WO2023052228A1 - Projektionsanordnung für ein head-up-display mit p-polarisierter strahlung - Google Patents

Projektionsanordnung für ein head-up-display mit p-polarisierter strahlung Download PDF

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WO2023052228A1
WO2023052228A1 PCT/EP2022/076345 EP2022076345W WO2023052228A1 WO 2023052228 A1 WO2023052228 A1 WO 2023052228A1 EP 2022076345 W EP2022076345 W EP 2022076345W WO 2023052228 A1 WO2023052228 A1 WO 2023052228A1
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Jan Hagen
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Saint-Gobain Glass France
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Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement for a head-up display.
  • HUDs head-up displays
  • Images are projected onto the windshield with a projector, typically in the area of the dashboard, where they are reflected and perceived by the driver as a virtual image (from his perspective) behind the windshield.
  • a projector typically in the area of the dashboard
  • Head-up displays can thus make a significant contribution to increasing road safety.
  • HUD projectors typically illuminate the windshield with an angle of incidence of approximately 65°, which results from the installation angle of the windshield and the positioning of the projector in the vehicle. This angle of incidence is close to Brewster's angle for an air-to-glass transition (about 56.5° for soda-lime glass).
  • Conventional HUD projectors emit s-polarized radiation, which is effectively reflected from the glass surfaces at such an angle of incidence. The problem arises that the projector image is reflected on both external surfaces of the windshield. As a result, in addition to the desired main image, a slightly offset secondary image also appears, the so-called ghost image (“ghost”).
  • Laminated glasses with wedge foils for HUDs are known, for example, from WO2009071135A1, EP1800855B1 or EP1880243A2.
  • HUD projection arrangements that make do with windshields without wedge foils.
  • the windshield has a reflection layer, in particular with metallic and/or dielectric layers, as a reflection surface for the p-polarized radiation.
  • HUD projection arrangements of this type for example from DE102014220189A1, US2017242247A1, WO2019046157A1 and
  • the reflection of p-polarized radiation on glass surfaces is only completely suppressed if the angle of incidence corresponds exactly to the Brewster angle. Since the typical angle of incidence of around 65° is close to the Brewster angle, but deviates significantly from it, there is a certain residual reflection of the projector radiation on the glass surfaces. While the reflection on the outside surface of the outer pane is weakened as a result of the radiation reflection on the reflection layer, the reflection on the inside surface of the inner pane in particular can appear as a weak but disturbing ghost image. In addition, the irradiation angle of 65° only refers to one point on the windshield.
  • the HUD projector irradiates a larger HUD area on the windshield, larger irradiation angles of, for example, up to 75° or even up to 80° can also occur locally. Since the deviation from the Brewster angle is even more pronounced there, the ghost image appears with even greater intensity. In addition, there is a tendency among automobile manufacturers to install flatter windshields. This increases the angle of incidence and thus also the deviation from the Brewster angle.
  • CN113071165A 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 on the interior-side surface of the outer pane is applied and a reflection-enhancing coating is applied to the interior-side surface of the inner pane.
  • WO2021122848A1 discloses a HUD system comprising a light source that projects p-polarized light onto a glazing, the glazing comprising an outer glass pane having a first surface and a second surface and an inner glass pane having a first surface and a second surface, the the second surface of the inner glass pane comprises a reflective coating, both panes are joined by at least one layer of interlayer material, the reflective coating comprising at least one high refractive index layer having a thickness of 50 to 100 nm and at least one low refractive index layer having a thickness of 70 to 160 nm nm, wherein the at least one high refractive index layer comprises at least one an oxide of Zr, Nb, Sn, a composite oxide of Ti, Zr, Nb, Si, Sb, Sn, Zn, In, a nitride of Si, Zr, and a composite nitride of Si, Zr.
  • WO2019179682A1, WO2019179683A1, WO2019206493A1 and US20190064516A1 disclose windshields for HUD projection arrangements, which are provided on the interior-side surface of the inner pane with an anti-reflection coating, the anti-reflection coating starting from the inner pane a first high-index layer, a first low-index layer, a second high-index layer and a second low-index layer includes.
  • US20020142151A1 discloses a substrate with an antireflection layer comprising a high refractive index layer with a refractive index of 1.6 to 1.8 and a low refractive index layer with a refractive index of 1.3 to 1.5 on one surface of the substrate and an antireflection layer comprising a low refractive index layer with a refractive index of 1.4 to 1.5 on the other surface of the substrate.
  • US Pat. No. 6,924,037 B1 discloses a composite pane comprising a first substrate which is connected to a second substrate via a thermoplastic layer, with an anti-reflection layer being arranged on the surface of the first substrate facing away from the thermoplastic layer, comprising a first layer with a high refractive index starting from the first substrate with a refractive index between 1.8 and 2.2 and a thickness between 5 and 50 nm, a low-index second layer with a refractive index between 1.35 and 1.65 and a thickness between 5 and 50 nm, a high-index third layer with a Refractive index between 1.8 and 2.2 and a thickness between 70 and 120 nm and a low-index fourth layer with a refractive index between 1.35 and 1.65 and a thickness of at least 80 nm.
  • a further anti-reflection layer or alternatively a differently designed anti-reflection coating or another functional layer may be arranged on the surface of the second substrate
  • the present invention is based on the object of providing an improved HUD projection arrangement, in which the HUD image is generated by reflecting p-polarized radiation on a reflection layer and in which disruptive reflections on the interior surface of the inner pane are reduced over larger areas of the angle of incidence .
  • the object of the present invention is achieved according to the invention by a projection arrangement according to claim 1. Preferred embodiments emerge from the dependent claims.
  • the projection arrangement for a head-up display (HUD) comprises a compound pane and a projector.
  • the projector illuminates an area of the laminated windscreen where the radiation is reflected towards the viewer, creating a virtual image which the viewer perceives from behind the windshield as seen from behind.
  • the composite pane has a main viewing area and a projection area.
  • the area of the laminated pane that can be irradiated by the projector is referred to as the projection area in the context of this application.
  • the area through which a vehicle driver or viewer mainly sees through the laminated pane is referred to as the main viewing area in the context of this application.
  • the beam direction of the projector can typically be varied using mirrors, particularly vertically, in order to adapt the projection to the viewer's height.
  • the area in which the viewer's eyes must be located for a given mirror position is referred to as the eyebox window.
  • This eyebox window can be shifted vertically by adjusting the mirrors, with the entire area accessible in this way (that is to say the superimposition of all possible eyebox windows) being referred to as the eyebox.
  • a viewer located within the eyebox can perceive the virtual image. Of course, this means that the viewer's eyes must be inside the eyebox, not the entire body.
  • the main see-through area and the projection area overlap.
  • the projection area is preferably arranged outside of the main viewing area and therefore does not overlap with it.
  • the composite pane comprises an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the laminated pane is intended to separate the interior from the outside environment in a window opening of a vehicle.
  • the inner pane refers to the pane of the laminated pane facing the vehicle interior.
  • the outer pane refers to the pane facing the outside environment.
  • the laminated pane has an upper edge and a lower edge as well as two side edges running in between.
  • the top edge designates that edge which is intended to point upwards in the installation position.
  • the lower edge designates that edge which is intended to point downwards in the installation position.
  • the top edge is often referred to as the roof edge and the bottom edge as the engine edge.
  • the outer pane and the inner pane each have an outside and an inside surface and a circumferential side edge running in between.
  • 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 one another by the 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 projector is aimed at the projection area of the laminated pane.
  • the projector is arranged on the interior side of the laminated pane and irradiates the laminated pane via the interior-side surface of the inner pane.
  • the projector emits p-polarized radiation.
  • the radiation of the projector is thus completely or almost completely p-polarized (substantially purely p-polarized).
  • the p-polarized proportion of radiation is 100% or deviates only slightly from it.
  • 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.
  • 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.
  • a reflection layer which is suitable for reflecting p-polarized radiation is arranged on the interior surface of the outer pane or the outside surface of the inner pane.
  • the reflection layer is formed as a thin-layer stack comprising at least one silver-based electrically conductive layer.
  • an antireflection coating comprising exactly one high-index layer and exactly one low-index layer, starting from the inner pane, is applied at least in the projection area to the interior surface of the inner pane in order to reduce reflection at this interior surface.
  • the high-index layer has a refractive index greater than 1.9 and a maximum thickness of 40 nm
  • the low-index layer has a refractive index less than 1.6 and a maximum thickness of 60 nm.
  • the antireflection coating comprises exactly one high-index layer and exactly one low-index layer. Apart from the high-index layer and the low-index layer, the antireflection coating has no further layers.
  • the antireflection coating used in the projection arrangement according to the invention thus differs from that in WO2019179682A1, WO2019179683A1, WO2019206493A1 and
  • US20190064516A1 disclosed antireflection coatings which each have two high-index layers and two low-index layers in an alternating arrangement.
  • the composite pane according to the invention is preferably a windshield of a vehicle, in particular of a motor vehicle, for example a passenger car or truck.
  • HUDs in which the projector radiation is reflected off a windshield to produce an image perceptible to the driver (viewer), are particularly common.
  • the HUD on a side window can be used to mark people or other vehicles with which a collision is imminent whose position is determined by cameras or other sensors.
  • a rear window HUD may provide information to the driver when reversing.
  • the p-polarized radiation emitted by the projector irradiates the projection area for generating the HUD projection.
  • the radiation from the projector is in the visible spectral range of the electromagnetic spectrum - typical HUD projectors work with wavelengths of approx. 470 nm, 550 nm and 630 nm (RGB).
  • RGB chromium spectral range
  • the use of p-polarized radiation also has the advantage that the HUD image is visible to wearers of polarization-selective sunglasses, which typically only allow p-polarized radiation to pass and block s-polarized radiation.
  • the angle of incidence of the projector radiation is the angle between the incidence vector of the projector radiation and the interior-side surface normal (i.e. the surface-normal on the interior-side external surface of the laminated pane).
  • the angle of incidence of the projector radiation on the composite pane is approximated at 65° for typical HUD arrangements. This value results in particular from the installation angle of typical windscreens (65°) of passenger cars and the fact that the projector irradiates the pane exactly from below, i.e. the projector radiation is essentially emitted vertically.
  • the geometric center of the HUD area is usually used to determine the angle of incidence.
  • angles of incidence there is a distribution of angles of incidence in the HUD area.
  • This distribution of angles of incidence must be taken as a basis when designing the projection arrangement.
  • the angles of incidence that occur are typically from 58° to 72°, preferably from 62° to 68°.
  • the values relate to the entire projection area, so that there is no angle of incidence outside of the stated areas at any point in the projection area.
  • the angles that occur are typically from 60° to 80°, preferably from 65° to 75°.
  • the p-polarized radiation of the projector strikes the composite pane at an angle of incidence of 60° to 80°, particularly preferably 65° to 75°.
  • the laminated pane according to the invention is equipped with a reflection layer.
  • the reflective layer is intended to reflect the radiation from the projector.
  • the reflection layer is suitable for reflecting p-polarized radiation.
  • the reflection layer can also be referred to as a p-polarized light-reflecting layer.
  • the reflection layer is arranged in the interior of the laminated pane. It can be arranged on the interior surface of the outer pane facing the intermediate layer or on the outside surface of the inner pane facing the intermediate layer.
  • the arrangement of the reflection layer on the outside surface of the inner pane is particularly preferred, because the projector radiation then has to cover the shortest possible path through the composite pane until it strikes the reflection layer. This is advantageous in terms of the quality of the HUD image.
  • the reflection layer is preferably transparent, which means in the context of the invention that it has an average transmission in the visible spectral range of at least 70%, preferably at least 80%, and therefore does not significantly restrict the view through the laminated pane. In principle, it is sufficient if the projection area of the laminated pane is provided with the reflection layer. However, other areas can also be provided with the reflection layer and the laminated pane can be provided with the reflection layer essentially over its entire surface, which can be preferred for production reasons. In one embodiment of the invention, at least 80% of the pane surface is provided with the reflection layer.
  • the reflective layer is applied to the entire surface of the pane surface with the exception of a peripheral edge area and optionally local areas which, as communication, sensor or camera windows, are intended to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the windshield and are therefore not provided with the reflective layer.
  • the surrounding uncoated edge area has a width of up to 20 cm, for example. It prevents the reflective layer from coming into direct contact with the surrounding atmosphere, so that the reflective layer inside the laminated pane is protected against corrosion and damage.
  • the projection area is arranged outside the main viewing area and the antireflection coating is arranged on the interior surface of the inner pane outside the main viewing area in an area which includes the projection area.
  • the area in which the antireflection coating is arranged can correspond exactly to the projection area or also correspond to the projection area and areas adjoining it outside the main see-through area.
  • the anti-reflection coating must be arranged at least in the projection area on the interior-side surface of the inner pane.
  • the anti-reflection coating is not applied over the entire surface on the interior side, but only on a partial area of the surface on the interior side, which lies outside the main transparent area and, for example, corresponds to at most 5% of the total surface, preferably comprises at most 50%.
  • This sub-area contains the entire projection area and can optionally include other areas adjoining the projection area. For example, only a lower partial area of the laminated pane adjoining the lower edge can be completely or partially provided with the antireflection coating.
  • the antireflection coating Due to the non-full-surface arrangement of the antireflection coating, material can be saved on the one hand. On the other hand, other functional areas of the laminated pane, for example a camera or sensor area, which is typically arranged in the vicinity of the upper edge, can remain free of the coating and are therefore not impaired. Due to the arrangement of the antireflection coating outside of the main viewing area, the transparency of the laminated pane in the main viewing area is not affected by the antireflection coating.
  • Embodiments in which the projection area is arranged adjacent to the lower edge of the laminated pane are particularly preferred.
  • the projection area can be arranged either directly adjacent to or indirectly adjacent to the lower edge. Indirectly adjacent is to be understood as meaning that the projection area is not directly adjacent to the lower edge, but is arranged at a distance from it, for example by a few centimetres.
  • an anti-reflection coating comprising exactly one high-index layer with a refractive index greater than 1.9 and a maximum thickness of 40 nm and exactly one low-index layer with a refractive index less than 1.6 and a maximum thickness of 60 nm, arranged at least in the projection area on the interior-side surface of the inner pane.
  • the high-index layer is preferably based on silicon nitride, tin-zinc oxide, silicon-zirconium nitride, silicon-titanium nitride, silicon-hafnium nitride, or titanium oxide, based on silicon-zirconium nitride or, in particular, titanium oxide is preferred formed.
  • the low-index layer is preferably formed on the basis of silicon dioxide or doped silicon oxide.
  • the thickness of the high-index layer is at most 30 nm, particularly preferably at most 20 nm, very particularly preferably at most 15 nm.
  • the thickness of the low-index layer is at most 50 nm, particularly preferably at most 40 nm, very particularly preferably at most 30 nm.
  • the minimum thickness of the antireflection coating i.e. the sum of the thicknesses of the high-index layer and the low-index layer, is preferably at least 40 nm, particularly preferably at least 50 nm.
  • the reflection layer has at least one electrically conductive layer based on silver.
  • the conductive layer preferably contains at least 90% by weight silver, particularly preferably at least 99% by weight silver, very particularly preferably at least 99.9% by weight silver.
  • the silver layer can have doping, for example palladium, gold, copper or aluminum.
  • the thickness of the silver layer is usually from 5 nm to 20 nm.
  • dielectric layers or layer sequences are arranged above and below the electrically conductive layer.
  • each conductive layer is preferably arranged between two typically dielectric layers or layer sequences, so that a respective dielectric layer or layer sequences is arranged between adjacent conductive layers.
  • the reflection layer is therefore preferably a thin-layer stack with n electrically conductive layers and (n+7) dielectric layers or layer sequences, where n is a natural number and with a lower dielectric layer or layer sequence alternating between a conductive layer and a dielectric layer or layer sequence follows.
  • Such reflective coatings are known as solar control coatings and heatable coatings.
  • the reflection layer Due to the at least one electrically conductive layer, the reflection layer has IR-reflecting properties, so that it functions as a sun protection coating, which reduces the heating of the vehicle interior through reflection of the thermal radiation.
  • the reflective layer can also be used as a heating coating if it is electrically contacted so that a current flows through it which heats the reflective layer.
  • Common dielectric layers of such a thin-layer stack are, for example: Anti-reflective layers, which reduce the reflection of visible light and thus increase the transparency of the coated pane, for example based on silicon nitride, silicon-metal mixed nitrides such as silicon zirconium nitride, titanium oxide, aluminum nitride or tin oxide, with layer thicknesses of for example 10 nm to 100 nm;
  • Smoothing layers that improve the surface structure for the overlying layers, for example based on a non-crystalline oxide of tin, silicon, titanium, zirconium, hafnium, zinc, gallium and/or indium, in particular based on tin-zinc mixed oxide (ZnSnO), with Layer thicknesses of, for example, 3 nm to 20 nm.
  • ZnSnO tin-zinc mixed oxide
  • the reflection layer Due to the at least one electrically conductive layer, such a reflection layer has reflective properties in the visible spectral range, which to a certain extent always also occur with respect to p-polarized radiation.
  • the reflection layer can also include blocker layers which protect the conductive layers from degeneration. Blocker layers are typically very thin metal-containing layers based on niobium, titanium, nickel, chromium and/or alloys with layer thicknesses of 0.1 nm to 2 nm, for example.
  • the reflection layer has exactly one electrically conductive layer based on silver.
  • the reflection layer has exactly one electrically conductive layer based on silver and a lower dielectric layer or layer sequence is arranged below the electrically conductive layer, the refractive index of which is at least 1.9, and an upper one is above the electrically conductive layer arranged dielectric layer or layer sequence, the refractive index of which is at least 1.9, and the ratio of the optical thickness of the upper dielectric layer or layer sequence to the optical thickness of the lower dielectric layer or layer sequence is at least 1.7.
  • the reflection layer can thus be constructed, for example, as described in WO 2021/104800 A1.
  • refractive indices are generally given in relation to a wavelength of 550 nm. Unless otherwise stated, the specification of layer thicknesses or thicknesses relates to the geometric thickness of a layer.
  • first layer is arranged above a second layer, this means within the meaning of the invention that the first layer is arranged further away from the substrate on which the coating is applied than the second layer. If a first layer is arranged below a second layer, this means within the meaning of the invention that the second layer is arranged further away from the substrate than the first layer.
  • the layer mainly consists of this material, in particular essentially of this material in addition to any impurities or dopings.
  • the oxides and nitrides mentioned can be deposited stoichiometrically, under-stoichiometrically or over-stoichiometrically (even if a stoichiometric sum formula is given for better understanding). They can have dopings, for example aluminum, zirconium, titanium or boron.
  • an opaque masking layer is arranged on the interior surface of the outer pane in an area which comprises at least the projection area, and the reflection layer is arranged on the outside surface of the inner pane at least in the projection area.
  • the reflection layer is thus arranged spatially in front of and overlapping the opaque masking layer in the projection area when viewed through the laminated pane, which enables a good image display with high contrast to an opaque background configured as an opaque masking layer, so that the image display appears bright and so that it is also clearly recognizable.
  • This advantageously allows a reduction in the performance of the projector and thus reduced energy consumption. This is a great advantage of this embodiment.
  • looking through the laminated pane means looking through the laminated pane, starting from the interior-side surface of the inner pane.
  • spatially in front of means that the reflection layer is arranged spatially further away from the outside surface of the outer pane than the opaque masking layer.
  • the opaque masking layer is preferably a coating of one or more layers. Alternatively, however, it can also be an opaque element inserted into the laminated pane, for example a film. According to a preferred embodiment of the laminated pane, the masking layer consists of a single layer. This has the advantage of particularly simple and cost-effective production of the laminated pane, since only a single layer has to be formed for the masking layer.
  • the opaque masking layer is, in particular, an opaque cover print made from a dark, preferably black, enamel.
  • the opaque masking layer is preferably a peripheral, ie frame-like, masking layer which is thus arranged in a peripheral edge region.
  • a peripheral opaque masking layer also serves as UV protection for the assembly adhesive of the laminated pane.
  • An opaque masking layer embodied as an opaque cover print can be embodied over the entire surface.
  • the cover print can also be semi-transparent, at least in sections, for example as a dot grid, stripe grid or checkered grid.
  • the covering print can also have a gradient, for example from an opaque covering to a semi-transparent covering.
  • the invention thus also relates to a projection arrangement for a head-up display (HUD), at least comprising a composite pane with a projection area, a main viewing area, an upper edge, a bottom edge and two lateral pane edges, the composite pane having an outer pane with an outside surface and a interior surface and an inner pane having an exterior surface and an interior surface bonded together by a thermoplastic interlayer; and a projector aimed at the projection area and emitting p-polarized radiation; an opaque masking layer being arranged on the interior-side surface of the outer pane in a region which comprises at least the projection region; a reflection layer, which is suitable for reflecting p-polarized radiation and is formed as a thin-layer stack comprising at least one electrically conductive layer based on silver, is arranged at least in the projection area on the outside surface of the inner pane; and an anti-reflection coating is arranged at least in the projection area on the interior-side surface of the inner pane, wherein the anti-reflection coating, starting from
  • the opaque masking layer is arranged in a peripheral edge area and has a greater width, in particular in a section that overlaps the projection area, than in sections that differ therefrom.
  • reflection quotient 20 /R IV 'R20 divided by Rvi is preferably at least 4:1, particularly preferably at least 5:1, very particularly preferably at least 7:1, specifically at all angles of incidence occurring in the projection area.
  • the degree of reflection describes the proportion of the total amount of p-polarized radiation that is reflected. It is given in % (relative to 100% incident radiation) or as a unitless number from 0 to 1 (normalized to the incident radiation). Plotted as a function of the wavelength, it forms the reflection spectrum.
  • the information on the degree of reflection refers to a reflection measurement with a light source of illuminant type A, which emits in the spectral range from 380 nm to 780 nm with a standardized radiation intensity of 100%.
  • the inventive arrangement of the anti-reflection coating on the interior-side surface causes a significant weakening of the undesired ghost image.
  • a certain reflection of the projector radiation also takes place on the outside surface of the outer pane, which also leads to a ghost image.
  • this ghost image appears less strongly and the reflection at the outside surface of the outer pane is less critical.
  • the reflection of the projector radiation occurs mainly at the reflection layer.
  • the residual reflections that emanate from the interior surface of the inner pane are further reduced by the anti-reflection coating. Therefore, it is not necessary to orient the external disk surfaces at an angle to one another to avoid ghosting.
  • the external surfaces of the laminated pane (that is to say the interior-side surface of the inner pane and the outside-side surface of the outer pane) are therefore preferably arranged essentially parallel to one another.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably not designed in the manner of a wedge, but has an essentially constant thickness, in particular also in the vertical course between the upper edge and the lower edge of the composite pane, just like the inner pane and the outer pane.
  • a wedge-like intermediate layer would run vertically between the lower edge and the upper edge of the laminated pane have a variable, in particular increasing, thickness.
  • the intermediate layer is typically formed from at least one thermoplastic film. Since standard foils are significantly cheaper than wedge foils, the production of the laminated pane is made more economical.
  • 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. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the inner pane has a thickness of at most 1.6 mm, particularly preferably at most 1.4 mm, very particularly preferably at most 1.1 mm.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the total transmission through the windshield (including the reflective coating) in the main viewing area is greater than 70% (light type A).
  • the term total transmission refers to the procedure specified by ECE-R 43, Appendix 3, Section 9.1 for testing the light transmittance of motor vehicle windows.
  • the outer pane and the inner panes can be unprestressed, partially prestressed or prestressed independently of one another. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the inner pane is preferably not colored or tinted.
  • the laminated pane is preferably curved in one or more spatial directions, as is customary for motor vehicle panes, with typical radii of curvature being in the range from about 10 cm to about 40 m.
  • the composite pane can also be flat, for example if it is intended as a pane for buses, trains or tractors.
  • the thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PVB polyvinyl butyral
  • PU polyurethane
  • the intermediate layer is typically formed from a thermoplastic film (connecting film).
  • the thickness of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer can be formed by a single film or by more than one film.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a film with functional properties, for example a film with acoustically damping properties.
  • the laminated pane can be manufactured by methods known per se.
  • the outer pane and the inner pane are laminated to one another via the intermediate layer, for example by autoclave methods, vacuum bag methods, vacuum ring methods, calendering methods, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the outer pane and inner pane are usually connected under the action of heat, vacuum and/or pressure.
  • the reflective layer is preferably applied to a pane surface by physical vapor deposition (PVD) before lamination, particularly preferably by sputtering (“sputtering”), very particularly preferably by sputtering with magnetic field support (“magnetron sputtering”).
  • PVD physical vapor deposition
  • the antireflection coating is preferably applied to the surface of the inner pane on the interior side by means of magnetic field-assisted cathode sputtering (“magnetron sputtering”) or atmospheric pressure plasma deposition (“atmospheric pressure plasma deposition”). This can be done before or after lamination.
  • the antireflection coating is preferably applied before lamination and any bending processes, since coatings can be applied more easily and with better quality on flat substrates.
  • the outer pane and the inner pane are preferably subjected to a bending process before lamination and preferably after any coating processes.
  • 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, for example, 500°C to 700°C. This heat treatment also increases the transparency and reduces the sheet resistance of the reflective layer.
  • a non-full-area coating can be achieved in the case of a gas phase deposition (e.g. cathode sputtering) or atmospheric pressure plasma deposition by masking processes or by subsequent partial removal of the coating (e.g. by laser radiation or mechanical-abrasive).
  • a gas phase deposition e.g. cathode sputtering
  • atmospheric pressure plasma deposition by masking processes or by subsequent partial removal of the coating (e.g. by laser radiation or mechanical-abrasive).
  • the non-full-area coating can be achieved by applying the sol only to the desired area, for example by pad printing, screen printing, partial application by roller or brush or by spray coating, or also by masking techniques.
  • the composite pane and the projector are arranged relative to one another in such a way that the inner pane faces the projector and the projector is directed towards the projection area.
  • the invention also includes the use of a projection arrangement according to the invention in vehicles for traffic on land, in the air or on water, the composite pane preferably being a windscreen.
  • FIG. 1 shows a plan view of a composite pane of an embodiment of a projection arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section through a further embodiment of a projection arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a plan view of a composite pane of a further embodiment of a projection arrangement 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 projection arrangement according to the invention
  • FIG. 7 shows a cross-section through an embodiment of the anti-reflection coating on an inner pane
  • FIG. 1 shows a plan view of a composite pane 100 of an embodiment of a projection arrangement according to the invention.
  • the composite pane 100 has an upper edge O a lower edge U and two lateral disc edges S.
  • the main viewing area H and the projection area P of the laminated pane 100 are shown in FIG. 1 .
  • FIG. 2 shows a cross section through an embodiment of a projection arrangement 101 according to the invention, this corresponding to the cross section along the section line X'-X in FIG.
  • the projection arrangement 101 according to the invention shown comprises a compound pane 100 and a projector 4.
  • the laminated pane 100 has an upper edge O, a lower edge U and two lateral pane edges S. In addition, the main viewing area H and the projection area P of the laminated pane 100 are shown in FIG. 2 .
  • the laminated pane 100 comprises an outer pane 1 with an outside surface I and an inside surface II and an inner pane 2 with an outside surface III and an inside surface IV, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3 .
  • the thermoplastic intermediate layer 3 is, for example, an intermediate layer made of PVB and has a thickness of 0.76 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 has an essentially constant thickness, apart from any surface roughness that is customary in the art—it is not designed as a so-called wedge film.
  • 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, and the inner pane 2 has a thickness of 1.6 mm or 1.1 mm, for example.
  • a reflective layer 20 which is suitable for reflecting p-polarized radiation and is formed as a thin-layer stack comprising at least one electrically conductive layer based on silver, is on the outside surface III of the inner pane 2 over the entire surface. upset.
  • an antireflection coating 30 is applied in the projection area P to the interior surface IV of the inner pane 2 .
  • the antireflection coating 30 comprises exactly one high-index layer and exactly one low-index layer, the high-index layer having one Has a refractive index greater than 1.9 and a thickness of at most 40 nm and the low-index layer has a refractive index less than 1.6 and a thickness of at most 60 nm.
  • a projector 4 is arranged on the inside of the laminated pane 100 and irradiates the laminated pane 100 via the interior-side surface IV of the inner pane 2 .
  • the reflective coating 20 is optimized for the reflection of p-polarized radiation. It serves as a reflection surface for the radiation from the projector 4 for generating the HUD projection. However, since the angle of incidence of the projector radiation deviates from the Brewster angle, there is also a certain reflection of the projector radiation at the air-glass transitions, which can lead to the formation of low-intensity but potentially disruptive ghost images. In particular, the reflection on the interior surface IV of the inner pane 2 can be critical here because the intensity of the reflected radiation (in contrast to the reflection on the outside surface I of the outer pane 1) is not already weakened by the passage through the reflective coating 20. It is an object of the present invention to reduce this ghosting.
  • FIG. 3 shows a cross section through a further embodiment of a projection arrangement 101 according to the invention.
  • the projection arrangement 101 shown in cross section in Fig. 3 differs from that shown in Fig of the inner pane 2 but is applied over the entire surface on the interior-side surface II of the outer pane 1 .
  • 4 shows a plan view of a composite pane 100 of a further embodiment of a projection arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through an embodiment of a projection arrangement 101 according to the invention, this corresponding to the cross section along section line X'-X in FIG.
  • the embodiment shown in FIG. 4 and FIG. 5 differs from the embodiment shown in FIG. 1 and FIG.
  • the laminated pane 100 has an opaque Masking layer 6 is arranged, which has a larger width in a section that is in overlap with the projection area P than in the sections different therefrom.
  • the area in which the opaque masking layer 6 is arranged thus includes a peripheral edge area and the projection area P.
  • the opaque masking layer 6 is, for example, a cover print made from a dark, preferably black, enamel.
  • Fig. 6 shows a cross section of a further embodiment of a projection arrangement 101 according to the invention.
  • the embodiment shown in Fig. 6 differs from that shown in Fig. 5 only in that the reflection layer 20 is not applied over the entire surface on the interior surface II of the outer pane 1 is, but only in the projection area P.
  • Fig. 7 shows the layer sequence of the anti-reflection coating 30, applied to the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • the anti-reflection coating 30 consists, starting from the inner pane 2, of exactly one high-index layer 31 with a refractive index greater than 1.9 and a thickness of at most 40 nm and precisely one low-refractive-index layer 32 with a refractive index of less than 1.6 and a maximum thickness of 60 nm.
  • the layer sequences of an embodiment of a laminated pane with the reflection layer 20 on the outside surface III of the inner pane 2 are shown in Table 1 together with the materials and geometric layer thicknesses of the individual layers.
  • the dielectric layers can be independently doped, for example with boron or aluminum.
  • the laminated pane had no anti-reflection coating on the interior-side surface IV of the inner pane 2 (see also Table 2);
  • the laminated pane had an anti-reflection coating 30 on the interior-side surface IV Inner pane 2, wherein the antireflection coating 30 comprised SisN4 with a refractive index of 2.0 and a thickness of 30 nm as a high-index layer 31 and SiC>2 with a refractive index of 1.45 and a thickness of 45 nm as a low-index layer 32 (see also Table 3);
  • the antireflection coating 30 comprised SisN4 with a refractive index of 2.0 and a thickness of 30 nm as a high-index layer 31 and SiC>2 with a refractive index of 1.45 and a thickness of 45 nm as a low-index layer 32 (see also Table 3);
  • - Example 2 according to the invention had the laminated pane
  • Anti-reflection coating 30 on the interior-side surface IV of the inner pane 2 the anti-reflection coating 30 as a high-index layer 31 TiÜ2 with a refractive index of 2.4 and with a thickness of 20 nm and as a low-index layer 32 SiÜ2 with a refractive index of 1, 45 and with a thickness of 45 nm (see also Table 4)
  • Reflectance quotient 20 / R is for Comparative Example A and Examples 1 and 2 in Table 5 summarized for different angles of incidence a (alpha).
  • the reflectance given is the average reflectance calculated according to illuminant A.
  • the HUD reflection from the reflective layer 20 is much more noticeable compared to the ghost image.
  • the antireflection coating 30 can thus minimize the occurrence of a ghost image.
  • the increase in the reflection quotient 20 /R IV is more pronounced than when using SiaN4 as the high-index layer 31.
  • the examples according to the invention are therefore particularly suitable for the case of very flat installation angles of the laminated pane, which lead to larger angles of incidence ⁇ .
  • thermoplastic intermediate layer 3 In order to simulate an opaque masking layer, a dark outer pane 1 and dark PVB as thermoplastic intermediate layer 3 were used in a further comparative example B and in the further examples 3 to 5. Since the color of the layers behind the reflection layer 20 applied to the outside surface of the inner pane 2, as seen from the projector, for the reflectance R20 of the Reflective layer 20 is not relevant, a structure as given in Table 1 was used to determine the reflectance R20.
  • the reflection quotient 20 / R was determined for Comparative Example B and Examples 3 to 5, which provides a measure of how intense the desired HUD reflection from the reflective coating 20 appears compared to the undesired reflection on the interior surface IV.
  • Comparative example B had the composite pane TiO2 with a refractive index of 2.4 and a thickness of 20 nm as a coating on the interior surface IV of the inner pane 2 (see also Table 6);
  • the composite pane had an anti-reflection coating 30 on the interior-side surface IV of the inner pane 2, the anti-reflection coating 30 as a high-index layer 31 SisN4 with a refractive index of 2.0 and with a thickness of 25 nm and as a low-index layer 32 SiÜ2 with a refractive index of 1.45 and a thickness of 40 nm (see also Table 7);
  • the composite pane had an anti-reflection coating 30 on the interior surface IV of the inner pane 2, the anti-reflection coating 30 as a high-index layer 31 TiÜ2 with a refractive index of 2.4 and with a thickness of 20 nm and as a low-index layer 32 SiÜ2 with a refractive index of 1.45 and a thickness of 35 nm (see also Table 8)
  • the composite pane had an anti-reflection coating 30 on the interior surface IV of the inner pane 2, the anti-reflection coating 30 as a high-index layer 31 SiZrN with a refractive index of 2.3 and with a thickness of 20 nm and as a low-index layer 32 SiÜ2 with a refractive index of 1.45 and a thickness of 45 nm (see also Table 9) Table 6
  • the HUD reflection from the reflective layer 20 is much more noticeable compared to the ghost image.
  • the antireflection coating 30 can thus minimize the occurrence of a ghost image.
  • Fig. 8 are the reflection spectra of a composite pane with a high-index layer on the interior surface IV of the inner pane (exact structure see Table 6) and of composite panes with an anti-reflection coating comprising exactly one high-index layer and exactly one low-index layer on the interior surface IV of the Inner pane (exact structure see Tables 7 to 9) shown.
  • the reflection spectra apply to p-polarized radiation at an irradiation angle (angle of incidence) of 70°, viewed over the inner pane.

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Abstract

Projektionsanordnung (101) für ein Head-Up-Display (HUD), umfassend eine Verbundscheibe (100) mit einem Projektionsbereich (P), einem Hauptdurchsichtsbereich (H), einer Oberkante (O), einer Unterkante (U) und zwei seitlichen Scheibenkanten (S), wobei die Verbundscheibe (100) eine Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) und eine Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, umfasst; und einen Projektor (4), der auf den Projektionsbereich (P) gerichtet ist und p-polarisierte Strahlung aussendet, wobei eine Reflexionsschicht (20), welche p-polarisierte Strahlung reflektiert und als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber ausgebildet ist, zumindest in dem Projektionsbereich (P) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) oder der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist und eine Antireflexionsbeschichtung (30), umfassend genau eine hochbrechende Schicht (31) mit einem Brechungsindex größer 1,9 und einer Dicke von höchstens 40 nm und genau eine niedrigbrechende Schicht (32) mit einem Brechungsindex kleiner 1,6 und einer Dicke von höchstens 60 nm, in dem Projektionsbereich (P) auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) angeordnet ist.

Description

PROJEKTIONSANORDNUNG FÜR EIN HEAD-UP-DISPLAY MIT P-POLARISIERTER STRAHLUNG
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, typischerweise im Bereich des 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.
HUD-Projektoren bestrahlen die Windschutzscheibe typischerweise mit einem Einstrahlwinkel von ungefähr 65°, was sich aus dem Einbauwinkel der Windschutzscheibe und der Positionierung des Projektors im Fahrzeug ergibt. Dieser Einstrahlwinkel liegt nahe dem Brewster-Winkel für einen Luft-Glas-Übergang (etwa 56,5° für Kalk-Natron-Glas). Gebräuchliche HUD-Projektoren senden s-polarisierte Strahlung aus, welche bei einem solchen Einstrahlwinkel wirksam von den Glasoberflächen reflektiert wird. Dabei tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden externen Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch tritt neben dem gewünschten Hauptbild auch ein leicht versetztes Nebenbild auf, das sogenannte Geisterbild („Ghost“). Das Problem wird üblicherweise dadurch gemindert, dass die Oberflächen in einem Winkel zueinander angeordnet werden, insbesondere durch Verwendung einer keilartigen Zwischenschicht zur Lamination der als Verbundscheibe ausgebildeten Windschutzscheiben, so dass Hauptbild und Geisterbild einander überlagert werden. Verbundgläser mit Keilfolien für HUDs sind beispielsweise aus W02009071135A1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt.
Die Keilfolien sind kostspielig, so dass die Herstellung einer solchen Verbundscheibe für ein HUD recht kostenintensiv ist. Es besteht daher Bedarf an HUD-Projektionsanordnungen, die mit Windschutzscheiben ohne Keilfolien auskommen. So ist es beispielsweise möglich, den HUD-Projektor mit p-polarisierter Strahlung zu betreiben, welche an den Scheibenoberflächen nicht wesentlich reflektiert wird. Als Reflexionsfläche für die p-polarisierte Strahlung weist die Windschutzscheibe stattdessen eine Reflexionsschicht auf, insbesondere mit metallischen und/oder dielektrischen Schichten. HUD-Projektionsanordnungen dieser Art sind beispielsweise aus DE102014220189A1 , US2017242247A1 , WO2019046157A1 und
WO2019179683A1 bekannt
Die Reflexion von p-polarisierter Strahlung wird an Glasoberflächen aber nur vollständig unterdrückt, wenn der Einstrahlwinkel exakt dem Brewsterwinkel entspricht. Da der typische Einstrahlwinkel von etwa 65° zwar nahe dem Brewsterwinkel liegt, aber doch signifikant von ihm abweicht, resultiert eine gewisse Restreflexion der Projektorstrahlung an den Glasoberflächen. Während die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe infolge der Strahlungsreflexion an der Reflexionsschicht abgeschwächt wird, kann insbesondere die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe als zwar schwaches, aber dennoch störendes Geisterbild in Erscheinung treten. Zudem bezieht sich der Einstrahlwinkel von 65° lediglich auf einen Punkt der Windschutzscheibe. Da der HUD- Projektor aber einen größeren HUD-Bereich auf der Windschutzscheibe bestrahlt, können lokal auch größere Einstrahlwinkel von beispielsweise bis zu 75° oder sogar bis zu 80° auftreten. Da dort die Abweichung zum Brewsterwinkel noch ausgeprägter ist, tritt das Geisterbild noch intensitätsstärker auf. Zudem ist eine Tendenz der Automobilhersteller zu beobachten, die Windschutzscheiben flacher einzubauen. Hierdurch wird der Einstrahlwinkel größer und damit auch die Abweichung vom Brewsterwinkel.
CN113071165A 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.
WO2021122848A1 offenbart ein HUD-System umfassend eine Lichtquelle, die p-polarisiertes Licht auf eine Verglasung projiziert, wobei die Verglasung eine äußere Glasscheibe mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche und eine innere Glasscheibe mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche umfasst, wobei die zweite Oberfläche der inneren Glasscheibe eine Reflexionsbeschichtung umfasst, beide Scheiben durch mindestens eine Schicht aus Zwischenschichtmaterial verbunden sind, die Reflexionsbeschichtung mindestens eine Schicht mit hohem Brechungsindex mit einer Dicke von 50 bis 100 nm und mindestens eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex mit einer Dicke von 70 bis 160 nm umfasst, wobei die mindestens eine Schicht mit hohem Brechungsindex mindestens eines von einem Oxid von Zr, Nb, Sn, einem Mischoxid aus Ti, Zr, Nb, Si, Sb, Sn, Zn, In, einem Nitrid von Si, Zr und einem gemischten Nitrid von Si, Zr umfasst.
WO2019179682A1 , WO2019179683A1 , WO2019206493A1 und US20190064516A1 offenbaren Windschutzscheiben für HUD-Projektionsanordnungen, welche auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen sind, wobei die Antireflexionsbeschichtung ausgehend von der Innenscheibe eine erste hochbrechende Schicht, eine erste niedrigbrechende Schicht, eine zweite hochbrechende Schicht und eine zweite niedrigbrechende Schicht umfasst.
US20020142151A1 offenbart ein Substrat mit einer Antireflexionsschicht umfassend eine hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von 1 ,6 bis 1 ,8 und eine niedrigbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von 1 ,3 bis 1 , 5 auf der einen Oberfläche des Substrats und einer Antireflexionsschicht umfassend eine niedrigbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von 1 ,4 bis 1 ,5 auf der anderen Oberfläche des Substrats.
US 6,924,037 B1 offenbart eine Verbundscheibe umfassend ein erstes Substrat, das über eine thermoplastische Schicht mit einem zweiten Substrat verbunden ist, wobei auf der von der thermoplastischen Schicht wegweisenden Oberfläche des ersten Substrats eine Antireflexionsschicht angeordnet ist, umfassend ausgehend von dem ersten Substrat eine hochbrechende erste Schicht mit einem Brechungsindex zwischen 1 ,8 und 2,2 und einer Dicke zwischen 5 und 50 nm, eine niedrigbrechende zweite Schicht mit einem Brechungsindex zwischen 1 ,35 und 1 ,65 und einer Dicke zwischen 5 und 50 nm, eine hochbrechende dritte Schicht mit einem Brechungsindex zwischen 1 ,8 und 2,2 und einer Dicke zwischen 70 und 120 nm und eine niedrigbrechende vierte Schicht mit einem Brechungsindex zwischen 1 ,35 und 1 ,65 und einer Dicke von mindestens 80 nm. Optional kann auf der von der thermoplastischen Schicht wegweisenden Oberfläche des zweiten Substrats eine weitere Antireflexionsschicht oder alternativ eine anders ausgebildete Antireflexionsbeschichtung oder eine andere Funktionsschicht angeordnet sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte HUD- Projektionsanordnung bereitzustellen, wobei das HUD-Bild durch Reflexion von p-polarisierter Strahlung an einer Reflexionsschicht erzeugt wird und wobei störende Reflexionen an den der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe über größere Bereiche des Einstrahlwinkels vermindert werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) umfasst eine Verbundscheibe und einen Projektor. Wie bei HUDs üblich bestrahlt der Projektor einen Bereich der Verbundscheibe, wo die Strahlung in Richtung des Betrachters reflektiert wird, wodurch ein virtuelles Bild erzeugt wird, welches der Betrachter von ihm aus gesehen hinter der Windschutzscheibe wahrnimmt.
Die Verbundscheibe weist einen Hauptdurchsichtsbereich und einen Projektionsbereich auf. Der durch den Projektor bestrahlbare Bereich der Verbundscheibe wird im Rahmen dieser Anmeldung als Projektionsbereich bezeichnet. Der Bereich, durch den ein Fahrzeugführer oder Betrachter hauptsächlich durch die Verbundscheibe sieht, wird im Rahmen dieser Anmeldung als Hauptdurchsichtsbereich 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.
In einer Ausführungsform überlappen der Hauptdurchsichtsbereich und der Projektionsbereich. Bevorzugt ist jedoch der Projektionsbereich außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs angeordnet und überlappt somit nicht mit diesem.
Die Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Verbundscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante auf sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Im Falle einer Windschutzscheibe wird die Oberkante häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkante. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die 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.
Der Projektor ist auf den Projektionsbereich der Verbundscheibe gerichtet. Der Projektor ist innenraumseitig der Verbundscheibe angeordnet und bestrahlt die Verbundscheibe über die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe. Der Projektor sendet p-polarisierte Strahlung aus. Die Strahlung des Projektors ist somit vollständig oder nahezu vollständig p-polarisiert (im Wesentlichen rein p-polarisiert). Der p-polarisierte Strahlungsanteil beträgt dabei 100% oder weicht nur unwesentlich davon ab. 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. Die Einfallsebene wird durch den Einfallsvektor und die Flächennormale der Verbundscheibe im geometrischen Zentrum des bestrahlten Bereichs aufgespannt.
Erfindungsgemäß ist zumindest im Projektionsbereich eine Reflexionsschicht, welche geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren, auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet. Die Reflexionsschicht ist als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber ausgebildet.
Um zu erreichen, dass das Geisterbild, welches durch die geringfügige Reflexion der p- polarisierten Strahlung an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe hervorgerufen wird, weniger störend auffällt, ist es erforderlich, den Kontrast der erwünschten zur unerwünschten Reflexion zu erhöhen. Das Verhältnis der Reflexion an der Reflexionsschicht zur Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe muss also zugunsten der Reflexion an der Reflexionsschicht verschoben werden. Erfindungsgemäß ist dafür eine Antireflexionsbeschichtung umfassend ausgehend von der Innenscheibe genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht zumindest in dem Projektionsbereich auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht, um die Reflexion an dieser innenraumseitigen Oberfläche zu verringern. Erfindungsgemäß weist die hochbrechende Schicht einen Brechungsindex größer 1 ,9 und eine Dicke von höchstens 40 nm auf und die niedrigbrechende Schicht weist einen Brechungsindex kleiner 1 ,6 und eine Dicke von höchstens 60 nm auf.
Wie oben beschrieben umfasst die Antireflexionsbeschichtung ausgehend von der Innenscheibe genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht. Die Antireflexionsbeschichtung weist außer der hochbrechenden Schicht und der niedrigbrechenden Schicht keine weiteren Schichten auf. Die in der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eingesetzte Antireflexionsbeschichtung unterscheidet sich somit von den in der WO2019179682A1 , WO2019179683A1 , WO2019206493A1 und
US20190064516A1 offenbarten Antireflexionsbeschichtungen, welche jeweils zwei hochbrechende Schichten und zwei niedrigbrechende Schichten in alternierender Anordnung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist bevorzugt eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personen- oder Lastkraftwagens. HUDs, bei denen die Projektorstrahlung an einer Windschutzscheibe reflektiert wird, um ein für den Fahrer (Betrachter) wahrnehmbares Bild zu erzeugen, sind besonders gebräuchlich. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, die HUD-Projektion an andere Scheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben zu projizieren, beispielsweise an eine Seitenscheibe oder Heckscheibe. Durch das HUD einer Seitenscheibe können beispielsweise Personen oder andere Fahrzeuge markiert werden, mit denen eine Kollision droht, sofern deren Position durch Kameras oder andere Sensoren festgestellt wird. Ein HUD einer Heckscheibe kann bei Rückwärtsfahrt Informationen für den Fahrer liefern.
Die vom Projektor ausgesendete p-polarisierte Strahlung bestrahlt beim Betrieb des HLIDs den Projektionsbereich zur Erzeugung der HUD-Projektion. Die Strahlung des Projektors liegt im sichtbaren Spektral be re ich des elektromagnetischen Spektrums - typische HUD- Projektoren arbeiten mit den Wellenlängen von ca. 470 nm, 550 nm und 630 nm (RGB). Die Verwendung p-polarisierter Strahlung auch den Vorteil, dass das HUD-Bild für Träger von polarisationsselektiven Sonnenbrillen erkennbar ist, welche typischerweise nur p-polarisierte Strahlung passieren lassen und s-polarisierte Strahlung blocken.
Der Einfallswinkel der Projektorstrahlung ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Projektorstrahlung und der innenraumseitigen Flächennormale (also die Flächennormale auf die innenraumseitige externe Oberfläche der Verbundscheibe). Der Einfallswinkel der Projektorstrahlung auf die Verbundscheibe wird bei typischen HUD-Anordnungen mit 65° approximiert. Dieser Wert ergibt sich insbesondere aus dem Einbauwinkel typischer Windschutzscheiben (65°) von Personenkraftwägen und der Tatsache, dass der Projektor die Scheibe genau von unten bestrahlt, die Projektorstrahlung also im Wesentlichen vertikal ausgesandt wird. Zur Ermittlung des Einfallswinkels wird üblicherweise das geometrische Zentrum des HUD-Bereichs herangezogen. Da aber nicht ein einzelner Punkt, sondern eine Fläche (nämlich der HUD-Bereich) bestrahlt werden und zudem die Projektorstrahlung in gewissen Grenzen eingestellt werden kann (über Projektionselemente wie Linsen und Spiegel), damit das HUD-Bild von Betrachtern unterschiedlicher Körpergröße wahrnehmbar ist, tritt in der Realität eine Verteilung von Einfallswinkeln im HUD-Bereich auf. Diese Verteilung von Einfallswinkeln muss bei der Konzeption der Projektionsanordnung zugrunde gelegt werden. Die auftretenden Einfallswinkel liegen typischerweise von 58° bis 72°, bevorzugt von 62° bis 68°. Die Werte beziehen sich auf den gesamten Projektionsbereich, so dass an keiner Stelle des Projektionsbereichs ein Einfallswinkel außerhalb der genannten Bereiche auftritt. Bei Projektionsanordnungen, bei denen der Projektionsbereich unterhalb des Hauptdurchsichtsbereichs der Verbundscheibe, insbesondere im Bereich eines Maskierungsstreifens oder eines Abdeckdrucks liegt, betragen die auftretenden Winkel typischerweise von 60° bis 80°, bevorzugt von 65° bis 75°.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung trifft die p-polarisierte Strahlung des Projektors mit einem Einfallswinkel von 60° bis 80°, besonders bevorzugt von 65° bis 75°, auf die Verbundscheibe. Wie oben beschrieben ist die erfindungsgemäße Verbundscheibe mit einer Reflexionsschicht ausgestattet. Die Reflexionsschicht ist dafür vorgesehen, die Strahlung des Projektors zu reflektieren. Dazu ist die Reflexionsschicht geeignet, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren. Die Reflexionsschicht kann auch als eine p-polarisiertes Licht reflektierende Schicht bezeichnet werden. Dadurch wird aus der Projektorstrahlung ein virtuelles Bild erzeugt, welches der Betrachter (insbesondere der Fahrer des Fahrzeugs) von ihm aus gesehen hinter der Verbundscheibe wahrnehmen kann. Die Reflexionsschicht ist erfindungsgemäß im Innern der Verbundscheibe angeordnet. Sie kann auf der zur Zwischenschicht hingewandten, innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder auf der zur Zwischenschicht hingewandten, außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist die Anordnung der Reflexionsschicht auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe, weil die Projektorstrahlung dann den geringstmöglichen Weg durch die Verbundscheibe zurücklegen muss, bis sie auf die Reflexionsschicht trifft. Das ist vorteilhaft im Hinblick auf die Qualität des HUD-Bildes.
Die Reflexionsschicht ist bevorzugt transparent, was im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sie eine mittlere Transmission im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 % aufweist und dadurch die Durchsicht durch die Verbundscheibe nicht wesentlich einschränkt. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Projektionsbereich der Verbundscheibe mit der Reflexionsschicht versehen ist. Es können aber auch weitere Bereiche mit der Reflexionsschicht versehen sein und die Verbundscheibe kann im wesentlichen vollflächig mit der Reflexionsschicht versehen sein, was herstellungsbedingt bevorzugt sein kann. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit der Reflexionsschicht versehen. Insbesondere ist die Reflexionsschicht vollflächig auf die Scheibenoberfläche aufgebracht mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und optional lokaler Bereich, die als Kommunikations-, Sensoroder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Windschutzscheibe gewährleisten sollen und daher nicht mit der Reflexionsschicht versehen sind. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf. Er verhindert den direkten Kontakt der Reflexionsschicht zur umgebenden Atmosphäre, so dass die Reflexionsschicht im Innern der Verbundscheibe vor Korrosion und Beschädigung geschützt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist der Projektionsbereich außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs angeordnet und die Antireflexionsbeschichtung ist auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs in einem Bereich, welcher den Projektionsbereich umfasst, angeordnet. Dabei kann der Bereich, in dem die Antireflexionsbeschichtung angeordnet ist, genau dem Projektionsbereich entsprechen oder auch dem Projektionsbereich und daran angrenzenden Bereichen außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs entsprechen.
Um die vorteilhafte Wirkung auf die HUD-Projektion zu erreichen, muss die Antireflexionsbeschichtung zumindest im Projektionsbereich auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antireflexionsbeschichtung nicht vollflächig auf der gesamten innenraumseitigen Oberfläche aufgebracht, sondern nur auf einem Teilbereich der innenraumseitigen Oberfläche, der außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs liegt und beispielsweise höchstens 5 % der Gesamtoberfläche entspricht, bevorzugt höchstens 50% umfasst. Dieser Teilbereich enthält den gesamten Projektionsbereich, und kann optional weitere, an den Projektionsbereich angrenzende Bereiche umfassen. So kann beispielsweise lediglich ein unterer, an der Unterkante angrenzender Teilbereich der Verbundscheibe, vollständig oder teilweise mit der Antireflexionsbeschichtung versehen sein. Durch die nicht-vollflächige Anordnung der Antireflexionsbeschichtung kann zum einen Material eingespart werden. Zum anderen können andere funktionelle Bereiche der Verbundscheibe, beispielsweise ein Kamera- oder Sensorbereich, welcher typischerweise in der Nähe der Oberkante angeordnet ist, von der Beschichtung frei bleiben und damit nicht beeinträchtigt werden. Aufgrund der Anordnung der Antireflexionsbeschichtung außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs wird die Transparenz der Verbundscheibe im Hauptdurchsichtsbereich durch die Antireflexionsbeschichtung nicht beeinflusst.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen der Projektionsbereich benachbart zur Unterkante der Verbundscheibe angeordnet ist. Dabei kann der Projektionsbereich entweder unmittelbar benachbart oder mittelbar benachbart zur Unterkante angeordnet sein. Unter mittelbar benachbart ist zu verstehen, dass der Projektionsbereich nicht direkt an die Unterkante angrenzt, sondern um beispielsweise einige Zentimeter von dieser beabstandet angeordnet ist. Wie oben beschrieben ist in der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eine Antireflexionsbeschichtung, umfassend genau eine hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer Dicke von höchstens 40 nm und genau eine niedrigbrechende Schicht mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 und einer Dicke von höchstens 60 nm, zumindest in dem Projektionsbereich auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet.
Bevorzugt ist die hochbrechende Schicht auf Basis von Siliziumnitrid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium-Zirkonium-Nitrid, Silizium-Titan-Nitrid, Silizium-Hafnium-Nitrid, oder Titanoxid, wobei auf Basis von Silizium-Zirkonium-Nitrid oder insbesondere Titanoxid besonders bevorzugt ist, ausgebildet.
Bevorzugt ist die niedrigbrechende Schicht auf Basis von Siliziumdioxid oder dotiertem Siliziumoxid ausgebildet.
Die Dicke der hochbrechenden Schicht beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens 30 nm, besonders bevorzugt höchstens 20 nm, ganz besonders bevorzugt höchstens 15 nm.
Die Dicke der niedrigbrechenden Schicht beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens 50 nm, besonders bevorzugt höchstens 40 nm, ganz besonders bevorzugt höchstens 30 nm.
Die Mindestdicke der Antireflexionsbeschichtung, das heißt die Summe der Dicken der hochbrechenden Schicht und der niedrigbrechenden Schicht beträgt bevorzugt mindestens 40 nm, besonders bevorzugt mindestens 50 nm.
Wie oben beschrieben weist die Reflexionsschicht mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber auf. Die leitfähige Schicht enthält bevorzugt mindestens 90 Gew. % Silber, besonders bevorzugt mindestens 99 Gew. % Silber, ganz besonders bevorzugt mindestens 99,9 Gew. % Silber. Die Silberschicht kann Dotierungen aufweisen, beispielsweise Palladium, Gold, Kupfer oder Aluminium. Die Dicke der Silberschicht beträgt üblicherweise von 5 nm bis 20 nm.
Oberhalb und unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht sind typischerweise dielektrische Schichten oder Schichtenfolgen angeordnet. Umfasst die Reflexionsbeschichtung mehrere leitfähige Schichten, so ist bevorzugt jede leitfähige Schicht jeweils zwischen zwei typischerweise dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen angeordnet, so dass zwischen benachbarten leitfähigen Schichten jeweils eine dielektrische Schicht oder Schichtenfolgen angeordnet ist. Die Reflexionsschicht ist also bevorzugt ein Dünnschichtstapel mit n elektrisch leitfähigen Schichten und (n+7) dielektrischen Schichten oder Schichtenfolgen, wobei n eine natürliche Zahl ist und wobei auf eine untere dielektrische Schicht oder Schichtenfolge jeweils im Wechsel eine leitfähige Schicht und eine dielektrische Schicht oder Schichtenfolge folgt. Solche Reflexionsschichten sind als Sonnenschutzbeschichtungen und heizbare Beschichtungen bekannt. Durch die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht weist die Reflexionsschicht IR-reflektierende Eigenschaften auf, so dass sie als Sonnenschutzbeschichtung fungiert, welche die Aufheizung des Fahrzeuginnenraums durch Reflexion der Wärmestrahlung verringert. Die Reflexionsschicht kann auch als Heizbeschichtung verwendet werden, wenn sie elektrisch kontaktiert wird, so dass ein Strom durch sie fließt, welcher die Reflexionsschicht erwärmt.
Gebräuchliche dielektrische Schichten eines solchen Dünnschichtstapels sind beispielsweise: Entspiegelungsschichten, welche die Reflexion von sichtbarem Licht senken und somit die Transparenz der beschichteten Scheibe erhöhen, beispielsweise auf Basis von Siliziumnitrid, Silizium-Metall-Mischnitriden wie Siliziumzirkoniumnitrid, Titanoxid, Aluminiumnitrid oder Zinnoxid, mit Schichtdicken von beispielsweise 10 nm bis 100 nm;
- Anpassungsschichten, welche die Kristallinität der elektrisch leitfähigen Schicht verbessern, beispielsweise auf Basis von Zinkoxid (ZnO), mit Schichtdicken von beispielsweise 3 nm bis 20 nm;
Glättungsschichten, welche die Oberflächenstruktur für die darüberliegenden Schichten verbessern, beispielsweise auf Basis eines nichtkristallinen Oxids von Zinn, Silizium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Zink, Gallium und/oder Indium, insbesondere auf Basis von Zinn-Zink-Mischoxid (ZnSnO), mit Schichtdicken von beispielsweise 3 nm bis 20 nm.
Durch die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht weist eine solche Reflexionsschicht reflektierende Eigenschaften im sichtbaren Spektralbereich auf, die in gewissem Maße immer auch gegenüber p-polarisierter Strahlung auftreten. Durch eine geeignete Wahl der Schichtdicken, insbesondere der dielektrischen Schichtenfolge, kann die Reflexion gegenüber p-polarisierter Strahlung gezielt optimiert werden. Die Reflexionsschicht kann neben den elektrisch leitfähigen Schichten und dielektrischen Schichten auch Blockerschichten umfassen, welche die leitfähigen Schichten vor Degeneration schützen. Blockerschichten sind typischerweise sehr dünne metallhaltige Schichten auf Basis von Niob, Titan, Nickel, Chrom und/oder Legierungen mit Schichtdicken von beispielsweise 0,1 nm bis 2 nm.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Reflexionsschicht genau eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber auf.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Reflexionsschicht genau eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber auf und unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht ist eine untere dielektrische Schicht oder Schichtenfolge angeordnet, deren Brechungsindex mindestens 1 ,9 beträgt und oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht ist eine obere dielektrische Schicht oder Schichtenfolge angeordnet, deren Brechungsindex mindestens 1 ,9 beträgt, und das Verhältnis der optischen Dicke der oberen dielektrischen Schicht oder Schichtenfolge zur optischen Dicke der unteren dielektrischen Schicht oder Schichtenfolge beträgt mindestens 1 ,7. Die Reflexionsschicht kann somit beispielweise wie in der WO 2021/104800 A1 beschrieben aufgebaut sein.
Brechungsindizes sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich bezogen auf eine Wellenlänge von 550 nm angegeben. Die Angabe von Schichtdicken oder Dicken beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die geometrische Dicke einer Schicht.
Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter von dem Substrat, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet ist, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht.
Ist eine Schicht auf Basis eines Materials ausgebildet, so besteht die Schicht mehrheitlich aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen aus diesem Material neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen. Die genannten Oxide und Nitride können stöchiometrisch, unterstöchiometrisch oder überstöchiometrisch abgeschieden sein (auch wenn zum besseren Verständnis eine stöchiometrische Summenformal angegeben ist). Sie können Dotierungen aufweisen, beispielsweise Aluminium, Zirkonium, Titan oder Bor. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe in einem Bereich, welcher zumindest den Projektionsbereich umfasst, eine opake Maskierungsschicht angeordnet und die Reflexionsschicht ist auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe zumindest im Projektionsbereich angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist somit im Projektionsbereich die Reflexionsschicht in Durchsicht durch die Verbundscheibe räumlich vor und in Überdeckung zu der opaken Maskierungsschicht angeordnet, wodurch eine gute Bilddarstellung mit hohem Kontrast zu einem als opake Maskierungsschicht ausgebildeten opaken Hintergrund ermöglicht ist, so dass die Bilddarstellung hell erscheint und damit auch ausgezeichnet erkennbar ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Reduktion der Leistung des Projektors und somit einen verminderten Energieverbrauch. Dies ist ein großer Vorteil dieser Ausführungsform.
Der Ausdruck „in Durchsicht durch die Verbundscheibe“ bedeutet, dass durch die Verbundscheibe geblickt wird, ausgehend von der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „räumlich vor“, dass die Reflexionsschicht räumlich weiter entfernt von der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe angeordnet ist als die opake Maskierungsschicht.
Die opake Maskierungsschicht ist bevorzugt eine Beschichtung aus einer oder mehreren Schichten. Alternativ kann er aber auch ein in die Verbundscheibe eingelegtes, opakes Element sein, beispielsweise eine Folie. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Verbundscheibe besteht die Maskierungsschicht aus einer Einzelschicht. Dies hat den Vorteil einer besonders einfachen und kostengünstigen Fertigung der Verbundscheibe, da nur eine einzige Schicht für die Maskierungsschicht ausgebildet werden muss.
Bei der opaken Maskierungsschicht handelt es sich insbesondere um einen opaken Abdeckdruck aus einer dunklen, bevorzugt schwarzen, Emaille.
Bei der opaken Maskierungsschicht handelt es sich bevorzugt um eine periphere, d.h. rahmenartige, Maskierungsschicht, die somit in einem umlaufenden Randbereich angeordnet ist. Eine periphere opake Maskierungsschicht dient zusätzlich als UV-Schutz für den Montagekleber der Verbundscheibe. Eine als opaker Abdeckdruck ausgebildete opake Maskierungsschicht kann 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.
Die Erfindung betrifft somit auch eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend eine Verbundscheibe mit einem Projektionsbereich, einem Hauptdurchsichtsbereich, einer Oberkante, einer Unterkante und zwei seitlichen Scheibenkanten, wobei die Verbundscheibe eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche und eine Innenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, umfasst; und einen Projektor, der auf den Projektionsbereich gerichtet ist und p-polarisierte Strahlung aussendet; wobei auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe in einem Bereich, welcher zumindest den Projektionsbereich umfasst, eine opake Maskierungsschicht angeordnet ist; eine Reflexionsschicht, welche geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren und als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber ausgebildet ist, zumindest in dem Projektionsbereich auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist; und eine Antireflexionsbeschichtung zumindest in dem Projektionsbereich auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist, wobei die Antireflexionsbeschichtung ausgehend von der Innenscheibe genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht umfasst, die hochbrechende Schicht einen Brechungsindex größer 1 ,9 und eine Dicke von höchstens 40 nm aufweist und die niedrigbrechende Schicht einen Brechungsindex kleiner 1 ,6 und eine Dicke von höchstens 60 nm aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die opake Maskierungsschicht in einem umlaufenden Randbereich angeordnet und weist insbesondere in einem Abschnitt, der in Überdeckung zum Projektionsbereich ist, eine größere Breite auf als in hiervon verschiedenen Abschnitten. Das Verhältnis des Reflexionsgrads R20 gegenüber p-polarisierter Strahlung der Reflexionsschicht zum Reflexionsgrad RVi gegenüber p-polarisierter Strahlung der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe mit der Antireflexionsbeschichtung
(ausgedrückt als Reflexionsquotient 20/RIV’ R20 geteilt durch Rvi) beträgt bevorzugt mindestens 4 : 1 , besonders bevorzugt mindestens 5 : 1 , ganz besonders bevorzugt mindestens 7 : 1 , und zwar bei allen im Projektionsbereich auftretenden Einfallswinkeln.
Der Reflexionsgrad beschreibt den Anteil der insgesamt eingestrahlten p-polarisierten Strahlung, der reflektiert wird. Er wird in % angegeben (bezogen auf 100% eingestrahlte Strahlung) oder als einheitenlose Zahl von 0 bis 1 (normiert auf die eingestrahlte Strahlung). Aufgetragen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet er das Reflexionsspektrum. Die Angaben zum Reflexionsgrad beziehen sich auf eine Reflexionsmessung mit einer Lichtquelle der Lichtart A, die im Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm abstrahlt mit einer normierten Strahlungsintensität von 100%.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Antireflexionsbeschichtung auf der innenraumseitigen Oberfläche bewirkt eine deutliche Schwächung des unerwünschten Geisterbilds. Grundsätzlich findet auch an der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe eine gewisse Reflexion der Projektorstrahlung statt, welche ebenfalls zu einem Geisterbild führt. Da die Strahlungsintensität vor dieser Reflexion aber bereits durch die Reflexion an der Reflexionsschicht reduziert ist, tritt dieses Geisterbild weniger stark in Erscheinung und die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe ist weniger kritisch.
Die Reflexion der Projektorstrahlung erfolgt hauptsächlich an der Reflexionsschicht. Die Restreflexe, die von der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe ausgehen, werden durch die Antireflexionsbeschichtung weiter reduziert. Daher ist es nicht nötig, die externen Scheibenoberflächen in einem Winkel zueinander anzuordnen, um Geisterbilder zu vermeiden. Die externen Oberflächen der Verbundscheibe (das heißt die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe) sind daher bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die thermoplastische Zwischenschicht ist dazu bevorzugt nicht keilartig ausgebildet, sondern weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, insbesondere auch im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante und der Unterkante der Verbundscheibe, ebenso wie die Innenscheibe und die Außenscheibe. Eine keilartige Zwischenschicht würde dagegen im vertikalen Verlauf zwischen Unterkante und Oberkante der Verbundscheibe eine veränderliche, insbesondere zunehmende Dicke aufweisen. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Da Standardfolien deutlich kostengünstiger sind als Keilfolien, wird die Herstellung der Verbundscheibe günstiger gestaltet.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Innenscheibe eine Dicke von maximal 1 ,6, mm, besonders bevorzugt von maximal 1 ,4 mm, ganz besonders bevorzugt von maximal 1 ,1 mm auf.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch Windschutzscheibe (samt Reflexionsbeschichtung) beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung im Hauptdurchsichtsbereich größer 70% (Lichtart A). Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Die Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Bevorzugt ist die Innenscheibe nicht gefärbt oder getönt.
Die Verbundscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Die Verbundscheibe kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist. Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie (Verbindefolie) ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. Es kann sich bei der thermoplastischen Zwischenschicht auch um eine Folie mit funktionellen Eigenschaften, beispielsweise eine Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften handeln.
Die Verbundscheibe wird kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Die Reflexionsschicht wird bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) vor der Lamination auf eine Scheibenoberfläche aufgebracht, besonders bevorzugt durch Kathodenzerstäubung („Sputtern“), ganz besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“).
Die Antireflexionsbeschichtung wird bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“) oder Atmosphärendruck-Plasmaabscheidung („atmospheric pressure plasma deposition“) auf die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht. Das kann vor oder nach der Lamination erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen der Antireflexionsbeschichtung vor der Lamination und etwaiger Biegeprozesse, da sich Beschichtungen auf planen Substraten einfacher und in besserer Qualität aufbringen lassen.
Soll die Verbundscheibe gebogen sein, so werden die Außenscheibe und die Innenscheibe bevorzugt vor der Lamination und bevorzugt nach etwaigen Beschichtungsprozessen 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. Diese Temperaturbehandlung erhöht auch die Transparenz und verringert den Flächenwiderstand der Reflexionsschicht.
Eine nicht-vollflächige Beschichtung kann im Falle einer Gasphasenabscheidung (beispielsweise Kathodenzerstäubung) oder Atmosphärendruck-Plasmaabscheidung durch Maskierungsverfahren erreicht werden oder durch eine nachträglich teilweise Entfernung der Beschichtung (beispielsweise durch Laserstrahlung oder mechanisch-abrasiv). Im Falle einer Sol-Gel-Beschichtung ist die nicht-vollflächige Beschichtung zu erreichen, indem das Sol nur auf den gewünschten Bereich aufgetragen wird, beispielsweise durch Tampondruck (pad printing), Siebdruck (screen printing), partielles Aufträgen mittels Rollen oder Pinseln oder durch Sprühbeschichtung (spray coating), oder ebenfalls durch Maskierungstechniken.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung werden die Verbundscheibe und der Projektor derart zueinander angeordnet, dass die Innenscheibe dem Projektor zugewandt ist und der Projektor auf den Projektionsbereich gerichtet ist.
Erfindungsgemäß ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, mindestens umfassend die nachfolgenden Schritte: a) Bereitstellung einer Verbundscheibe mit einem Projektionsbereich, einem Hauptdurchsichtsbereich, einer Oberkante, einer Unterkante und zwei seitlichen Scheibenkanten, wobei die Verbundscheibe eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche und eine Innenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, umfasst; wobei eine Reflexionsschicht, welche geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren und als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber ausgebildet ist, zumindest in dem Projektionsbereich auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist; und eine Antireflexionsbeschichtung, umfassend ausgehend von der Innenscheibe genau eine hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer Dicke von höchstens 40 nm und genau eine niedrigbrechende Schicht mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 und einer Dicke von höchstens 60 nm, zumindest in dem Projektionsbereich auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist; b) Anordnung der Verbundscheibe und eines Projektors, welcher p-polarisierte Strahlung aussendet, derart, dass die Innenscheibe der Verbundscheibe dem Projektor zugewandt ist und der Projektor auf den Projektionsbereich der Verbundscheibe gerichtet ist.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung gelten entsprechend auch für Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung und umgekehrt.
Die Erfindung umfasst weiter die Verwendung einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, wobei die Verbundscheibe bevorzugt eine Windschutzscheibe ist.
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 Verbundscheibe einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Antireflexionsbeschichtung auf einer Innenscheibe, und
Fig. 8 Reflexionsspektren einer Verbundscheibe mit einer TiO2-Beschichtung und von Verbundscheiben mit einer Antireflexionsbeschichtung.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe 100 einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung. Die Verbundscheibe 100 weist eine Oberkante O eine Unterkante U und zwei seitliche Scheibenkanten S auf. Zudem ist in der Fig. 1 der Hauptdurchsichtsbereich H und der Projektionsbereich P der Verbundscheibe 100 eingezeichnet.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , wobei dies dem Querschnitt entlang der Schnittlinie X‘-X der Fig. 1 entspricht. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist umfasst die dargestellte erfindungsgemäße Projektionsanordnung 101 eine Verbundscheibe 100 und einen Projektor 4.
Die Verbundscheibe 100 weist eine Oberkante O eine Unterkante U und zwei seitliche Scheibenkanten S auf. Zudem ist in der Fig. 2 der Hauptdurchsichtsbereich H und der Projektionsbereich P der Verbundscheibe 100 eingezeichnet. Die Verbundscheibe 100 umfasst eine Außenscheibe 1 mit einer außenseitigen Oberfläche I und einer innenraumseitigen Oberfläche II und eine Innenscheibe 2 mit einer außenseitigen Oberfläche III und einer innenraumseitigen Oberfläche IV, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind.
Die thermoplastischen Zwischenschicht 3 ist beispielsweise eine aus PVB bestehende Zwischenschicht und weist eine Dicke von 0,76 mm auf. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, abgesehen von einer etwaigen fachüblichen Oberflächenrauigkeit - sie ist nicht als sogenannte Keilfolie 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 ,1 mm auf.
In der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 vollflächig eine Reflexionsschicht 20, welche geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren und als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber ausgebildet ist, aufgebracht.
Eine Antireflexionsbeschichtung 30 ist in der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform im Projektionsbereich P auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 aufgebracht. Die Antireflexionsbeschichtung 30 umfasst genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht, wobei die hochbrechende Schicht einen Brechungsindex größer 1 ,9 und eine Dicke von höchstens 40 nm aufweist und die niedrigbrechende Schicht einen Brechungsindex kleiner 1 ,6 und eine Dicke von höchstens 60 nm aufweist.
Ein Projektor 4 ist innenraumseitig der Verbundscheibe 100 angeordnet und bestrahlt die Verbundscheibe 100 über die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Der Projektor 4 sendet p-polarisierte Strahlung aus, welche von der Reflexionsschicht 20 in Richtung des Betrachters 5 reflektiert wird.
Die Reflexionsbeschichtung 20 ist auf die Reflexion p-polarisierter Strahlung optimiert. Sie dient als Reflexionsfläche für die Strahlung des Projektors 4 zur Erzeugung der HUD- Projektion. Da der Einstrahlwinkel der Projektorstrahlung allerdings vom Brewster-Winkel abweicht, findet auch an den Luft-Glasübergängen eine gewisse Reflexion der Projektorstrahlung statt, was zur Ausbildung intensitätsschwacher, aber dennoch potentiell störender Geisterbilder führen kann. Insbesondere die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 kann hier kritisch sein, weil die Intensität der reflektierten Strahlung (im Gegensatz zur Reflexion an der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1) nicht bereits durch den Durchgang durch die Reflexionsbeschichtung 20 geschwächt ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses Geisterbild zu reduzieren.
Die Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe
2 führt dazu, dass der Reflexionsquotient 20/RIV AUS dem Reflexionsgrad R20 der Reflexionsbeschichtung 20 geteilt durch den Reflexionsgrad R|V der mit der Antireflexionsbeschichtung 30 versehenen Oberfläche IV gesteigert wird (Reflexionsgrade jeweils gegenüber p-polarisierter Strahlung). Die relative Intensität (der „Kontrast“) der Reflexion an der Reflexionsbeschichtung 20 bezogen auf die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV wird erhöht und die Intensität des gewünschten Hauptbildes im Vergleich zum unerwünschten Geisterbild gesteigert.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101. Die in der Fig. 3 im Querschnitt gezeigte Projektionsanordnung 101 unterscheidet sich von der in der Fig. 2 gezeigten nur dahingehend, dass die Reflexionsschicht 20 nicht vollflächig auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 sondern vollflächig auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 aufgebracht ist. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe 100 einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung und die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101 , wobei dies dem Querschnitt entlang der Schnittlinie X‘-X der Fig. 4 entspricht. Die in der Fig. 4 und der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 1 und der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform nur dahingehend, dass die Verbundscheibe 100 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 in einem umlaufenden Randbereich eine opake Maskierungsschicht 6 angeordnet ist, welche in einem Abschnitt, der in Überdeckung zum Projektionsbereich P ist, eine größere Breite aufweist als in den hiervon verschiedenen Abschnitten. Der Bereich, in dem die opake Maskierungsschicht 6 angeordnet ist, umfasst somit einen umlaufenden Randbereich und den Projektionsbereich P.
Die opake Maskierungsschicht 6 ist beispielsweise ein Abdeckdruck aus einer dunklen, bevorzugt schwarzen, Emaille.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 101. Die in der Fig. 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 5 gezeigten nur dahingehend, dass die Reflexionsschicht 20 nicht vollflächig auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 aufgebracht ist, sondern nur im Projektionsbereich P.
Fig. 7 zeigt die Schichtenfolge der Antireflexionsbeschichtung 30, aufgebracht auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Die Antireflexionsbeschichtung 30 besteht ausgehend von der Innenscheibe 2 aus genau einer hochbrechenden Schicht 31 mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer Dicke von höchstens 40 nm und genau einer niedrigbrechenden Schicht 32 mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 und einer Dicke von maximal 60 nm. Die übrigen Bestandteile der Verbundscheibe 100 sind der Einfachheit halber ebenso wenig dargestellt wie die Reflexionsschicht 20.
Beispiele
Die Schichtenfolgen einer Ausführungsform einer Verbundscheibe mit der Reflexionsschicht 20 auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 sind, zusammen mit den Materialien und geometrische Schichtdicken der Einzelschichten, in Tabelle 1 dargestellt. Die dielektrischen Schichten können unabhängig voneinander dotiert sein, beispielsweise mit Bor oder Aluminium.
Tabelle 1
Figure imgf000025_0001
Für verschiedene Verbundscheiben wurde der Reflexionsquotient 20 /R bestimmt, der ein
Maß dafür liefert, wie intensitätsstark die gewünschte HUD-Reflexion von der Reflexionsbeschichtung 20 im Vergleich zur unerwünschten Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV in Erscheinung tritt. Dafür wurde der Reflexionsgrad R20 einer Verbundscheibe mit dem in der Tabelle 1 beschriebenen Aufbau sowie jeweils der Reflexionsgrad R|V einer Verbundscheibe mit dem in den Tabellen 2 bis 4 beschriebenen
Aufbau bestimmt und anschließend der Reflexionsquotient 20 /R berechnet.
Beim - Verqleichsbeispiel A wies die Verbundscheibe keine Antireflexionsbeschichtung auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf (siehe auch Tabelle 2);
- erfindunqsqemäßen Beispiel 1 wies die Verbundscheibe eine Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf, wobei die Antireflexionsbeschichtung 30 als hochbrechende Schicht 31 SisN4 mit einem Brechungsindex von 2,0 und mit einer Dicke von 30 nm und als niedrigbrechende Schicht 32 SiC>2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45 und mit einer Dicke von 45 nm umfasste (siehe auch Tabelle 3); - erfindungsgemäßen Beispiel 2 wies die Verbundscheibe eine
Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf, wobei die Antireflexionsbeschichtung 30 als hochbrechende Schicht 31 TiÜ2 mit einem Brechungsindex von 2,4 und mit einer Dicke von 20 nm und als niedrigbrechende Schicht 32 SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45 und mit einer Dicke von 45 nm umfasste (siehe auch Tabelle 4)
Tabelle 2
Figure imgf000026_0001
Tabelle 3
Figure imgf000026_0002
Tabelle 4
Figure imgf000026_0003
Die Reflexionsgrade R20 und R|V gegenüber p-polarisierter Strahlung und der daraus ermittelte
D
Reflexionsguotient 20 /R ist für das Vergleichsbeispiel A und die Beispiele 1 und 2 in T abelle 5 zusammengefasst für verschiedene Einfallswinkel a (alpha). Der angegebene Reflexionsgrad ist jeweils der gemittelte gemäß Lichtart A berechnete Reflexionsgrad.
Tabelle 5
Figure imgf000027_0001
Aus Tabelle 5 ist zu erkennen, dass bei großen Einstrahlwinkeln a die Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe der Verbundscheibe im Vergleich zu einer Verbundscheibe ohne Antireflexionsbeschichtung
D (Vergleichsbeispiel A) zu einer deutlichen Steigerung des Reflexionsquotienten 20 /R führt.
Das hat zur Folge, dass die HUD-Reflexion von der Reflexionsschicht 20 im Vergleich zum Geisterbild deutlich stärker wahrnehmbar ist. Durch die Antireflexionsbeschichtung 30 kann somit das Auftreten eines Geisterbildes minimiert werden. Bei Einsatz von TiÜ2 als
D hochbrechende Schicht 31 ist die Steigerung des Reflexionsquotienten 20/RIV dabei ausgeprägter als bei Einsatz von SiaN4 als hochbrechende Schicht 31.
Die erfindungsgemäßen Beispiele eignen sich also insbesondere für den Fall von sehr flachen Einbauwinkeln der Verbundscheibe die zu größeren Einstrahlwinkeln a führen.
Um eine opake Maskierungsschicht zu simulieren wurde bei einem weiteren Vergleichsbeispiel B und bei den weiteren Beispielen 3 bis 5 eine dunkle Außenscheibe 1 und dunkles PVB als thermoplastische Zwischenschicht 3 eingesetzt. Da die Farbe der vom Projektor aus gesehen hinter der auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe 2 aufgebrachten Reflexionsschicht 20 liegenden Schichten für den Reflexionsgrad R20 der Reflexionsschicht 20 nicht relevant ist, wurde ein Aufbau wie in der Tabelle 1 angegeben für die Bestimmung des Reflexionsgrades R20 verwendet.
D
Es wurde für das Vergleichsbeispiel B und die Beispiele 3 bis 5 der Reflexionsquotient 20 /R bestimmt, der ein Maß dafür liefert, wie intensitätsstark die gewünschte HUD-Reflexion von der Reflexionsbeschichtung 20 im Vergleich zur unerwünschten Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV in Erscheinung tritt. Beim
- Verqleichsbeispiel B wies die Verbundscheibe TiÜ2 mit einem Brechungsindex von 2,4 und mit einer Dicke von 20 nm als Beschichtung auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf (siehe auch Tabelle 6);
- erfindunqsqemäßen Beispiel 3 wies die Verbundscheibe eine Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf, wobei die Antireflexionsbeschichtung 30 als hochbrechende Schicht 31 SisN4 mit einem Brechungsindex von 2,0 und mit einer Dicke von 25 nm und als niedrigbrechende Schicht 32 SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45 und mit einer Dicke von 40 nm umfasste (siehe auch Tabelle 7);
- erfindunqsqemäßen Beispiel 4 wies die Verbundscheibe eine Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf, wobei die Antireflexionsbeschichtung 30 als hochbrechende Schicht 31 TiÜ2 mit einem Brechungsindex von 2,4 und mit einer Dicke von 20 nm und als niedrigbrechende Schicht 32 SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45 und mit einer Dicke von 35 nm umfasste (siehe auch Tabelle 8)
- erfindunqsqemäßen Beispiel 5 wies die Verbundscheibe eine Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf, wobei die Antireflexionsbeschichtung 30 als hochbrechende Schicht 31 SiZrN mit einem Brechungsindex von 2,3 und mit einer Dicke von 20 nm und als niedrigbrechende Schicht 32 SiÜ2 mit einem Brechungsindex von 1 ,45 und mit einer Dicke von 45 nm umfasste (siehe auch Tabelle 9) Tabelle 6
Figure imgf000029_0001
Tabelle 7
Figure imgf000029_0002
Tabelle 8
Figure imgf000029_0003
Tabelle 9
Figure imgf000029_0004
Die Reflexionsgrade R20 und R|V gegenüber p-polarisierter Strahlung und der daraus ermittelte
Reflexionsquotient 20 /R ist für das Vergleichsbeispiel B und die Beispiele 3 bis 5 in Tabelle
10 zusammengefasst für verschiedene Einfallswinkel a (alpha).
Tabelle 10
Figure imgf000030_0001
Aus Tabelle 10 ist zu erkennen, dass bei großen Einstrahlwinkeln a die Antireflexionsbeschichtung 30 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 der Verbundscheibe im Vergleich zu einer Verbundscheibe mit einer einzelnen hochbrechenden Schicht als Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 (Vergleichsbeispiel B) zu einer deutlichen Steigerung des
Reflexionsquotienten 20/RIV führt. Das hat zur Folge, dass die HUD-Reflexion von der Reflexionsschicht 20 im Vergleich zum Geisterbild deutlich stärker wahrnehmbar ist. Durch die Antireflexionsbeschichtung 30 kann somit das Auftreten eines Geisterbildes minimiert werden. Bei Einsatz von TiÜ2 oder SiZrN als hochbrechende Schicht 31 ist die Steigerung des
Reflexionsquotienten 2°/RIV dabei ausgeprägter als bei Einsatz von SiaN4 als hochbrechende Schicht 31.
Die erfindungsgemäßen Beispiele eignen sich also insbesondere für den Fall von sehr flachen Einbauwinkeln der Verbundscheibe die zu größeren Einstrahlwinkeln a führen. In der Fig. 8 sind die Reflexionsspektren einer Verbundscheibe mit einer hochbrechenden Schicht auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe (genauer Aufbau siehe Tabelle 6) und von Verbundscheiben mit einer Antireflexionsbeschichtung umfassend genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe (genauer Aufbau siehe Tabelle 7 bis 9) gezeigt.
Die Reflexionsspektren gelten für p-polarisierte Strahlung unter einem Bestrahlungswinkel (Einfallswinkel) von 70°, betrachtet über die Innenscheibe.
Der Fig. 8 ist zu entnehmen, dass bei der Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 mit genau einer hochbrechenden Schicht mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer Dicke von höchstens 40 nm und genau einer niedrigbrechenden Schicht mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 und einer Dicke von höchstens 60 nm der Reflexionsgrad der Verbundscheibe deutlich geringer ist als bei der Beschichtung der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 mit genau einer hochbrechenden Schicht mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer Dicke von höchstens 20 nm.
Bezugszeichenliste:
100 Verbundscheibe
101 Projektionsanordnung
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4 Projektor
5 Betrachter / Fahrzeugfahrer
6 opake Maskierungsschicht
20 Reflexionsschicht
30 Antireflexionsbeschichtung
31 hochbrechende Schicht
32 niedrigbrechende Schicht
O Oberkante der Verbundscheibe 100
U Unterkante der Verbundscheibe 100
S Seitenkante der Verbundscheibe 100
P Projektionsbereich der Verbundscheibe 100
H Hauptdurchsichtsbereich der Verbundscheibe 100
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
X‘-X Schnittlinie

Claims

Patentansprüche Projektionsanordnung (101) für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend - eine Verbundscheibe (100) mit einem Projektionsbereich (P), einem Hauptdurchsichtsbereich (H), einer Oberkante (O), einer Unterkante (U) und zwei seitlichen Scheibenkanten (S), wobei die Verbundscheibe (100) eine Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) und eine Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, umfasst; und - einen Projektor (4), der auf den Projektionsbereich (P) gerichtet ist und p-polarisierte Strahlung aussendet; wobei eine Reflexionsschicht (20), welche geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren und als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber ausgebildet ist, zumindest in dem Projektionsbereich (P) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) oder der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist; und eine Antireflexionsbeschichtung (30) zumindest in dem Projektionsbereich (P) auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) angeordnet ist, wobei die Antireflexionsbeschichtung (30) ausgehend von der Innenscheibe (2) genau eine hochbrechende Schicht (31) und genau eine niedrigbrechende Schicht (32) umfasst, die hochbrechende Schicht (31) einen Brechungsindex größer 1 ,9 und eine Dicke von höchstens 40 nm aufweist und die niedrigbrechende Schicht (32) einen Brechungsindex kleiner 1 ,6 und eine Dicke von höchstens 60 nm aufweist. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 1 , wobei die p-polarisierte Strahlung des Projektors (4) mit einem Einfallswinkel von 60° bis 80°, bevorzugt von 65° bis 75°, auf die Verbundscheibe (100) trifft. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reflexionsschicht (20), im Wesentlichen vollflächig auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) oder der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Projektionsbereich (P) außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs (H) angeordnet ist und die Antireflexionsbeschichtung (30) auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) außerhalb des Hauptdurchsichtsbereichs (H) in einem Bereich, welcher den Projektionsbereich (P) umfasst, angeordnet ist. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Projektionsbereich (P) benachbart zur Unterkante (U) der Verbundscheibe (100) angeordnet ist. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die hochbrechende Schicht (31) auf Basis von Siliziumnitrid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium- Zirkonium-Nitrid, Silizium-Titan-Nitrid, Silizium-Hafnium-Nitrid oder Titanoxid, bevorzugt auf Basis von Silizium-Zirkonium-Nitrid oder Titanoxid, ausgebildet ist und die niedrigbrechende Schicht (32) auf Basis von Siliziumdioxid oder dotiertem Siliziumoxid ausgebildet ist. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dicke der hochbrechenden Schicht (31) höchstens 30 nm beträgt, bevorzugt höchstens 20 nm, besonders bevorzugt höchstens 15 nm. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dicke der niedrigbrechenden Schicht (32) höchstens 50 nm, bevorzugt höchstens 40 nm beträgt, besonders bevorzugt höchstens 30 nm. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Reflexionsschicht (20) genau eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber aufweist. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 9, wobei unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht eine untere dielektrische Schicht oder Schichtenfolge angeordnet ist, deren Brechungsindex mindestens 1 ,9 beträgt, oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht eine obere dielektrische Schicht oder Schichtenfolge angeordnet ist, deren Brechungsindex mindestens 1 ,9 beträgt, und das Verhältnis der optischen Dicke der oberen dielektrischen Schicht oder Schichtenfolge zur optischen Dicke der unteren dielektrischen Schicht oder Schichtenfolge mindestens 1 ,7 beträgt. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) in einem Bereich, welcher zumindest den Projektionsbereich (P) umfasst, eine opake Maskierungsschicht (6) angeordnet ist und die Reflexionsschicht (20) zumindest in dem Projektionsbereich (P) auf der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist. Projektionsanordnung (101) nach Anspruch 11 , wobei die opake Maskierungsschicht (6) in einem umlaufenden Randbereich angeordnet ist und insbesondere in einem Abschnitt, der in Überdeckung zum Projektionsbereich (P) ist, eine größere Breite aufweist als in hiervon verschiedenen Abschnitten. Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Innenscheibe (2) maximal 1 ,6 mm, bevorzugt maximal 1 ,4 mm, besonders bevorzugt maximal 1 ,1 mm, dick ist. Verfahren zur Herstellung einer Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mindestens umfassend a) Bereitstellung einer Verbundscheibe (100) mit einem Projektionsbereich (P), einem Hauptdurchsichtsbereich (H), einer Oberkante (O), einer Unterkante (U) und zwei seitlichen Scheibenkanten (S), wobei die Verbundscheibe (100) eine Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) und eine Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, umfasst; wobei eine Reflexionsschicht (20), welche geeignet ist, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren und als ein Dünnschichtstapel umfassend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (21) auf Basis von Silber ausgebildet ist, zumindest in dem Projektionsbereich (P) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe
(1) oder der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) angeordnet ist; und eine Antireflexionsbeschichtung (30), umfassend ausgehend von der Innenscheibe
(2) genau eine hochbrechende Schicht (31) mit einem Brechungsindex größer 1 ,9 und einer Dicke von höchstens 40 nm und genau eine niedrigbrechende Schicht (32) mit einem Brechungsindex kleiner 1 ,6 und einer Dicke von höchstens 60 nm, zumindest in dem Projektionsbereich (P) auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) angeordnet ist; b) Anordnung der Verbundscheibe (100) und eines Projektors (4), welcher p- polarisierte Strahlung aussendet, derart, dass die Innenscheibe (2) der Verbundscheibe (100) dem Projektor (4) zugewandt ist und der Projektor (4) auf den Projektionsbereich (P) der Verbundscheibe (100) gerichtet ist. Verwendung einer Projektionsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, wobei die Verbundscheibe (100) bevorzugt eine Windschutzscheibe ist.
PCT/EP2022/076345 2021-09-29 2022-09-22 Projektionsanordnung für ein head-up-display mit p-polarisierter strahlung WO2023052228A1 (de)

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WO2024028154A1 (de) * 2022-08-03 2024-02-08 Saint-Gobain Glass France Verbundscheibe mit mehreren reflexionsbereichen und keilförmiger zwischenschicht

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