarized radiation impinging on the reflective element.
  • Suitable reflective coatings are known to those skilled in the art.
  • the reflective coatings include, in particular, metal-containing layers, for example made of silver, aluminum, copper or gold.
  • the reflective coatings can also be constructed, for example, as in WO 2019/179683 A1 or WO 2020/094423 A1.
  • the reflective coating is a layer stack or a layer sequence comprising one or more electrically conductive, in particular metal-containing layers, each electrically conductive layer being arranged between two dielectric layers or layer sequences.
  • the reflective coating is therefore preferably a thin-layer stack with n electrically conductive layers and (n+1) dielectric layers or layer sequences, where n is a natural number and a conductive layer and a dielectric layer alternate on a lower dielectric layer or layer sequence or layer sequence follows.
  • Each electrically conductive layer preferably contains at least one metal or a metal alloy, for example silver, aluminum, copper or gold, and is particularly preferably formed on the basis of the metal or the metal alloy, i.e. consists essentially of the metal or the metal alloy apart from any dopings or impurities. Silver or an alloy containing silver is preferably used.
  • the electrically conductive layer contains at least 90% by weight silver, preferably at least 99% by weight silver, particularly preferably at least 99.9% by weight silver.
  • Each electrically conductive layer preferably has a layer thickness of 3 nm to 20 nm, particularly preferably 5 nm to 15 nm.
  • the total layer thickness of all electrically conductive layers is preferably from 20 nm to 50 nm, particularly preferably from 30 nm to 40 nm.
  • dielectric layers or layer sequences are preferably arranged between the electrically conductive layers and below the bottom conductive layer and above the top conductive layer.
  • Each dielectric layer or layer sequence has at least one antireflection coating. The anti-reflective layers reduce the reflection of visible light and thus increase the transparency of the coated pane.
  • the anti-reflective coatings contain, for example, silicon nitride (SiN), silicon-metal mixed nitrides such as silicon zirconium nitride (SiZrN), aluminum nitride (AlN) or tin oxide (SnO).
  • the antireflection coatings can also have doping.
  • the layer thickness of the individual antireflection coatings is preferably from 10 nm to 70 nm.
  • the antireflection coatings can in turn be subdivided into at least two partial layers, in particular into a dielectric layer with a refractive index of less than 2.1 and an optically high-index layer with a refractive index of greater than or equal to 2.1.
  • At least one anti-reflection layer arranged between two electrically conductive layers is preferably subdivided in this way, particularly preferably each anti-reflection layer arranged between two electrically conductive layers. The subdivision of the anti-reflection layer leads to a lower surface resistance of the electrically conductive coating with high transmission and high color neutrality at the same time.
  • the sequence of the two partial layers can in principle be selected in any order, with the optically high-index layer preferably being arranged above the dielectric layer, which is particularly advantageous with regard to the sheet resistance.
  • the thickness of the optically high-index layer is preferably from 10% to 99%, particularly preferably from 25% to 75% of the total thickness of the antireflection layer.
  • the optically high-index layer with a refractive index greater than or equal to 2.1 contains, for example, MnO, WO3, Nb20s, Bi2Ü3, TiC>2, ZrsN4 and/or AlN, preferably a silicon-metal mixed nitride, for example silicon-aluminum mixed nitride, silicon Hafnium mixed nitride or silicon-titanium mixed nitride, particularly preferably silicon-zirconium mixed nitride (SiZrN). This is particularly advantageous with regard to the surface resistance of the electrically conductive coating.
  • the silicon-zirconium mixed nitride preferably has doping.
  • the layer of an optically high-index material can contain, for example, an aluminum-doped silicon-zirconium mixed nitride. The proportion of zirconium is preferably between 15 and 45% by weight, particularly preferably between 15 and 30% by weight.
  • the dielectric layer with a refractive index of less than 2.1 preferably has a refractive index n between 1.6 and 2.1, particularly preferably between 1.9 and 2.1.
  • the dielectric layer preferably contains at least one oxide, for example tin oxide, and/or a nitride, particularly preferably silicon nitride.
  • the reflective element is designed as a reflective film and the composite pane also has a second thermoplastic intermediate layer, which is arranged between the outer pane and the first thermoplastic intermediate layer or between the inner pane and the first thermoplastic intermediate layer, with the as a reflective film formed reflective element between the first thermoplastic intermediate layer and the second thermoplastic intermediate layer is arranged.
  • the reflective element formed as a reflective film can be a carrier film with a reflective coating or a metal-free reflective polymer film.
  • the reflective coating is preferably applied to the interior surface of the carrier film, i.e. the surface facing the vehicle interior, and preferably comprises at least one layer based on a metal or a purely dielectric layer sequence with alternating refractive indices.
  • the metal-based layer preferably contains or consists of silver and/or aluminum.
  • the dielectric layer sequence preferably contains silicon nitride, silicon oxide and/or zinc oxide.
  • the reflective polymer film preferably comprises or consists of dielectric polymer layers.
  • the dielectric polymer layers preferably contain PET.
  • a reflective film with this composition is suitable for reflecting p-polarized radiation in the visible spectral range that strikes the layer.
  • the reflective element designed as a reflective film is preferably a polyethylene terephthalate (PET)-based film that is coated with a copolymer layer stack based on PET and/or polyethylene naphthalate (PEN).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the coating is preferably on the interior surface of the PET-based film, ie the surface which faces the vehicle interior applied.
  • Suitable reflective films are described in US Pat. No. 5,882,774 A, for example.
  • the reflective foil can be between 20 ⁇ m (microns) and 2 mm thick, preferably between 20 ⁇ m and 120 ⁇ m.
  • the thickness of the reflective foil is essentially constant over the entire length, thus the reflective foil has an essentially rectangular cross-section.
  • the reflective foil is therefore not a wedge foil.
  • the first thermoplastic intermediate layer can contain or consist of at least polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, preferably polyvinyl butyral (PVB).
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PU polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • the first thermoplastic intermediate layer can be formed by a single film or by more than one film.
  • the first thermoplastic intermediate layer can be between 20 ⁇ m (microns) and 2 mm thick.
  • the thickness of the first thermoplastic intermediate layer is essentially constant over the entire length, thus the first thermoplastic intermediate layer has an essentially rectangular cross-section. Accordingly, the first thermoplastic intermediate layer is not a wedge film.
  • the first thermoplastic intermediate layer has a thickness of 200 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 300 ⁇ m to 850 ⁇ m, or a thickness between 10 ⁇ m and 120 ⁇ m, particularly preferably between 15 ⁇ m and 90 ⁇ m, very particularly preferably between 20 ⁇ m and 75 pm, on.
  • the second thermoplastic intermediate layer can contain or consist of at least polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, preferably polyvinyl butyral (PVB).
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PU polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • the second thermoplastic intermediate layer can be formed by a single film or by more than one film.
  • the second thermoplastic intermediate layer can be between 20 ⁇ m (microns) and 2 mm thick.
  • the thickness of the second thermoplastic intermediate layer is throughout Length essentially constant, thus the second thermoplastic intermediate layer has an essentially rectangular cross-section. Accordingly, the second thermoplastic intermediate layer is not a wedge film.
  • the second thermoplastic intermediate layer has a thickness of 200 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 300 ⁇ m to 850 ⁇ m, or a thickness between 10 ⁇ m and 120 ⁇ m, particularly preferably between 15 ⁇ m and 90 ⁇ m, very particularly preferably between 20 ⁇ m and 75 pm, on.
  • the laminated pane additionally comprises a second thermoplastic intermediate layer and the reflective element is designed as a reflective film arranged between the first thermoplastic intermediate layer and the second thermoplastic intermediate layer
  • the second thermoplastic intermediate layer and the reflective film can also be present as a so-called bilayer and as this can be introduced into a stacking sequence for the production of a laminated pane according to the invention.
  • the second thermoplastic intermediate layer and the reflective film do not necessarily have to be introduced into the stacking sequence as two individual layers one after the other, but can be introduced into the stacking sequence as a common bilayer.
  • the second thermoplastic intermediate layer can also be formed by more than one film.
  • One of the foils can also be present together with the reflective foil as a so-called bilayer and as this can be introduced into a stacking sequence for the production of a laminated pane according to the invention.
  • the bilayer and the further film or the further films of the second thermoplastic intermediate layer are successively introduced into the stacking sequence.
  • Large image widths occur in particular with so-called "Augmented Reality" HLIDs, in which not only information is projected onto a limited area of the windshield, but elements of the external environment are included in the display. Examples of this are the marking of a pedestrian, the display of the distance to a vehicle driving ahead or the projection of navigation information directly onto the road, for example to mark the lane to be selected.
  • the reflective element preferably extends over the entire surface of the composite pane or essentially over the entire surface of the composite pane. Essentially over the entire surface of the composite pane means over the entire surface of the composite pane minus a peripheral edge area of, for example, 20 mm.
  • the reflective element particularly preferably extends over the entire surface of the laminated pane minus a peripheral edge area of, for example, 20 mm. If the laminated pane has a sensor window, the reflective element preferably has a recess in the area of the sensor window.
  • the 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, which is thus arranged in a peripheral edge area, and/or a masking print, which is arranged in an area surrounding the camera window.
  • 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. Alternatively, the covering print can also have a gradient, for example from an opaque covering to a semi-transparent covering.
  • the masking print is usually applied to the interior surface of the outer pane or to the interior surface of the inner pane.
  • the laminated pane has a sensor window and the outer pane and/or the inner pane has a covering print in a peripheral edge area and in an area surrounding the sensor window.
  • the first thermoplastic intermediate layer and, if present, the second thermoplastic intermediate layer can, independently of one another, also be an intermediate layer with acoustically damping properties, an intermediate layer which reflects infrared radiation, an intermediate layer which absorbs infrared radiation, an intermediate layer which absorbs UV radiation, an intermediate layer which is colored at least in sections and/or a be at least partially tinted intermediate layer. So the first thermoplastic intermediate layer or, if present, the second thermoplastic intermediate layer can also be a belt filter film, for example.
  • 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 and can thus be adapted to the requirements of the individual case.
  • the outer pane and the inner pane preferably have thicknesses of 0.5 mm to 5 mm, particularly preferably 1 mm to 3 mm, very particularly preferably 1.6 mm to 2.1 mm.
  • the outer pane has a thickness of 2.1 mm and the inner pane has a thickness of 1.2 mm or 1.6 mm.
  • the outer pane or in particular the inner pane can also be thin glass with a thickness of, for example, 0.55 mm or 0.7 mm.
  • the thickness specification for the inner pane refers to the thickness at the thinnest point.
  • 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 pane 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 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 composite pane is preferably between 0.8 m and 1.40 m, particularly preferably between 0.9 m and 1.25 m. It goes without saying that the height of the first thermoplastic intermediate layer, the reflective element and, if present, the second thermoplastic Intermediate layer is preferably between 0.8 m and 1.40 m, particularly preferably between 0.9 m and 1.25 m.
  • the composite pane according to the invention can be a vehicle pane.
  • a vehicle window is provided for separating a vehicle interior from an external environment.
  • a vehicle pane is therefore a window pane which is inserted into a window opening of the vehicle body or is intended for this purpose.
  • a laminated pane according to the invention is in particular a windshield of a motor vehicle.
  • the inner pane designates that pane which is intended to face the interior of the vehicle in the installed position.
  • the outer pane designates that pane which is intended to face the outer surroundings of the vehicle in the installed position.
  • 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 laminated glass can also be flat, for example if it is intended as a pane for buses, trains or tractors.
  • the invention also relates to a projection arrangement for a head-up display for displaying a virtual image for an observer, at least comprising a laminated pane according to the invention and a projector which is aimed at an area B,
  • the projector illuminates an area B of the windshield, where the radiation is reflected towards the viewer (driver), creating a virtual image which the viewer perceives from behind the windshield as seen from him.
  • the area B of the windshield that can be irradiated by the projector is also 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 are given a must be in the mirror position is referred to as an eyebox window.
  • This eyebox window can be moved vertically by adjusting the mirrors, with the entire area that is accessible as a result (ie 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 radiation from the projector has a p-polarized component of at least 70% and at least 5% of the p-polarized radiation emitted by the projector and impinging on the reflective element of the laminated pane is directed by the reflective element in the direction of the viewer to generate a virtual Image reflected at a distance from the laminated pane, the thickness of the inner pane being variable in the vertical course, at least in this area B, with a maximum wedge angle a of less than 0.20 mrad.
  • the proportion of p-polarized radiation in the total radiation from the projector is preferably 80%, particularly 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 laminated pane in the geometric center of the irradiated area.
  • the radiation from the projector impinges on the laminated pane at an angle of incidence of 55° to 80°, preferably 55° to 75°, particularly preferably 60° to 70°.
  • This angle of incidence is relatively close to Brewster's angle for an air-to-glass transition (57.2°, soda-lime glass).
  • the radiation from the projector is in the visible spectral range of the electromagnetic spectrum.
  • Typical HUD projectors work with the wavelengths of approx. 470 nm, 550 nm and 630 nm (RGB).
  • 10% to 70%, preferably 15% to 60%, particularly preferably 20% to 50% of the p-polarized radiation emitted by the projector and impinging on the reflective element of the composite pane are absorbed by the reflective element in reflected towards the viewer.
  • the image width of the HLID in the projection arrangement according to the invention ie the distance of the virtual image from the laminated pane, is at least 2500 mm, preferably at least 3500 mm, very particularly preferably at least 4500 mm.
  • the image distance can also be 10000 mm or more.
  • the image width can be 2500 mm, 3000 mm, 4500 mm or 10000 mm.
  • the two images that are generated by reflection of the projector image on the interior-side surface of the inner pane and on the reflecting element are superimposed on one another in the projection arrangement according to the invention. Disturbing ghost images therefore do not occur or occur only to a small extent.
  • the invention also relates to a method for producing a laminated pane according to the invention, in which at least
  • thermoplastic intermediate layer (a) an outer pane, a first thermoplastic intermediate layer, a reflective element which is suitable for reflecting at least 5% of p-polarized radiation impinging on the reflective element, and an inner pane, the thickness of which is variable at least in sections in the vertical direction with a maximum wedge angle ⁇ of less than 0.20 mrad; (b) forming a stacking sequence in which the first thermoplastic interlayer is disposed between the outer pane and the inner pane, and the reflective element is disposed between the outer pane and the first thermoplastic interlayer or between the inner pane and the first thermoplastic interlayer; and
  • the reflective element is designed as a reflective film and the laminated pane also has a second thermoplastic intermediate layer, which is arranged between the outer pane and the first thermoplastic intermediate layer or between the inner pane and the first thermoplastic intermediate layer , wherein the reflective element formed as a reflective film is arranged between the first thermoplastic intermediate layer and the second thermoplastic intermediate layer.
  • thermoplastic intermediate layer (a) an outer pane, a first thermoplastic intermediate layer, a reflective element designed as a reflective film, which is suitable for reflecting at least 5% of p-polarized radiation impinging on the reflective element, and an inner pane, the thickness of which varies vertically at least in sections is variable with a maximum wedge angle ⁇ of less than 0.20 mrad, and a second thermoplastic intermediate layer is provided;
  • thermoplastic intermediate layer is arranged between the outer pane and the inner pane
  • second intermediate thermoplastic layer is arranged between the outer pane and the first intermediate thermoplastic layer or between the inner pane and the first intermediate thermoplastic layer and that as reflective element formed of reflective foil is disposed between the first thermoplastic intermediate layer and the second thermoplastic intermediate layer
  • the stacking sequence is connected by lamination.
  • the outer pane and the inner pane are subjected to a bending process before lamination.
  • the outer pane and the inner pane are preferably bent congruently together (ie at the same time and using the same tool), because the shape of the panes is thereby 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 stacking sequence can be laminated using common lamination processes.
  • so-called autoclave processes can be carried out at an increased pressure of about 10 bar to 15 bar and temperatures of 130° C. to 145° C. for about 2 hours.
  • autoclave-free processes are also possible.
  • Known vacuum bag or vacuum ring methods work, for example, at about 200 mbar and 80°C to 110°C.
  • vacuum laminators can be used. These consist of one or more chambers that can be heated and evacuated, in which the first pane and the second pane are laminated within about 60 minutes, for example, at reduced pressures of 0.01 mbar to 800 mbar and temperatures of 80 °C to 170 °C.
  • the invention also relates to the use of a composite pane according to the invention as a vehicle pane for a head-up display in means of transport for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles and in particular in a windshield, especially for a head-up display in a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of a laminated pane according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the laminated pane according to FIG. 1 along section line XX′;
  • FIG. 3 shows a cross section through an embodiment of a projection arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a cross section through a further embodiment of a laminated pane according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through a further embodiment of a projection arrangement according to the invention.
  • FIG. 6 shows a cross section through a further embodiment of a laminated pane according to the invention
  • FIG. 7 shows a cross section through a further embodiment of a projection arrangement according to the invention.
  • FIG. 8 shows a cross section through a further embodiment of a laminated pane according to the invention
  • FIG. 9 shows a cross section through a further embodiment of a projection arrangement according to the invention.
  • FIG. 10 shows a flow chart of an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of a composite pane 100 according to the invention and FIG. 2 shows a cross section through the composite pane 100 according to FIG. 1 along the section line X-X'.
  • the laminated pane 100 is made up of an outer pane 1 , a first thermoplastic intermediate layer 3 , a reflective element 4 and an inner pane 2 .
  • the first thermoplastic intermediate layer 3 is arranged between the outer pane 1 and the inner pane 2 .
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 are connected to one another via the first thermoplastic intermediate layer 3 .
  • the laminated pane 100 shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, a windshield of a passenger car.
  • the outer pane 1 faces the outside environment
  • the inner pane 2 faces the vehicle interior.
  • the lower edge U of the laminated glass 100 is arranged downward toward the engine of the passenger car
  • the upper edge O of the laminated glass 100 is arranged upward toward the roof
  • the two side edges S are arranged laterally.
  • the reflective element 4 is designed as a reflective coating on the outside surface III of the inner pane 2 .
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist, for example, of soda-lime glass.
  • the outer pane 1 has a thickness of 2.1 mm, for example, the inner pane 2 has a thickness of 1.6 mm or 1.2 mm at the thinnest point, and the thickness of the inner pane 2 increases vertically from the lower edge U to the upper edge O steadily.
  • the wedge angle ⁇ is about 0.1 mrad, for example 0.14 mrad or 0.12 mrad.
  • the first thermoplastic intermediate layer 3 is, for example, an intermediate layer made of PVB and has a thickness of 0.76 mm.
  • An area B is also indicated in FIG. 1 , which corresponds to the HUD area of the laminated pane 100 .
  • images are to be generated by a HUD projector. Due to the wedge-shaped design of the inner pane 2, the two images that are generated by reflection of the projector image on the interior-side surface IV of the inner pane 2 and on the reflective element 4 are superimposed on one another. Disturbing ghost images therefore do not occur or occur only to a small extent.
  • the reflective element 4 designed as a reflective coating on the outside surface III of the inner pane 2 is suitable, for example, for reflecting a proportion of 20% to 50% of p-polarized radiation impinging on the coating.
  • the outer pane 1, the inner pane 2 and the first thermoplastic intermediate layer 3 have the same outer dimensions, so that the side edges, the upper edges and the lower edges of the outer pane 1, the inner pane 2 and the first thermoplastic intermediate layer 3 are flush when viewed through the laminated pane 100 to lie on top of each other
  • the reflective element 4 designed as a reflective coating extends over the entire surface of the composite pane 100.
  • the reflective element 4 preferably extends over the entire surface of the composite pane 100 minus a peripheral edge area of 20 mm, so that the reflective element 4 in the laminated pane 100 is protected from external influences.
  • FIG. 3 shows a cross section of a projection arrangement 101 according to the invention, which comprises the laminated pane 100 from FIGS. 1 and 2.
  • the arrangement comprises a projector 7 which is directed towards an area B.
  • FIG. In the area B HUD area
  • images can be generated by the projector, which the observer 8 (vehicle driver) perceives as virtual images on the side of the laminated pane 100 facing away from him.
  • the wedge angle in area B leads to surfaces of the inner pane 2 and the reflecting element 4 which are inclined towards one another, as a result of which ghost images can be avoided.
  • the beam path of two p-polarized light beams emitted by the projector 7 is also shown in FIG. 3 .
  • the light beam C impinges on the interior-side surface IV of the inner pane 2 at the Brewster angle.
  • the projection angle thus corresponds to the Brewster angle.
  • There this light beam enters the laminated pane 100 and is refracted and is then reflected by the reflecting element 4 and exits the laminated pane 100 again on the interior-side surface IV of the inner pane 2, where it is refracted again and finally strikes the viewer 8.
  • the light beam D does not strike the interior surface IV of the inner pane 2 at Brewster's angle and is reflected there in the direction of the viewer 8 .
  • C1 denotes the optical path of the light beam C between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • C2 denotes the optical path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the reflective element 4.
  • C3 denotes the optical path of the light beam C between the reflecting element 4 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • C4 denotes the optical path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • D1 denotes the optical path of the light beam D between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • D2 denotes the optical path of the light beam D between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8. The observer only perceives a virtual image 6 since the virtual images resulting from the light beams C and D are superimposed.
  • FIG. 4 shows a cross section through a further embodiment of a laminated pane 100 according to the invention.
  • the embodiment shown in cross section in FIG. 4 differs from the embodiment shown in cross section in FIG. 2 only in that the reflective element 4 is not a reflective coating on the outside surface III of the inner pane 2, but rather a reflective coating on the interior-side surface II of the outer pane 1 is formed.
  • FIG. 5 shows a cross section of a projection arrangement 101 according to the invention, which includes the laminated pane 100 from FIG. 4 .
  • the arrangement comprises a projector 7 which is directed towards an area B.
  • FIG. In the area B HUD area
  • images can be generated by the projector, which the observer 8 (vehicle driver) perceives as virtual images on the side of the laminated pane 100 facing away from him.
  • the wedge angle in area B leads to surfaces of the inner pane 2 and the reflecting element 4 which are inclined towards one another, as a result of which ghost images can be avoided.
  • FIG. 5 also shows the beam path of two p-polarized light beams emitted by the projector 7 .
  • the light beam C impinges on the interior-side surface IV of the inner pane 2 at the Brewster angle.
  • the projection angle thus corresponds to the Brewster angle.
  • There this light beam enters the laminated pane 100 and is refracted and is then reflected by the reflecting element 4 and exits the laminated pane 100 again on the interior-side surface IV of the inner pane 2, where it is refracted again and finally strikes the viewer 8.
  • the light beam D does not strike the interior surface IV of the inner pane 2 at Brewster's angle and is reflected there in the direction of the viewer 8 .
  • C1 denotes the optical path of the light beam C between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • C2 denotes the optical path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the reflecting element 4.
  • C3 denotes the optical path of the light beam C between the reflecting element 4 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • C4 denotes the optical path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • D1 denotes the optical path of the light beam D between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • D2 denotes the optical path of the light beam D between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • the observer only perceives a virtual image 6 since the virtual images resulting from the light beams C and D are superimposed.
  • FIG. 6 shows a cross section through a further embodiment of a laminated pane 100 according to the invention.
  • the embodiment shown in cross section in FIG. 6 differs from the embodiment shown in cross section in FIG. 4 only in that the reflective element 4 is not designed as a reflective coating on the interior surface II of the outer pane 1, but as a reflective film and the laminated pane 100 additionally has a second thermoplastic intermediate layer 5, which is arranged between the outer pane 1 and the reflective element 4 designed as a reflective film.
  • the reflective element 4 is, for example, a polyethylene terephthalate (PET)-based reflective film that is coated in the direction of the inner pane with a stack of copolymer layers based on PET and polyethylene naphthalate (PEN) and is suitable to reflect a proportion of 20% to 50% of incident on the reflective element 4 p-polarized radiation.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the reflective element 4 designed as a reflective film has a thickness of between 20 ⁇ m and 120 ⁇ m, for example.
  • the first thermoplastic intermediate layer 3 and the second thermoplastic intermediate layer 5 are, for example, an intermediate layer consisting of PVB with a thickness of 0.38 mm.
  • FIG. 7 shows a cross section of a projection arrangement 101 according to the invention, which includes the laminated pane 100 from FIG. 6 .
  • the arrangement comprises a projector 7 which is directed towards an area B.
  • FIG. In the area B HUD area
  • images can be generated by the projector, which the observer 8 (vehicle driver) perceives as virtual images on the side of the laminated pane 100 facing away from him.
  • the wedge angle in area B leads to surfaces of the inner pane 2 and the reflecting element 4 which are inclined towards one another, as a result of which ghost images can be avoided.
  • the beam path of two p-polarized light beams emitted by the projector 7 is also shown in FIG. 7 .
  • the light beam C impinges on the interior-side surface IV of the inner pane 2 at the Brewster angle.
  • the projection angle thus corresponds to the Brewster angle.
  • There this light beam enters the laminated pane 100 and is refracted and is then reflected by the reflecting element 4 and exits the laminated pane 100 again on the interior-side surface IV of the inner pane 2, where it is refracted again and finally strikes the viewer 8.
  • the light beam D does not strike the interior surface IV of the inner pane 2 at Brewster's angle and is reflected there in the direction of the viewer 8 .
  • C1 denotes the optical path of the light beam C between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • C2 denotes the optical path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the reflective element 4.
  • C3 denotes the optical path of the light beam C between the reflecting element 4 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • C4 denotes the optical path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • D1 denotes the optical path of the light beam D between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • D2 denotes the optical path of the light beam D between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • FIG. 8 shows a cross section through a further embodiment of a laminated pane 100 according to the invention.
  • the embodiment shown in cross section in Fig. 8 differs from the embodiment shown in cross section in Fig. 2 only in that the reflective element 4 is not designed as a reflective coating on the outside surface III of the inner pane 2, but as a reflective film and the laminated pane 100 additionally has a second thermoplastic intermediate layer 5 which is arranged between the inner pane 2 and the reflective element 4 .
  • the reflective element 4 is, for example, a polyethylene terephthalate (PET)-based reflective film that is coated in the direction of the inner pane with a stack of copolymer layers based on PET and polyethylene naphthalate (PEN) and is suitable to reflect a proportion of 20% to 50% of incident on the reflective film p-polarized radiation.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the reflective element 4 designed as a reflective film has a thickness of between 20 ⁇ m and 120 ⁇ m, for example.
  • the first thermoplastic intermediate layer 3 and the second thermoplastic intermediate layer 5 are, for example, each an intermediate layer consisting of PVB with a thickness of 0.38 mm.
  • FIG. 9 shows a cross section of a projection arrangement 101 according to the invention, which includes the laminated pane 100 from FIG. 8 .
  • the arrangement comprises a projector 7 which is directed towards an area B.
  • FIG. In the area B HUD area
  • images can be generated by the projector, which the observer 8 (vehicle driver) perceives as virtual images on the side of the laminated pane 100 facing away from him.
  • the wedge angle in area B leads to surfaces of the inner pane 2 and the reflecting element 4 which are inclined towards one another, as a result of which ghost images can be avoided.
  • the beam path of two p-polarized light beams emitted by the projector 7 is also shown in FIG. 9 .
  • the light beam C impinges on the interior-side surface IV of the inner pane 2 at the Brewster angle.
  • the projection angle thus corresponds to the Brewster angle.
  • There this light beam enters the laminated pane 100 and is is refracted and is then reflected by the reflecting element 4 and exits the laminated pane 100 again on the interior-side surface IV of the inner pane 2 and is refracted there again and finally hits the viewer 8.
  • the light beam D does not strike the interior surface IV of the inner pane 2 at the Brewster angle and is reflected there in the direction of the viewer 8 .
  • C1 designates the optical path of the light beam C between the projector 7 and the interior surface IV of the inner pane 2.
  • 02 designates the optical path of the light beam C between the interior surface IV of the inner pane 2 and the reflecting element 4.
  • 03 designates the optical path of the light beam C between the reflecting element 4 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • 04 designates the beam path of the light beam C between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • D1 denotes the optical path of the light beam D between the projector 7 and the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • D2 denotes the optical path of the light beam D between the interior-side surface IV of the inner pane 2 and the viewer 8.
  • the observer only perceives a virtual image 6 since the virtual images resulting from the light beams C and D are superimposed.
  • Fig. 10 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for producing a laminated pane 1 according to the invention.
  • the method comprises a first step S1, in which an outer pane 1, a first thermoplastic intermediate layer 3, a reflective element 4, which is suitable for reflecting at least 5% of incident on the reflective element p-polarized radiation and an inner pane 2, whose thickness is variable at least in sections in the vertical course with a maximum wedge angle a of less than 0.20 mrad.
  • a stacking sequence is formed, in which the first thermoplastic intermediate layer 3 is arranged between the outer pane 1 and the inner pane 2 and the reflective element 4 is arranged between the outer pane 1 and the first thermoplastic intermediate layer 3 or between the inner pane 2 and the first thermoplastic intermediate layer 3 .
  • the stacking sequence is connected by lamination.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe (100) für ein Head-Up-Display (HUD) mindestens umfassend eine Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I), einer innenraumseitigen Oberfläche (II), einer Oberkante, einer Unterkante und zwei Seitenkanten, eine erste thermoplastische Zwischenschicht (3), ein reflektierendes Element (4), welches geeignet ist mindestens 5 % von auf das reflektierende Element (4) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, und eine Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III), einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), einer Oberkante, einer Unterkante und zwei Seitenkanten. Erfindungsgemäß ist die erste thermoplastische Zwischenschicht (3) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet, das reflektierende Element (4) ist zwischen der Außenscheibe (1) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) oder zwischen der Innenscheibe (2) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) angeordnet, und die Dicke der Innenscheibe (2) ist im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich mit einem maximalen Keilwinkel (α) von weniger als 0,20 mrad.

Description

VERBUNDSCHEIBE FÜR EIN HEAD-UP-DISPLAY
Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe für ein Head-Up-Display ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
Verbundscheiben werden heutzutage an vielen Orten, insbesondere im Fahrzeugbau, verwendet. Dabei umfasst der Begriff Fahrzeug unter anderem Straßenfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, landwirtschaftliche Maschinen oder auch Arbeitsgeräte.
Auch in anderen Bereichen werden Verbundscheiben verwendet. Hierzu zählen beispielsweise Gebäudeverglasungen oder Informationsdisplays, z.B. in Museen oder als Werbedisplays.
Dabei weist eine Verbundscheibe im Allgemeinen zwei Scheiben auf, die auf eine Zwischenschicht laminiert sind.
Insbesondere Windschutzscheiben werden häufig 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.
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 abgewandten 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.
Die CN 113031276 A offenbart eine mit p-polarisierter Strahlung betriebene HUD- Projektionsanordnung mit einer p-polarisierte Strahlung reflektierenden Schicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe einer Verbundscheibe.
WO 2019/179783 A1 offenbart eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display, mindestens umfassend eine Verbundscheibe, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, mit einer Oberkante und einer Unterkante und einem HUD-Bereich; eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe oder innerhalb der Zwischenschicht; und einen Projektor, der auf den HUD- Bereich gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors zumindest einen p-polarisierten Anteil aufweist und wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung im Spektral be re ich von 400 nm bis 650 nm nur ein einziges lokales Reflexionsmaximum für p-polarisierte Strahlung aufweist, welches im Bereich von 510 nm bis 550 nm befindlich ist.
WO 2019/046157 A1 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen, welche eine Außenscheibe, eine keilförmige Zwischenschicht und eine Innenscheibe aufweist, wobei auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine p-polarisierte Strahlung reflektierende Beschichtung aufgetragen ist.
CN 113071165 A offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um eine HUD-Bild zu erzeugen, welche eine Außenscheibe, eine keilförmige Zwischenschicht und eine Innenscheibe aufweist, wobei auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe eine p-polarisierte Strahlung reflektierende Beschichtung aufgetragen ist und auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine reflexionserhöhende Beschichtung aufgetragen ist. WO 2021/145387 A1 offenbart eine Verbundscheibe für ein Head-Up-Display, welche eine Außenscheibe und eine Innenscheibe umfasst, die über eine Zwischenschicht miteinander verbunden sind, wobei auf der Außenseite der Innenscheibe eine p-polarisiertes Licht reflektierende Folie aufgeklebt ist und wobei die Innenscheibe einen keilförmigen Querschnitt aufweist und zusätzlich auch die Zwischenschicht oder die Außenscheibe einen keilförmigen Querschnitt aufweist.
Da Projektoren in einer HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen in der Regel die p-polarisierte Strahlung nicht in einem einzelnen Strahl emittieren, sondern als ein Strahlenbündel von unzähligen Strahlen, welche in unterschiedlichen Winkeln auf die Verbundscheibe treffen, trifft nicht die gesamte vom Projektor emittierte Strahlung im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe. Dies führt zu einem zweiten Bild geringer Intensität aufgrund von Reflexionen an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe und einem ersten Bild hoher Intensität aufgrund der Reflexion an der p- polarisierende Strahlung reflektierenden Schicht. Für den Betrachter sind beide Bilder gegeneinander verschoben sichtbar, ähnlich zu dem Auftreten klassischer Geisterbilder. Allerdings ist bei den klassischen Geisterbildern die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe von höherer Intensität als die Reflexion innerhalb der Verbundscheibe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbundscheibe und eine verbesserte Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display bereitzustellen. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Herstellungsverfahren anzugeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe, eine Projektionsanordnung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe, eine erste thermoplastische Zwischenschicht, ein reflektierendes Element und eine Innenscheibe. Die erste thermoplastische Zwischenschicht ist zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Das reflektierende Element ist zwischen der Außenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht oder zwischen der Innenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante und zwei Seitenkanten auf. Mit Oberkante wird die diejenige Kante der Verbundscheibe 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. Ist die Verbundscheibe die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, so wird die Oberkante häufig auch als Dachkante und die Unterkante häufig auch als Motorkante bezeichnet.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe, die erste thermoplastische Zwischenschicht und das reflektierende Element weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche, eine Oberkante, eine Unterkante und zwei Seitenkanten auf. Mit Oberkante wird die 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. 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 erste thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite I bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite II bezeichnet. Die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite III bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite IV bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist das reflektierende Element geeignet mindestens 5 %, bevorzugt 10 % bis 70 %, besonders bevorzugt 15 % bis 60 %, insbesondere 20 % bis 50 %, von auf das reflektierende Element auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
Das reflektierende Element ist insbesondere geeignet mindestens 5 %, bevorzugt 10 % bis 70 %, besonders bevorzugt 15 % bis 60 %, insbesondere 20 % bis 50 %, von in einem Einfallswinkel von 55° bis 80°, bevorzugt 55° bis 75°, besonders bevorzugt 60° bis 70° auf das reflektierende Element auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist eine Verbundscheibe für ein Head-Up-Display. Daher versteht es sich, dass die p-polarisierte Strahlung, welche das reflektierende Element zu reflektieren geeignet ist, p-polarisiertes Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ist, d.h. im Bereich von 400 nm bis 780 nm.
Erfindungsgemäß ist die Dicke der Innenscheibe im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich. Der maximale Keilwinkel a (alpha) der Innenscheibe beträgt erfindungsgemäß weniger als 0,20 mrad. Der Keilwinkel weist aber zumindest abschnittsweise einen endlichen Keilwinkel auf, also einen Keilwinkel größer 0°. Mit „abschnittsweise“ ist hier gemeint, dass der vertikale Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem sich die Dicke der Innenscheibe ortsabhängig ändert. Die Dicke kann sich aber auch in mehreren Abschnitten ändern oder im gesamten vertikalen Verlauf. Mit vertikalem Verlauf ist der Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante mit Verlaufsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu besagten Kanten bezeichnet.
Mit Keilwinkel wird der Winkel den beiden Oberflächen der Innenscheibe, d.h. zwischen der außenseitigen Oberfläche und der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe, bezeichnet. Ist der Keilwinkel nicht konstant, so sind zu seiner Messung an einem Punkt die Tangenten an die Oberflächen heranzuziehen.
Die Außenscheibe weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Sie weist folglich einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es handelt sich bei der Außenscheibe somit nicht um eine Keilglasscheibe.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Sie weist folglich einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es handelt sich bei der ersten thermoplastischen Zwischenschicht somit nicht um eine Keilfolie.
Dadurch, dass die Innenscheibe einen maximalen Keilwinkel aufweist und die Außenscheibe und die erste thermoplastische Zwischenschicht von im Wesentlichen konstanter Dicke sind, weist auch die erfindungsgemäße Verbundscheibe einen maximalen Keilwinkel auf. Es versteht sich, dass der maximale Keilwinkel der erfindungsgemäßen Verbundscheibe dem maximalen Keilwinkel der Innenscheibe entspricht. Unter einer im Wesentlichen konstanten Dicke einer Scheibe oder einer Schicht ist in der vorliegenden Anmeldung zu verstehen, dass die Dicke der Scheibe oder der Schicht über die Länge und Breite im Rahmen normaler Fertigungstoleranzen konstant ist. Bevorzugt bedeutet dies, dass die Dicke um nicht mehr als 5 %, bevorzugt um nicht mehr als 3 % variiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Innenscheibe einen maximalen Keilwinkel a zwischen 0,01 mrad und 0,19 mrad auf, besonders bevorzugt zwischen 0,12 mrad und 0,15 mrad, beispielsweise 0,12, mrad, 0,14 mrad oder 0,15 mrad. Mit dem maximalen Keilwinkel wird der größte Keilwinkel bezeichnet, der in der Innenscheibe auftritt.
Die erfindungsgemäßen maximalen Keilwinkel von kleiner 0,20 mrad sind deutlich kleiner als die Keilwinkel für herkömmliche Verbundscheiben im Bereich von 0,5 mrad.
Der Keilwinkel der Innenscheibe kann im vertikalen Verlauf konstant sein, was zu einer linearen Dickenänderung der Innenscheibe führt, wobei die Dicke typischerweise von unten nach oben größer wird. Die Innenscheibe weist in dieser Ausführungsform somit einen keilförmigen Querschnitt auf. Die Richtungsangabe „von unten nach oben“ bezeichnet die Richtung von Unterkante zu Oberkante, also den vertikalen Verlauf. Es können aber auch komplexere Dickenprofile vorliegen, bei denen der Keilwinkel von unten nach oben veränderlich (das heißt im vertikalen Verlauf ortsabhängig) ist, linear oder nicht-linear.
Bevorzugt nimmt die Dicke der Innenscheibe im vertikalen Verlauf von unten nach oben zumindest abschnittsweise zu.
Die veränderliche Dicke der Innenscheibe kann auf einen Abschnitt des vertikalen Verlaufs beschränkt sein. Dieser Abschnitt entspricht bevorzugt mindestens dem sogenannten HUD- Bereich der Verbundscheibe, also dem Bereich, in dem bei einer Projektionsanordnung der HUD-Projektor ein Bild erzeugt. Der Abschnitt kann aber auch größer sein. Die Dicke der Innenscheibe kann im gesamten vertikalen Verlauf veränderlich sein, beispielsweise von der Unterkante zur Oberkante im Wesentlichen stetig zunehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das reflektierende Element als eine reflektierende Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe ausgebildet. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das reflektierende Element als eine reflektierende Beschichtung der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist das als eine reflektierende Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe ausgebildete reflektierende Element geeignet, mindestens 5 % von auf das reflektierende Element auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
Dem Fachmann sind geeignete reflektierende Beschichtungen bekannt. Die reflektierenden Beschichtungen umfassen insbesondere metallhaltige Schichten, beispielsweise aus Silber, Aluminium, Kupfer oder Gold. Die reflektierenden Beschichtungen können beispielsweise auch wie in der WO 2019/179683 A1 oder der WO 2020/094423 A1 aufgebaut sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die reflektierende Beschichtung ein Schichtstapel oder eine Schichtenfolge, umfassend eine oder mehrere elektrisch leifähige, insbesondere metallhaltige Schichten, wobei jede elektrisch leitfähige Schicht jeweils zwischen zwei dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen angeordnet ist. Die reflektierende Beschichtung ist also bevorzugt ein Dünnschicht-Stapel mit n elektrisch leitfähigen Schichten und (n+1) dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen, wobei n eine natürliche Zahl und wobei auf eine untere dielektrische Schicht oder Schichtenfolge jeweils im Wechsel eine leitfähige Schicht und eine dielektrische Schicht oder Schichtenfolge folgt.
Jede elektrisch leitfähige Schicht enthält bevorzugt zumindest ein Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise Silber, Aluminium, Kupfer oder Gold, und ist besonders bevorzugt auf Basis des Metalls oder der Metalllegierung ausgebildet, das heißt besteht im Wesentlichen aus dem Metall oder der Metalllegierung abgesehen von etwaigen Dotierungen oder Verunreinigungen. Bevorzugt kommen Silber oder eine silberhaltige Legierung zum Einsatz. In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die elektrisch leitfähige Schicht mindestens 90 Gew. % Silber, bevorzugt mindestens 99 Gew. % Silber, besonders bevorzugt mindestens 99,9 Gew. % Silber.
Jede elektrisch leitfähige Schicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 3 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 15 nm auf. Die Gesamtschichtdicke aller elektrisch leitfähigen Schichten beträgt bevorzugt von 20 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 30 nm bis 40 nm. Zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten sowie unterhalb der untersten leitfähigen Schicht und oberhalb der obersten leitfähigen Schicht sind wie oben beschrieben bevorzugt dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen angeordnet. Jede dielektrische Schicht oder Schichtenfolge weist zumindest eine Entspiegelungsschicht auf. Die Entspiegelungsschichten senken die Reflexion von sichtbarem Licht und erhöhen somit die Transparenz der beschichteten Scheibe. Die Entspiegelungsschichten enthalten beispielsweise Siliziumnitrid (SiN), Silizium-Metall-Mischnitride wie Siliziumzirkoniumnitrid (SiZrN), Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinnoxid (SnO). Die Entspiegelungsschichten können darüber hinaus Dotierungen aufweisen. Die Schichtdicke der einzelnen Entspiegelungsschichten beträgt bevorzugt von 10 nm bis 70 nm.
Die Entspiegelungsschichten können wiederum in mindestens zwei Teilschichten unterteilt sein, insbesondere in eine dielektrische Schicht mit einem Brechungsindex kleiner 2,1 und eine optisch hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex größer oder gleich 2,1. Bevorzugt ist zumindest eine zwischen zwei elektrisch leitfähigen Schichten angeordnete Entspiegelungsschicht derart unterteilt, besonders bevorzugt jede zwischen zwei elektrisch leitfähigen Schichten angeordnete Entspiegelungsschicht. Die Unterteilung der Entspiegelungsschicht führt zu einem geringeren Flächenwiderstand der elektrisch leitfähigen Beschichtung bei gleichzeitig hoher Transmission und hoher Farbneutralität. Die Reihenfolge der beiden Teilschichten kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, wobei die optisch hochbrechende Schicht bevorzugt oberhalb der dielektrischen Schicht angeordnet ist, was im Hinblick auf den Flächenwiderstand besonders vorteilhaft ist. Die Dicke der optisch hochbrechenden Schicht beträgt bevorzugt von 10 % bis 99 %, besonders bevorzugt von 25 % bis 75 % der Gesamtdicke der Entspiegelungsschicht.
Die optisch hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex größer oder gleich 2,1 enthält beispielsweise MnO, WO3, Nb20s, Bi2Ü3, TiC>2, ZrsN4 und / oder AIN, bevorzugt ein Silizium- Metall-Mischnitrid, beispielsweise Silizium-Aluminium-Mischnitrid, Silizium-Hafnium- Mischnitrid oder Silizium-Titan-Mischnitrid, besonders bevorzugt Silizium-Zirkonium- Mischnitrid (SiZrN). Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf den Flächenwiderstand der elektrisch leitfähigen Beschichtung. Das Silizium-Zirkonium-Mischnitrid weist bevorzugt Dotierungen auf. Die Schicht eines optisch hochbrechenden Materials kann beispielsweise ein Aluminium-dotiertes Silizium-Zirkonium-Mischnitrid enthalten. Der Anteil an Zirkonium beträgt dabei bevorzugt zwischen 15 und 45 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 15 und 30 Gew.-%.
Die dielektrische Schicht mit einem Brechungsindex kleiner 2,1 weist bevorzugt einen Brechungsindex n zwischen 1 ,6 und 2,1 auf, besonders bevorzugt zwischen 1 ,9 und 2,1. Die dielektrische Schicht enthält bevorzugt zumindest ein Oxid, beispielsweise Zinnoxid, und/oder ein Nitrid, besonders bevorzugt Siliziumnitrid.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das reflektierende Element als eine reflektierende Folie ausgebildet und die Verbundscheibe weist zusätzlich eine zweite thermoplastische Zwischenschicht auf, welche zwischen der Außenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht oder zwischen der Innenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist, wobei das als eine reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist.
Das als eine reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element kann eine Trägerfolie mit einer reflektierenden Beschichtung sein oder eine metallfreie reflektierende Polymerfolie. Die reflektierende Beschichtung ist in dieser Ausführungsform bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche der Trägerfolie, d.h. der Oberfläche, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, aufgebracht und umfasst bevorzugt mindestens eine Schicht auf Basis eines Metalls oder eine rein dielektrische Schichtabfolge mit alternierenden Brechungsindizes. Die Schicht auf Basis eines Metalls enthält bevorzugt Silber und/oder Aluminium, oder besteht daraus. Die dielektrische Schichtabfolge enthält bevorzugt Siliciumnitrid, Siliciumoxid und/oder Zinkoxid. Die reflektierende Polymerfolie umfasst bevorzugt dielektrische Polymerschichten oder besteht daraus. Die dielektrischen Polymerschichten enthalten bevorzugt PET. Eine reflektierende Folie in dieser Zusammensetzung ist geeignet, auf die Schicht auftreffende p-polarisiertes Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu reflektieren.
Das als eine reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element ist bevorzugt eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie, die mit einem Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist. Die Beschichtung ist bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche der PET basierten Folie, d.h. der Oberfläche, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, aufgebracht. Geeignete reflektierende Folien sind beispielsweise in der US 5,882,774 A beschrieben.
Die reflektierende Folie kann zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm, bevorzugt zwischen 20 pm und 120 pm, dick sein. Die Dicke der reflektierenden Folie ist über die gesamte Länge im Wesentlichen konstant, somit hat die reflektierende Folie einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die reflektierende Folie ist demnach keine Keilfolie.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht kann zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB) enthalten oder daraus bestehen.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht kann zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm dick sein. Die Dicke der ersten thermoplastischen Zwischenschicht ist über die gesamte Länge im Wesentlichen konstant, somit hat die erste thermoplastische Zwischenschicht einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die erste thermoplastische Zwischenschicht ist demnach keine Keilfolie.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste thermoplastische Zwischenschicht eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt 300 pm bis 850 pm, oder eine Dicke zwischen 10 pm und 120 pm, besonders bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm, auf.
Die zweite thermoplastische Zwischenschicht kann zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB) enthalten oder daraus bestehen.
Die zweite thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie.
Die zweite thermoplastische Zwischenschicht kann zwischen 20 pm (Mikrometer) und 2 mm dick sein. Die Dicke der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht ist über die gesamte Länge im Wesentlichen konstant, somit hat die zweite thermoplastische Zwischenschicht einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die zweite thermoplastische Zwischenschicht ist demnach keine Keilfolie.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite thermoplastische Zwischenschicht eine Dicke von 200 pm bis 1000 pm, bevorzugt 300 pm bis 850 pm, oder eine Dicke zwischen 10 pm und 120 pm, besonders bevorzugt zwischen 15 pm und 90 pm, ganz besonders bevorzugt zwischen 20 pm und 75 pm, auf.
In Ausführungsformen, in denen die Verbundscheibe zusätzlich eine zweite thermoplastische Zwischenschicht umfasst und das reflektierende Element als eine zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnete reflektierende Folie ausgebildet ist, können die zweite thermoplastische Zwischenschicht und die reflektierende Folie auch als sogenannter Bilayer vorliegen und als dieser in eine Stapelfolge zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe eingebracht werden. Das heißt die zweite thermoplastische Zwischenschicht und die reflektierende Folie müssen nicht zwingend als zwei einzelne Schichten nacheinander in die Stapelfolge eingebracht werden, sondern können als gemeinsamer Bilayer in die Stapelfolge eingebracht werden.
Die zweite thermoplastische Zwischenschicht kann wie oben beschrieben auch durch mehr als eine Folie ausgebildet sein. Dabei kann eine der Folien auch zusammen mit der reflektierenden Folie als sogenannter Bilayer vorliegen und als dieser in eine Stapelfolge zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe eingebracht werden. In dieser Ausführungsform werden Bilayer und die weitere Folie bzw. die weiteren Folien der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht nacheinander in die Stapelfolge eingebracht.
Je größer die Bildweite des HLIDs ist, also der Abstand des virtuellen Bildes vom Verbundglas, desto geringer muss der Keilwinkel zur Vermeidung des Doppelbildes sein. Große Bildweiten treten insbesondere bei sogenannten „Augmented Reality“ HLIDs auf, bei denen nicht lediglich eine Information auf einen begrenzten Bereich der Windschutzscheibe projiziert wird, sondern Elemente der äußeren Umgebung in die Darstellung einbezogen werden. Beispiele hierfür sind die Markierung eines Fußgängers, die Anzeige des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder die Projektion einer Navigationsangabe direkt auf die Fahrbahn, beispielsweise zur Markierung der zu wählenden Fahrspur. Das reflektierende Element erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Fläche der Verbundscheibe oder im Wesentlichen über die ganze Fläche der Verbundscheibe. Im Wesentlichen über die ganze Fläche der Verbundscheibe bedeutet über die ganze Fläche der Verbundscheibe abzüglich eines umlaufenden Randbereiches von beispielsweise 20 mm.
Besonders bevorzugt erstreckt sich das reflektierende Element über die gesamte Fläche der Verbundscheibe abzüglich eines umlaufenden Randbereiches von beispielsweise 20 mm. Weist die Verbundscheibe ein Sensorfenster auf, so weist das reflektierende Element bevorzugt in dem Bereich des Sensorfensters eine Aussparung auf.
Die 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 somit in einem umlaufenden Randbereich angeordnet ist, und/oder einen Abdeckdruck, der in einem das Kamerafenster umgebenden Bereich angeordnet ist. 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. Der Abdeckdruck ist üblicherweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbundscheibe ein Sensorfenster auf und die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe weist in einem umlaufenden Randbereich und in einem das Sensorfenster umgebenden Bereich einen Abdeckdruck auf.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht und, sofern vorhanden, die zweite thermoplastische Zwischenschicht können unabhängig voneinander auch eine Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine Infrarotstrahlung reflektierende Zwischenschicht, eine Infrarotstrahlung absorbierende Zwischenschicht, eine UV-Strahlung absorbierende Zwischenschicht, eine zumindest abschnittsweise gefärbte Zwischenschicht und/oder eine zumindest abschnittsweise getönte Zwischenschicht sein. So kann die erste thermoplastische Zwischenschicht oder, sofern vorhanden, die zweite thermoplastische Zwischenschicht beispielsweise auch eine Bandfilterfolie sein.
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 und so den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen bevorzugt Dicken von 0,5 mm bis 5 mm auf, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 ,6 mm bis 2,1 mm. Besonders bevorzugt weist die Außenscheibe eine Dicke von 2,1 mm auf und die Innenscheibe eine Dicke von 1 ,2 mm oder 1 ,6 mm auf. Es kann sich bei der Außenscheibe oder insbesondere der Innenscheibe aber auch um Dünnglas mit einer Dicke von beispielsweise 0,55 mm oder 0,7 mm handeln. Bei der Innenscheibe bezieht sich die Dickenangabe auf die Dicke an der dünnsten Stelle.
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 Innenscheibe 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 Außenscheibe und/oder die Innenscheibe können Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen, elektrisch heizbare Beschichtungen, Sonnenschutzbeschichtungen und/oder Low-E- Beschichtungen aufweisen.
Die Höhe der Außenscheibe und der Innenscheibe, d.h. im Falle einer Windschutzscheibe der Abstand zwischen der Dachkante der Verbundscheibe und der Motorkante der Verbundscheibe beträgt bevorzugt zwischen 0,8 m und 1 ,40 m, besonders bevorzugt zwischen 0,9 m und 1 ,25 m. Es versteht sich, dass somit auch die Höhe der ersten thermoplastischen Zwischenschicht, des reflektierenden Elements und sofern vorhanden der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht bevorzugt zwischen 0,8 m und 1 ,40 m, besonders bevorzugt zwischen 0,9 m und 1 ,25 m beträgt.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann eine Fahrzeugscheibe sein. Eine Fahrzeugscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Eine Fahrzeugscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Eine erfindungsgemäße Verbundscheibe ist insbesondere eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
Mit Innenscheibe wird bei einer Fahrzeugscheibe diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt zu sein. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt zu 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. Das Verbundglas kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display zur Darstellung eines virtuellen Bildes für einen Betrachter, mindestens umfassend eine erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen Projektor, der auf einen Bereich B gerichtet ist,
Wie bei HUDs üblich bestrahlt der Projektor einen Bereich B 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 B der Windschutzscheibe wird auch 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“.
Erfindungsgemäß weist die Strahlung des Projektors einen p-polarisierten Anteil von mindestens 70 % auf und mindestens 5 % der von dem Projektor emittierten und auf das reflektierende Element der Verbundscheibe auftreffenden p-polarisierten Strahlung wird von dem reflektierenden Element in Richtung des Betrachters zur Erzeugung eines virtuellen Bildes in einem Abstand von der Verbundscheibe reflektiert, wobei die Dicke der Innenscheibe im vertikalen Verlauf zumindest in diesem Bereich B veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad.
Der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors beträgt bevorzugt 80 %, 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 bestrahlten Bereichs aufgespannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung trifft die Strahlung des Projektors mit einem Einfallswinkel von 55° bis 80°, bevorzugt 55° bis 75°, besonders bevorzugt 60° bis 70° auf die Verbundscheibe. Dieser Einfallswinkel kommt dem Brewsterwinkel für einen Luft-Glas-Übergang (57,2°, Kalk-Natron-Glas) relativ nahe. Es versteht sich, dass die Strahlung des Projektors im sichtbaren Spektral be re ich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Typische HUD-Projektoren arbeiten mit den Wellenlängen von ca. 470 nm, 550 nm und 630 nm (RGB).
In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung werden 10 % bis 70 %, bevorzugt 15 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 % der von dem Projektor emittierten und auf das reflektierende Element der Verbundscheibe auftreffenden p-polarisierten Strahlung von dem reflektierenden Element in Richtung des Betrachters reflektiert.
Die Bildweite des HLIDs bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, also der Abstand des virtuellen Bildes von der Verbundscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens 2500 mmm, bevorzugt mindestens 3500 mm, ganz besonders bevorzugt mindestens 4500 mm. Die Bildweite kann auch 10000 mm oder mehr betragen. So kann die Bildweite beispielweise 2500 mm, 3000 mm, 4500 mm oder 10000 mm betragen.
Durch die keilförmige Ausbildung der Innenscheibe werden bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung die beiden Bilder, die durch Reflexion des Projektorbildes an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe und an dem reflektierenden Element erzeugt werden, miteinander überlagert. Störende Geisterbilder treten daher nicht oder nur in geringem Maße auf.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Projektionsanordnung und umgekehrt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe wobei zumindest
(a) eine Außenscheibe, eine erste thermoplastische Zwischenschicht, ein reflektierendes Element, welches geeignet ist, mindestens 5 % von auf das reflektierende Element auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, und eine Innenscheibe, deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad, bereitgestellt werden; (b) eine Stapelfolge gebildet wird, in der die erste thermoplastische Zwischenschicht zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist, und das reflektierende Element zwischen der Außenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht oder zwischen der Innenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist; und
(c) die Stapelfolge durch Lamination verbunden wird.
Wie oben beschrieben, ist in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe das reflektierende Element als eine reflektierende Folie ausgebildet und die Verbundscheibe weist zusätzlich eine zweite thermoplastische Zwischenschicht auf, welche zwischen der Außenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht oder zwischen der Innenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist, wobei das als eine reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe wobei zumindest
(a) eine Außenscheibe, eine erste thermoplastische Zwischenschicht, ein als eine reflektierende Folie ausgebildetes reflektierendes Element, welches geeignet ist mindestens 5 % von auf das reflektierende Element auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, und eine Innenscheibe, deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad, und eine zweite thermoplastische Zwischenschicht bereitgestellt werden;
(b) eine Stapelfolge gebildet wird, in der die erste thermoplastische Zwischenschicht zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist, und die zweite thermoplastische Zwischenschicht zwischen der Außenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht oder zwischen der Innenscheibe und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist und das als reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist; und
(c) die Stapelfolge durch Lamination verbunden wird. Soll die Verbundscheibe gebogen sein, so werden die Außenscheibe und die Innenscheibe 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 Lamination der Stapelfolge kann mittels geläufiger Laminationsverfahren erfolgen. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. Alternativ sind auch autoklavfreie Verfahren möglich. An sich bekannte Vakuumsackoder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 80 °C bis 110 °C.
Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die erste Scheibe und die zweite Scheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80 °C bis 170 °C laminiert werden.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe und umgekehrt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe als Fahrzeugscheibe für ein Head-Up Display in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen und insbesondere in einer Windschutzscheibe, ganz besonders für ein Head-Up Display in einem Kraftfahrzeug.
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 Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Verbundscheibe gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie X-X‘;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung;
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsforme einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsforme einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe
Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung;
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsforme einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung; und
Fig. 10 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 dargestellt und in Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Verbundscheibe 100 gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie X-X‘ dargestellt. Die Verbundscheibe 100 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 1 , einer ersten thermoplastischen Zwischenschicht 3, einem reflektierenden Element 4 und einer Innenscheibe 2. Die erste thermoplastische Zwischenschicht 3 ist zwischen der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 angeordnet. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 sind über die erste thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Verbundscheibe 100 ist beispielsweise eine Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum. Die Unterkante U der Verbundscheibe 100 ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, die Oberkante O der Verbundscheibe 100 ist nach oben in Richtung des Dachs angeordnet, die beiden Seitenkanten S sind seitlich angeordnet. In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist das reflektierende Element 4 als eine reflektierende Beschichtung der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 ausgebildet.
Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 2 weist beispielsweise eine Dicke von 1 ,6 mm oder von 1 ,2 mm an der dünnsten Stelle auf und die Dicke der Innenscheibe 2 nimmt im vertikalen Verlauf von der Unterkante U zur Oberkante O stetig zu. Die Dickenzunahme ist in der Fig. 2 der Einfachheit halber linear dargestellt, kann aber auch komplexere Profile aufweisen. Der Keilwinkel a beträgt etwa 0,1 mrad, beispielweise 0,14 mrad oder 0,12 mrad.
Die erste thermoplastischen Zwischenschicht 3 ist beispielsweise eine aus PVB bestehende Zwischenschicht und weist eine Dicke von 0,76 mm auf.
In der Fig. 1 ist auch ein Bereich B angedeutet, welche dem HUD-Bereich der Verbundscheibe 100 entspricht. In diesem Bereich sollen Bilder durch einen HUD-Projektor erzeugt werden. Durch die keilförmige Ausbildung der Innenscheibe 2 werden die beiden Bilder, die durch Reflexion des Projektorbildes an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und an dem reflektierenden Element 4 erzeugt werden, miteinander überlagert. Störende Geisterbilder treten daher nicht oder nur in geringem Maße auf.
Das als reflektierende Beschichtung der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 ausgebildete reflektierende Element 4 ist beispielsweise geeignet, einen Anteil 20 % bis 50 % von auf die Beschichtung auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
Die Außenscheibe 1 , die Innenscheibe 2 und die erste thermoplastische Zwischenschicht 3 weisen die gleichen äußeren Abmessungen auf, so dass die Seitenkanten, die Oberkanten und die Unterkanten der Außenscheibe 1 , der Innenscheibe 2 und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht 3 in Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 bündig übereinanderliegen.
Das als reflektierende Beschichtung ausgebildete reflektierende Element 4 erstreckt sich in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform über die gesamte Fläche der Verbundscheibe 100. Bevorzugt erstreckt sich das reflektierende Element 4 jedoch über die gesamte Fläche der Verbundscheibe 100 abzüglich eines umlaufenden Randbereichs von 20 mm, so dass das reflektierende Element 4 in der Verbundscheibe 100 vor äußeren Einflüssen geschützt ist.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , welche die Verbundscheibe 100 aus den Fig. 1 und 2 umfasst. Die Anordnung umfasst außer dem Verbundglas 100 einen Projektor 7, welcher auf einen Bereich B gerichtet ist. In dem Bereich B (HUD-Bereich) können durch den Projektor Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 8 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilderauf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 100 wahrgenommen werden. Der Keilwinkel im Bereich B führt zu gegeneinander geneigten Oberflächen der Innenscheibe 2 und des reflektierenden Elements 4, wodurch Geisterbilder vermieden werden können.
In der Fig. 3 ist auch der Strahlengang von zwei von dem Projektor 7 emittierten p-polarisierten Lichtstrahlen eingezeichnet. Der Lichtstrahl C trifft im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Der Projektionswinkel entspricht somit dem Brewster-Winkel. Dort tritt dieser Lichtstrahl in die Verbundscheibe 100 ein und wird gebrochen und wird anschließend von dem reflektierenden Element 4 reflektiert und tritt an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 wieder aus der Verbundscheibe 100 aus und wird dort wieder gebrochen und trifft schließlich auf den Betrachter 8.
Der Lichtstrahl D trifft nicht im Brewster-Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und wird dort in Richtung des Betrachters 8 reflektiert.
C1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. C2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem reflektierenden Element 4. C3 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem reflektierenden Element 4 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. C4 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
D1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. D2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8. Der Betrachter nimmt nur ein virtuelles Bild 6 war, da die aus den Lichtstrahlen C und D entstehenden virtuellen Bilder übereinanderliegen.
In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 dargestellt. Die in der Fig. 4 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform nur dahingehend, dass das reflektierende Element 4 nicht als eine reflektierende Beschichtung der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2, sondern als eine reflektierende Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 ausgebildet ist.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , welche die Verbundscheibe 100 aus der Fig. 4 umfasst. Die Anordnung umfasst außer dem Verbundglas 100 einen Projektor 7, welcher auf einen Bereich B gerichtet ist. In dem Bereich B (HUD-Bereich) können durch den Projektor Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 8 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilderauf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 100 wahrgenommen werden. Der Keilwinkel im Bereich B führt zu gegeneinander geneigten Oberflächen der Innenscheibe 2 und des reflektierenden Elements 4, wodurch Geisterbilder vermieden werden können.
In der Fig. 5 ist auch der Strahlengang von zwei von dem Projektor 7 emittierten p-polarisierten Lichtstrahlen eingezeichnet. Der Lichtstrahl C trifft im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Der Projektionswinkel entspricht somit dem Brewster-Winkel. Dort tritt dieser Lichtstrahl in die Verbundscheibe 100 ein und wird gebrochen und wird anschließend von dem reflektierenden Element 4 reflektiert und tritt an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 wieder aus der Verbundscheibe 100 aus und wird dort wieder gebrochen und trifft schließlich auf den Betrachter 8.
Der Lichtstrahl D trifft nicht im Brewster-Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und wird dort in Richtung des Betrachters 8 reflektiert.
C1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. C2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem reflektierenden Element 4. C3 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem reflektierenden Element 4 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. C4 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
D1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. D2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
Der Betrachter nimmt nur ein virtuelles Bild 6 war, da die aus den Lichtstrahlen C und D entstehenden virtuellen Bilder übereinanderliegen.
In Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 dargestellt. Die in der Fig. 6 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 4 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform nur dahingehend, dass das reflektierende Element 4 nicht als eine reflektierende Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 , sondern als eine reflektierende Folie ausgebildet ist und die Verbundscheibe 100 zusätzlich eine zweite thermoplastische Zwischenschicht 5 aufweist, die zwischen der Außenscheibe 1 und dem als reflektierende Folie ausgebildeten reflektierenden Element 4 angeordnet ist.
In der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform der Verbundscheibe 100 ist das reflektierende Element 4 beispielsweise eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte reflektierende Folie, die in Richtung der Innenscheibe mit einem Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist und geeignet ist, einen Anteil 20 % bis 50 % von auf das reflektierende Element 4 auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren. Das als reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element 4 weist beispielsweise eine Dicke zwischen 20 pm und 120 pm auf.
Die erste thermoplastischen Zwischenschicht 3 und die zweite thermoplastische Zwischenschicht 5 sind beispielsweise jeweils eine aus PVB bestehende Zwischenschicht mit einer Dicke von 0,38 mm. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , welche die Verbundscheibe 100 aus der Fig. 6 umfasst. Die Anordnung umfasst außer dem Verbundglas 100 einen Projektor 7, welcher auf einen Bereich B gerichtet ist. In dem Bereich B (HUD-Bereich) können durch den Projektor Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 8 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilderauf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 100 wahrgenommen werden. Der Keilwinkel im Bereich B führt zu gegeneinander geneigten Oberflächen der Innenscheibe 2 und des reflektierenden Elements 4, wodurch Geisterbilder vermieden werden können.
In der Fig. 7 ist auch der Strahlengang von zwei von dem Projektor 7 emittierten p-polarisierten Lichtstrahlen eingezeichnet. Der Lichtstrahl C trifft im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Der Projektionswinkel entspricht somit dem Brewster-Winkel. Dort tritt dieser Lichtstrahl in die Verbundscheibe 100 ein und wird gebrochen und wird anschließend von dem reflektierenden Element 4 reflektiert und tritt an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 wieder aus der Verbundscheibe 100 aus und wird dort wieder gebrochen und trifft schließlich auf den Betrachter 8.
Der Lichtstrahl D trifft nicht im Brewster-Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und wird dort in Richtung des Betrachters 8 reflektiert.
C1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. C2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem reflektierenden Element 4. C3 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem reflektierenden Element 4 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. C4 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
D1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. D2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
Der Betrachter nimmt nur ein virtuelles Bild 6 war, da die aus den Lichtstrahlen C und D entstehenden virtuellen Bilder übereinanderliegen. In Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 dargestellt. Die in der Fig. 8 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform nur dahingehend, dass das reflektierende Element 4 nicht als eine reflektierende Beschichtung der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2, sondern als eine reflektierende Folie ausgebildet ist und die Verbundscheibe 100 zusätzlich eine zweite thermoplastische Zwischenschicht 5 aufweist, die zwischen der Innenscheibe 2 und dem reflektierenden Element 4 angeordnet ist.
In der in der Fig. 8 gezeigten Ausführungsform der Verbundscheibe 100 ist das reflektierende Element 4 beispielsweise eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte reflektierende Folie, die in Richtung der Innenscheibe mit einem Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist und geeignet ist, einen Anteil 20 % bis 50 % von auf die reflektierende Folie auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren. Das als reflektierende Folie ausgebildete reflektierende Element 4 weist beispielsweise eine Dicke zwischen 20 pm und 120 pm auf.
Die erste thermoplastische Zwischenschicht 3 und die zweite thermoplastische Zwischenschicht 5 sind beispielsweise jeweils eine aus PVB bestehende Zwischenschicht mit einer Dicke von 0,38 mm auf.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , welche die Verbundscheibe 100 aus der Fig. 8 umfasst. Die Anordnung umfasst außer dem Verbundglas 100 einen Projektor 7, welcher auf einen Bereich B gerichtet ist. In dem Bereich B (HUD-Bereich) können durch den Projektor Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 8 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilderauf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 100 wahrgenommen werden. Der Keilwinkel im Bereich B führt zu gegeneinander geneigten Oberflächen der Innenscheibe 2 und des reflektierenden Elements 4, wodurch Geisterbilder vermieden werden können.
In der Fig. 9 ist auch der Strahlengang von zwei von dem Projektor 7 emittierten p-polarisierten Lichtstrahlen eingezeichnet. Der Lichtstrahl C trifft im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Der Projektionswinkel entspricht somit dem Brewster-Winkel. Dort tritt dieser Lichtstrahl in die Verbundscheibe 100 ein und wird gebrochen und wird anschließend von dem reflektierenden Element 4 reflektiert und tritt an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 wieder aus der Verbundscheibe 100 aus und wird dort wieder gebrochen und trifft schließlich auf den Betrachter 8.
Der Lichtstrahl D trifft nicht im Brewster- Winkel auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und wird dort in Richtung des Betrachters 8 reflektiert.
C1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. 02 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem reflektierenden Element 4. 03 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen dem reflektierenden Element 4 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. 04 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls C zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
D1 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen dem Projektor 7 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. D2 bezeichnet den Strahlengang des Lichtstrahls D zwischen der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und dem Betrachter 8.
Der Betrachter nimmt nur ein virtuelles Bild 6 war, da die aus den Lichtstrahlen C und D entstehenden virtuellen Bilder übereinanderliegen.
Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 1.
Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S1 , in dem eine Außenscheibe 1 , eine erste thermoplastische Zwischenschicht 3, ein reflektierendes Element 4, welches geeignet ist mindestens 5 % von auf das reflektierende Element auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren und eine Innenscheibe 2, deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel a von weniger als 0,20 mrad, bereitgestellt werden.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Stapelfolge gebildet, in der die erste thermoplastische Zwischenschicht 3 zwischen der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 angeordnet ist und das reflektierende Element 4 zwischen der Außenscheibe 1 und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht 3 oder zwischen der Innenscheibe 2 und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht 3 angeordnet ist. In einem dritten Schritt S3 wird die Stapelfolge durch Lamination verbunden.
Bezugszeichenliste:
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 erste thermoplastische Zwischenschicht
4 reflektierendes Element
5 zweite thermoplastische Zwischenschicht
6 virtuelles Bild
7 Projektor
8 Betrachter
100 Verbundscheibe
101 Projektionsanordnung
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige Oberfläche Innenscheibe 2
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
O Oberkante
U Unterkante
S Seitenkante
B Bereich der Verbundscheibe / HUD-Bereich
C1 Strahlengang
02 Strahlengang
03 Strahlengang
04 Strahlengang
D1 Strahlengang
D2 Strahlengang a Keilwinkel
X-X‘ Schnittlinie

Claims

29
Patentansprüche
1 . Verbundscheibe (100) für ein Head-Up-Display (HUD) mindestens umfassend
- eine Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I), einer innenraumseitigen Oberfläche (II), einer Oberkante, einer Unterkante und zwei Seitenkanten,
- eine erste thermoplastische Zwischenschicht (3),
- ein reflektierendes Element (4), welches geeignet ist mindestens 5 % von auf das reflektierende Element (4) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren, und
- eine Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III), einer innenraumseitigen Oberfläche (IV) einer Oberkante, einer Unterkante und zwei Seitenkanten, wobei die erste thermoplastische Zwischenschicht (3) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist, das reflektierende Element (4) zwischen der Außenscheibe (1) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) oder zwischen der Innenscheibe (2) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) angeordnet ist, und die Dicke der Innenscheibe (2) im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel (a) von weniger als 0,20 mrad.
2. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 1 , wobei der maximale Keilwinkel (a) zwischen 0,01 mrad und 0,19 mrad, bevorzugt zwischen 0,12 mrad und 0,15 mrad beträgt.
3. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das reflektierende Element (4) geeignet ist 10 % bis 70 %, bevorzugt 15 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 %, von auf das reflektierende Element (4) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren.
4. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das reflektierende Element (4) als eine reflektierende Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) ausgebildet ist.
5. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das reflektierende Element (4) als eine reflektierende Beschichtung der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) ausgebildet ist.
6. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Beschichtung ein Schichtstapel oder eine Schichtenfolge, umfassend mehrere elektrisch leitfähige, 30 insbesondere metallhaltige Schichten ist, wobei jede elektrisch leitfähige Schicht jeweils zwischen zwei dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen angeordnet ist. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich umfassend eine zweite thermoplastische Zwischenschicht (5), welche zwischen der Außenscheibe (1) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) oder zwischen der Innenscheibe (2) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) angeordnet ist und wobei das reflektierende Element (4) als eine zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht (5) angeordnete reflektierende Folie ausgebildet ist. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 7, wobei die reflektierende Folie eine Trägerfolie mit einer reflektierenden Beschichtung oder eine metallfreie reflektierende Polymerfolie ist, bevorzugt eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie, die mit einem Copolymerschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) beschichtet ist. Projektionsanordnung (101) für ein Head-Up-Display (HUD) zur Darstellung eines virtuellen Bildes (6) für einen Betrachter (8), mindestens umfassend:
- eine Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem HUD- Bereich (B), und
- einen Projektor (7), der auf den Bereich (B) gerichtet ist, wobei die Strahlung des Projektors (7) einen p-polarisierten Anteil von mindestens 70 % aufweist und mindestens 5 % der von dem Projektor (7) emittierten und auf das reflektierende Element (4) der Verbundscheibe (100) auftreffenden p-polarisierten Strahlung von dem reflektierenden Element (4) in Richtung des Betrachters (8) zur Erzeugung eines virtuellen Bildes (6) in einem Abstand von der Verbundscheibe (100) reflektiert wird und wobei die Dicke der Innenscheibe (2) im vertikalen Verlauf zumindest in dem Bereich (B) veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel (a) von weniger als 0,20 mrad. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 9, wobei der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors (7) 80 %, bevorzugt 100 % beträgt. 11. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Strahlung des Projektors (7) mit einem Einfallswinkel von 55° bis 80°, bevorzugt 55° bis 75°, besonders bevorzugt 60° bis 70° auf die Verbundscheibe (100) trifft.
12. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei 10 % bis 70 %, bevorzugt 15 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 % der von dem Projektor (7) emittierten und auf das reflektierende Element (4) der Verbundscheibe (100) auftreffenden p-polarisierten Strahlung von dem reflektierenden Element (4) in Richtung des Betrachters (8) reflektiert wird.
13. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Abstand des virtuellen Bildes (6) von der Verbundscheibe (100) mindestens 2500 mm, bevorzugt mindestens 3500 mm, ganz besonders bevorzugt mindestens 4500 mm beträgt.
14. Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest:
(a) eine Außenscheibe (1), eine erste thermoplastische Zwischenschicht (3), ein reflektierendes Element (4), welches geeignet ist mindestens 5 % von auf das reflektierende Element (4) auftreffender p-polarisierter Strahlung zu reflektieren und eine Innenscheibe (2), deren Dicke im vertikalen Verlauf zumindest abschnittsweise veränderlich ist mit einem maximalen Keilwinkel (a) von weniger als 0,20 mrad, bereitgestellt werden;
(b) eine Stapelfolge gebildet wird, in der die erste thermoplastische Zwischenschicht (3) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist, und das reflektierende Element (4) zwischen der Außenscheibe (1) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) oder zwischen der Innenscheibe (2) und der ersten thermoplastischen Zwischenschicht (3) angeordnet ist;
(c) die Stapelfolge durch Lamination verbunden wird.
15. Verwendung einer Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Fahrzeugscheibe in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Land, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen und insbesondere als Windschutzscheibe, die als Projektionsfläche eines Head-Up-Displays dient.
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