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EP4408664A1 - Projektionsanordnung umfassend eine verbundscheibe - Google Patents

Projektionsanordnung umfassend eine verbundscheibe

Info

Publication number
EP4408664A1
EP4408664A1 EP22776931.2A EP22776931A EP4408664A1 EP 4408664 A1 EP4408664 A1 EP 4408664A1 EP 22776931 A EP22776931 A EP 22776931A EP 4408664 A1 EP4408664 A1 EP 4408664A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
pane
interior
projection arrangement
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22776931.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hagen
Valentin SCHULZ
Martin Arndt
Pauline GIRARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP4408664A1 publication Critical patent/EP4408664A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/21—Oxides
    • C03C2217/22—ZrO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
    • C03C2217/21—Oxides
    • C03C2217/23—Mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/10—Deposition methods
    • C03C2218/11—Deposition methods from solutions or suspensions
    • C03C2218/113—Deposition methods from solutions or suspensions by sol-gel processes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature

Definitions

  • Projection arrangement comprising a composite pane
  • the invention relates to a projection arrangement, a method for its production and its use.
  • Windshields with functional elements are increasingly being used in vehicles. These include, for example, display elements that allow the glazing to be used as a display, with the glazing remaining transparent. Via displays of this type, the driver of a motor vehicle can have relevant information displayed directly on the windshield of the motor vehicle without having to take his or her eyes off the road. Applications in buses, trains or other forms of public transport, in which current information about the journey or advertising is projected onto the glazing, are also known.
  • HUD head-up display
  • the projection arrangements known under the term head-up display (HUD) consisting of a projector and a windshield with a wedge-shaped thermoplastic intermediate layer and/or wedge-shaped panes are often used to display navigation information in windshields.
  • a wedge angle is necessary to avoid double images.
  • the projected image appears in the form of a virtual image at a certain distance from the windshield, so that the driver of the motor vehicle perceives the projected navigation information as being on the road in front of him, for example.
  • DE 102009020824 A1 describes a virtual image system comprising a windshield and an image source, the real rays of the image source hitting the windshield, being reflected there as virtual rays and refracted rays of the real image rays hitting a matt black material on the windshield surfaces to avoid ghost images to prevent.
  • HUD projectors typically essentially s-polarized due to the better reflection characteristics of the windshield compared to p-polarization.
  • the viewer wears polarization-selective sunglasses that only transmit p-polarized light, the HUD image will at best be perceived as weakened.
  • a solution to this problem is the use of projection arrangements using p-polarized light.
  • DE102014220189A1 discloses a head-up display projection arrangement that is operated with p-polarized radiation, the windshield having a reflective structure that reflects p-polarized radiation in the direction of the viewer.
  • US20040135742A1 also discloses a head-up display projection arrangement using p-polarized radiation, which has a reflective structure.
  • WO 96/19347A3 proposes a multilayer polymer layer as a reflective structure.
  • WO 2021145387 A1 discloses a vehicle window with a HUD coating comprising high-index and low-index layers.
  • Another well-known concept for displaying information on a pane is the integration of display films based on diffuse reflection. These create a real image that appears to the viewer in the plane of the glazing. Glazings with transparent display films are known, for example, from EP 2 670 594 A1 and EP 2 856 256 A1. The diffuse reflection of the display element is generated by means of a rough internal surface and a coating on it. EP 3 151 062 A1 describes a projection arrangement for integration in automobile glazing.
  • the windshield of a motor vehicle can thus be used simultaneously as a projection surface for a virtual HUD image and a real image based on diffuse reflection.
  • These different projection technologies are also used to move displays such as the speedometer, warnings or vehicle data, which are traditionally integrated in the dashboard of a vehicle, to the windshield.
  • a large number of large-scale projections on the windshield can be irritating for the driver.
  • the projectors used for head-up displays must have a correspondingly high output to ensure that the projected image has sufficient brightness even with backlighting and can be easily recognized by the viewer.
  • Such projectors have a comparatively high energy consumption.
  • the object of the present invention is to provide such an improved laminated pane, a method for its production and its use.
  • the projection arrangement according to the invention comprises a compound pane and a light source for p-polarized light.
  • the laminated pane includes an outer pane with an outside surface (side I) and an inside surface (side II), a Inner pane having an outside surface (side III) and an inside surface (side IV) and a thermoplastic interlayer connecting the inside surface of the outer pane to the outside surface of the inner pane.
  • the laminated pane has at least a first partial area in which a reflective layer is arranged on the interior-side surface of the inner pane.
  • the reflection layer is arranged on the interior-side surface of the inner pane in such a way that it forms an exposed surface of the composite pane, ie the surface directly bordering on the surroundings.
  • the reflection layer forms the layer that is furthest away from the thermoplastic intermediate layer in the direction of the inner pane.
  • the reflection layer comprises at least one optically high-index layer with a refractive index of greater than or equal to 1.7 and one optically low-index layer with a refractive index of less than or equal to 1.6, arranged flat one above the other in this order.
  • the laminated pane also has at least one opaque cover layer in at least a second partial region of the laminated pane, which is arranged on the outside surface of the outer pane, on the interior surface of the outer pane, on the outside surface of the inner pane and/or on the interior surface of the inner pane is.
  • the opaque covering layer can be arranged directly or indirectly on the pane surface. At least one opaque cover layer is arranged in an area of the pane in which the reflection layer is also located, so that there is an overlapping area of reflection layer and opaque layer. Projecting the second sub-area with an opaque cover layer into the plane of the first sub-area, in which the reflection layer is located, results in at least partial congruence of the two sub-areas.
  • the reflection layer is at a smaller distance from the vehicle interior than the opaque covering layer.
  • the light source for p-polarized light is arranged on the side of the interior-side surface of the inner pane and is thus located in the vehicle interior when the projection arrangement is installed in a vehicle.
  • a reflective layer comprising a high-index layer and a low-index layer is particularly suitable in terms of high reflectivity for p-polarized light. In comparison to this, a single low-refractive layer or a single high-refractive layer show a significantly lower reflectivity.
  • the combination of the reflective layer according to the invention with the opaque covering layer lying behind it from the perspective of a vehicle occupant results in good visibility of the image, even in the event of external solar radiation, for occupants wearing sunglasses and when using weak light sources. Even under these circumstances, the image formed by the light source appears bright and is excellent in visibility. This enables a reduction in the power of the light source and thus reduced energy consumption.
  • the reflective layer is arranged spatially in front of the opaque cover layer when viewed through the inner pane.
  • the region of the laminated pane in which the reflection layer is arranged appears opaque as a result.
  • the reflective layer in front of the opaque background is preferably transparent, but can also be opaque itself.
  • the expression “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 at least the opaque cover layer.
  • the opaque covering layer can be applied to one or more pane surfaces.
  • an advantage of the invention in this respect is that the reflective layer is suitable for being attached in a freely exposed manner on the interior-side surface of the inner pane.
  • the surface on which the opaque cover layer is to be placed can be freely selected according to customer requirements.
  • a reflection layer applied to the outside surface of the inner pane or the inside surface of the outer pane could be covered by a masking print lying further in the direction of the vehicle interior. This is avoided by means of the structure according to the invention. If the opaque cover layer is arranged on the interior-side surface of the inner pane, the reflection layer is applied to the surface of the opaque cover layer facing away from the inner pane and its function is therefore not impaired by the cover layer.
  • the reflection layer can be applied directly or indirectly, preferably directly, to the opaque cover layer.
  • the opaque cover layer is preferably widened at least in the area that overlaps with the reflection layer and in which the laminated pane is used to display images. This means that the opaque cover layer is perpendicular to the nearest one Considered section of the peripheral edge of the laminated pane has a greater width than in other sections. In this way, the opaque cover layer can be adapted to the dimensions of the reflection layer.
  • the opaque cover layer is preferably formed in the edge area of the laminated pane all the way around along the peripheral edge of the laminated pane, with the width of the cover layer varying.
  • an exposed surface means a surface that is accessible and has direct contact with the surrounding atmosphere. It can also be referred to as the external surface.
  • An exposed surface is to be distinguished from internal surfaces of a laminated pane that are bonded together via the thermoplastic interlayer. If the pane is designed as a composite pane, the outside surface of the outer pane and the interior surface of the inner pane (ie the substrate according to the invention) are exposed.
  • Arranged flat on top of one another means that the projection of a first layer in the plane of a second layer is at least partially congruent with the second layer.
  • the composite pane is a vehicle windshield.
  • the at least one opaque cover layer within the meaning of the invention is a layer that prevents the view through the laminated pane.
  • a transmission of at most 5%, preferably at most 2%, particularly preferably at most 1%, in particular at most 0.1%, of the light of the visible spectrum takes place through the opaque covering layer.
  • the light source of the projection arrangement emits p-polarized light and is arranged in the vicinity of the interior-side surface of the inner pane such that the light source irradiates this surface, with the light being reflected by the reflective layer of the composite pane.
  • the reflection layer preferably reflects at least 5%, preferably at least 6%, particularly preferably at least 10% of the p-polarized light impinging on the reflection layer in a wavelength range of 450 nm to 650 nm and angles of incidence of 55° to 75°. This is advantageous in order to achieve the greatest possible brightness of an image emitted by the light source and reflected on the reflection layer.
  • the light source is used to emit an image, so it can also be referred to as a display device or image display device.
  • a projector, a display or another device known to those skilled in the art can be used as the light source.
  • the light source is preferably a display, particularly preferably an LCD display, LED display, OLED display or electroluminescent display, in particular an LCD display.
  • Displays have a low installation height and can therefore be easily and space-savingly integrated into the dashboard of a vehicle. In addition, displays are much more energy-efficient to operate than projectors.
  • the comparatively lower brightness of displays is completely sufficient in combination with the reflection layer according to the invention and the opaque covering layer behind it.
  • the radiation from the light source preferably strikes the laminated pane at an incidence angle of 55° to 80°, preferably from 62° to 77° on the laminated pane in the region of the reflection layer.
  • the angle of incidence is the angle between the incidence vector of the radiation of the image display device and the surface normal at the geometric center of the reflective layer.
  • p-polarized light means light of the visible spectrum that has a majority of p-polarization.
  • the p-polarized light preferably has a proportion of light with p-polarization of at least 50%, preferably at least 70%, particularly preferably at least 90% and in particular about 100%.
  • the direction of polarization is considered in relation to the plane of incidence of the radiation on the laminated pane. Radiation whose electric field oscillates in the plane of incidence is referred to as p-polarized radiation.
  • S-polarized radiation is radiation whose electric field oscillates perpendicular to the plane of incidence.
  • the plane of incidence is spanned by the incidence vector and the surface normal of the laminated pane in the geometric center of the irradiated area.
  • the polarization ie in particular the proportion of p- and s-polarized radiation, is determined at a point in the area irradiated by the light source, preferably in the geometric center of the irradiated area. Since laminated panes can be curved (for example if they are designed as windscreens), which affects the plane of incidence of the radiation, slightly deviating polarization components can occur in the other areas, which is unavoidable for physical reasons.
  • At least one opaque cover layer is preferably arranged in an edge area of the outer pane.
  • a cover layer preferably serves to mask an adhesive bond of the laminated pane, for example as a windshield in a vehicle body. This achieves a harmonious overall impression of the laminated pane when installed.
  • the opaque cover print serves as UV protection for the adhesive material used.
  • An opaque cover layer located on the outer pane is preferably printed onto the outer pane, in particular using the screen printing method.
  • Screen printing processes for applying opaque cover layers to panes are known as such.
  • Such printed cover layers are also referred to as screen printing, black printing or black print and contain an opaque pigment, for example a black pigment.
  • black pigments are, for example, pigment black (carbon black), aniline black, bone black, iron oxide black, spinel black and graphite.
  • An opaque cover layer printed on using the screen printing process is preferably subjected to a temperature treatment in order to bond it permanently to the glass surface. The thermal treatment is typically performed at temperatures in the range of 450°C to 700°C. If the outer pane is bent, the temperature treatment of a screen print to be applied to it can also take place during the bending of the pane.
  • the opaque cover layer on the outer pane can be applied to the interior surface of the outer pane and/or to the outside surface of the outer pane.
  • the surface of the outer pane on the interior side is preferred insofar as the opaque cover print is protected from the effects of the weather.
  • At least one opaque covering layer in the form of an opaque covering print is particularly preferably arranged on the interior-side surface of the outer pane and/or the interior-side surface of the inner pane.
  • An opaque masking print applied to the interior surface of the inner pane also conceals the view from inside the vehicle through the laminated pane to the outside. For example, components that are laminated into the laminated pane, such as electrical connections, can be laminated.
  • the reflective layer arranged on the interior surface of the inner pane directly adjacent to the surroundings allows a combination with cover layers on the interior surface of the inner pane, in contrast to layers that are only suitable for use on the inside of the laminated pane.
  • a reflection layer applied on the inside, ie on side II or side III would be covered by a cover layer applied on side IV.
  • the reflection layer is applied to a partial area of the interior-side surface of the inner pane.
  • the reflection layer is preferably in direct contact with the interior surface of the inner pane (side IV) or an opaque cover layer applied to this pane surface.
  • the reflective layer is arranged at least in an area on side IV of the laminated pane which, when viewed through the laminated pane, overlaps the opaque cover layer. This means that the p-polarized light, which is projected from the light source onto the reflection layer, hits the laminated pane in the area where the opaque cover layer is located. This achieves a high contrast of the display.
  • the reflection layer comprises at least one optically high-index layer and one optically low-index layer in this order.
  • At least one optically low-index layer is arranged at a greater distance from the interior-side surface of the inner pane than an optically high-index layer.
  • at least one optically high-index layer is arranged at a smaller distance from the interior-side surface of the inner pane than an optically low-index layer.
  • the layers of the reflection layer are arranged flat one above the other on the interior-side surface of the inner pane.
  • the high-index layer preferably has a refractive index of at least 1.8, particularly preferably at least 1.9, very particularly preferably at least 2.0.
  • the increase in the refractive index brings about a high refractive index effect.
  • the high-index layer can also be referred to as a reflection-enhancing layer since it typically increases the overall reflectivity of the coated surface.
  • the refractive indices mentioned lead to particularly good results.
  • the refractive index is preferably at most 2.5 - a further increase in the refractive index would bring no further improvement with regard to the p-polarized radiation, but would increase the overall reflectivity.
  • refractive indices are generally given in relation to a wavelength of 550 nm. Methods for determining refractive indices are known to those skilled in the art. The refractive indices specified within the scope of the invention can be determined, for example, by means of ellipsometry, with commercially available ellipsometers being able to be used. Unless otherwise stated, the specification of layer thicknesses or thicknesses relates to the geometric thickness of a layer. Suitable materials for the high-index layer are silicon nitride (Sisl ⁇ ), a silicon-metal mixed nitride (e.g.
  • silicon zirconium nitride SiZrN
  • silicon-aluminum mixed nitride silicon-hafnium mixed nitride or silicon-titanium mixed nitride
  • aluminum nitride tin oxide, niobium oxide , bismuth oxide, titanium oxide, tin-zinc composite oxide and zirconium oxide.
  • transition metal oxides such as scandium oxide, yttrium oxide, tantalum oxide
  • lanthanide oxides such as lanthanum oxide or cerium oxide
  • the high-index layer preferably contains one or more of these materials or is based on them.
  • the high-index layer can be applied by physical or chemical vapor deposition, ie a PVD or CVD method (PVD: physical vapor deposition, CVD: chemical vapor deposition).
  • Suitable materials on the basis of which the coating is preferably formed are in particular silicon nitride, a silicon-metal mixed nitride (for example silicon zirconium nitride, silicon-aluminum mixed nitride, silicon-hafnium mixed nitride or silicon-titanium mixed nitride), aluminum nitride, tin oxide, niobium oxide , bismuth oxide, titanium oxide, zirconium oxide, or tin-zinc mixed oxide.
  • the high-index layer is preferably a coating applied by cathode sputtering (“sputtered”), in particular a coating applied by cathode sputtering with the assistance of a magnetic field (“magnetron-sputtered”).
  • the high-index layer is particularly preferably a sol-gel coating.
  • the advantages of the sol-gel process as a wet-chemical process are a high level of flexibility, which makes it possible, for example, to simply provide only parts of the pane surface with the coating, and low costs compared to gas-phase depositions such as cathode sputtering.
  • the high-index layer applied as a sol-gel coating preferably contains titanium oxide or zirconium oxide, particularly preferably titanium oxide, in order to achieve the refractive index according to the invention. Layers comprising titanium dioxide, which are deposited by means of PVD processes, are subject to greater changes in crystallinity when the disk is thermally treated.
  • a high-index layer comprising titanium oxide applied as a sol-gel coating is at least partially amorphous and does not have this disadvantage. The chemical conversion of the sol-gel is helpful in order to avoid problems with temperature treatments.
  • a sol containing the precursors of the coating is first prepared and matured. Ripening may involve hydrolysis of the precursors and/or a (partial) reaction between the precursors.
  • the precursors are usually present in a solvent, preferably water, alcohol (especially ethanol) or a water-alcohol mixture.
  • the sol-gel coating is formed on the basis of titanium oxide or zirconium oxide.
  • the sol contains titanium oxide or zirconium oxide precursors.
  • the sol is applied directly or indirectly to the interior surface of the inner pane, in particular by wet-chemical methods, for example by dip coating, spin coating, flow coating, by application using rollers or brushes or by spray coating (spray coating), or by printing methods, for example pad printing or screen printing.
  • wet-chemical methods for example by dip coating, spin coating, flow coating, by application using rollers or brushes or by spray coating (spray coating), or by printing methods, for example pad printing or screen printing.
  • drying with the solvent being evaporated. This drying can take place at ambient temperature or by means of separate heating (for example at a temperature of up to 120° C.).
  • the surface is typically cleaned by methods known per se.
  • the sol is then condensed.
  • the condensation can include a temperature treatment, which can be carried out as a separate temperature treatment at up to 500°C, for example, or as part of a glass bending process, typically at temperatures of 600°C to 700°C.
  • the precursors have UV-crosslinkable functional groups (for example methacrylate, vinyl or acrylate groups)
  • the condensation can include a UV treatment.
  • suitable precursors e.g. silicates
  • the condensation can comprise an IR treatment.
  • solvent can be evaporated, for example at a temperature of up to 120°C.
  • the refractive index of the optically low-index layer is at most 1.6, preferably at most 1.5, particularly preferably at most 1.4, for example 1.25 to 1.35. These values have proven to be particularly advantageous with regard to the reflection properties of the pane.
  • the low-index layer is preferably based on nanoporous silicon oxide.
  • the reflection properties of the layer are determined on the one hand by the refractive index and on the other hand by the thickness of the low-index layer.
  • the refractive index in turn depends on the pore size and the density of the pores.
  • the pores are dimensioned and distributed in such a way that the refractive index is from 1.2 to 1.4, particularly preferably from 1.25 to 1.35.
  • a refractive index in these ranges is particularly advantageous in order to achieve a homogeneous reflection spectrum in the range of incidence angles of around 65° and around 75°.
  • the thickness of the low-index layer is preferably from 30 nm to 500 nm, particularly preferably from 50 nm to 150 nm. Good properties are achieved in this way.
  • the silicon oxide can be doped, for example with aluminum, zirconium, titanium, boron, tin or zinc.
  • the optical, mechanical and chemical properties of the coating can be adjusted by doping.
  • the low-index layer preferably comprises only one homogeneous layer of nanoporous silicon oxide.
  • the pores are in particular closed nanopores, but can also be open pores.
  • Nanopores are understood to mean pores that have sizes in the nanometer range, ie from 1 nm to less than 1000 nm (1 pm).
  • the pores preferably have an essentially circular cross-section (spherical pores), but can also have other cross-sections, for example an elliptical, oval or elongated cross-section (ellipsoidal or ovoid pores).
  • Preferably at least 80% of all pores have essentially the same cross-sectional shape. It can be advantageous if the pore size is at least 20 nm or even at least 40 nm.
  • the average size of the pores is preferably from 1 nm to 500 nm, particularly preferably from 1 nm to 100 nm, very particularly preferably from 20 nm to 80 nm.
  • the size of the pores means the diameter for circular pores and for pores of other shapes the greatest linear expansion. At least 80% of all pore sizes are preferably in the specified ranges, and the sizes of all pores are particularly preferably in the specified ranges.
  • the proportion of pore volume in the total volume is preferably between 10% and 90%, particularly preferably below 80%, very particularly preferably less than 60%.
  • the low-index layer is also preferably a sol-gel coating. It is deposited on the high-index layer in a sol-gel process. First, a sol containing the precursors of the coating is provided and cured.
  • Ripening may involve hydrolysis of the precursors and/or a (partial) reaction between the precursors.
  • this sol is referred to as a precursor sol and contains silicon oxide precursors in a solvent.
  • the precursors are preferably silanes, in particular tetraethoxysilanes or methyltriethoxysilane (MTEOS).
  • MTEOS methyltriethoxysilane
  • silicates can also be used as precursors, in particular sodium, lithium or potassium silicates, for example tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetraisopropyl orthosilicate, or organosilanes of the general form R 2 n Si(OR 1 )4-n.
  • R 1 is preferably an alkyl group
  • R 2 is an alkyl, epoxy, acrylate, methacrylate, amine, phenyl or vinyl group
  • n is an integer from 0 to 2.
  • Silicon halides or alkoxides can also be used .
  • the solvent is preferably water, alcohol (particularly ethanol) or a water-alcohol mixture.
  • the precursor sol is then mixed with a pore former dispersed in an aqueous phase.
  • the task of the pore former is to create the pores in the silicon oxide matrix as a kind of placeholder when creating the low-index layer.
  • the shape, size and concentration of the pore former determine the shape, size and density of the pores.
  • pore size, pore distribution and pore density can be controlled in a targeted manner and reproducible results are ensured.
  • polymer nanoparticles can be used as pore formers, preferably PMMA nanoparticles (polymethyl methacrylate), but alternatively also nanoparticles made of polycarbonates, polyesters or polystyrenes, or copolymers of methyl (meth)acrylates and (meth)acrylic acid.
  • nanodroplets of an oil in the form of a nanoemulsion can also be used.
  • the solution obtained in this way is applied to the high-index layer on the interior-side surface of the inner pane.
  • This is expediently done using wet-chemical methods, for example using those mentioned for the deposition of the high-index layer.
  • the sol is then condensed.
  • the silicon oxide matrix forms around the pore formers.
  • the condensation can include a temperature treatment, for example at a temperature of, for example, up to 350°C.
  • a temperature treatment for example at a temperature of, for example, up to 350°C.
  • UV-crosslinkable functional groups for example methacrylate, vinyl or acrylate group
  • the condensation can include a UV treatment.
  • suitable precursors e.g. silicates
  • the condensation can comprise an IR treatment.
  • solvent can be evaporated at a temperature of up to 120 °C.
  • the coated substrate is preferably subjected to a heat treatment at a temperature of at least 400° C., preferably at least 500° C., during which the pore formers decompose.
  • Organic pore formers are in particular charred (carbonized).
  • the heat treatment can take place as part of a bending process or thermal tempering process.
  • the heat treatment is preferably carried out over a period of no more than 15 minutes, particularly preferably no more than 5 minutes.
  • the heat treatment can also serve to complete the condensation and thereby densify the coating, which improves its mechanical properties, in particular its Stability.
  • the pore former can also be dissolved out of the coating using solvents.
  • the corresponding polymer In the case of polymer nanoparticles, the corresponding polymer must be soluble in the solvent, for example tetrahydrofuran (THF) can be used in the case of PMMA nanoparticles.
  • THF tetrahydrofuran
  • Removal of the pore former is preferred, creating empty pores. In principle, however, it is also possible to leave the pore former in the pores. If it has a different refractive index than silicon oxide, this will be affected.
  • the pores are then filled with the pore former, for example with PMMA nanoparticles.
  • Hollow particles can also be used as pore formers, for example hollow polymer nanoparticles such as PMMA nanoparticles or hollow silicon oxide nanoparticles. If such a pore former is left in the pores and not removed, the pores have a hollow core and an edge area filled with the pore former.
  • the sol-gel process described enables the production of a low-index layer with a regular, homogeneous distribution of the pores.
  • the shape, size and density of the pores can be adjusted in a targeted manner and the low-index layer has a low tortuosity.
  • the reflection layer comprises at least one high-index layer and at least one low-index layer. Accordingly, a plurality of high-index layers and low-index layers can also be applied, with these preferably being applied alternately to one another. In the case of an alternating sequence of layers, the layers bordering on a low-index layer have a high refractive index and the layers bordering on a high-index layer have a low refractive index.
  • the layer stack of high-index layers and low-index layers begins, viewed from the inner pane, preferably with a high-index layer.
  • the exposed surface of the reflection layer, with which the layer stack ends can be formed by a high-index layer or a low-index layer.
  • the reflection layer comprises exactly one low-index layer and exactly one high-index layer, the high-index layer being at a smaller distance from the inner pane than the low-index layer.
  • the high-index layer is therefore the layer of the reflection coating that is closer to the inner pane, while the low-index layer closes off the layer stack and is the surface of the reflection coating that is exposed to the environment.
  • the low-index layer is thus arranged above the high-index layer in relation to the surface of the inner pane on the interior side.
  • the low-index layer is preferably deposited directly on the high-index layer, ie no further layers are arranged between the high-index layer and the low-index layer.
  • the reflection coating particularly preferably consists of exactly one individual high-index layer and exactly one individual low-index layer and has no further layers below or above this layer. The inventors have surprisingly found that a reflective coating comprising exactly one low-index layer and exactly one high-index layer has improved reflection behavior for p-polarized light, with a lower angle dependency being able to be determined in particular.
  • the high-index layers preferably have a layer thickness of 30 nm to 150 nm each, particularly preferably 30 nm to 100 nm, in particular 40 nm to 70 nm.
  • the low-index layers preferably each have a layer thickness of 100 nm to 300 nm, particularly preferably 150 nm to 250 nm, in particular 165 nm to 220 nm.
  • a particularly advantageous reflection of p-polarized light over a large angular range can be achieved within these layer thickness ranges. This is particularly the case when the reflective coating is precisely a highly refractive layer and precisely comprises a low-index layer and the layer thicknesses are within the ranges mentioned in each case.
  • the reflection spectrum should be as smooth as possible with respect to p-polarized radiation and should not exhibit any pronounced local minima and maxima.
  • the difference between the maximum reflectance occurring and the average reflectance and the difference between the minimum reflectance occurring and the average reflectance should be at most 3%, particularly preferably at most 2%.
  • the difference given is to be understood as an absolute deviation of the degree of reflection (given in %), not as a percentage deviation relative to the mean value.
  • the standard deviation in the spectral range from 450 nm to 650 nm can be used as a measure of the smoothness of the reflection spectrum.
  • a reflection layer comprising exactly one high-index layer and exactly one low-index layer has proven to be advantageous.
  • a HUD layer is arranged between the interior surface of the outer pane and the outside surface of the inner pane.
  • the principle of a head-up display (HUD) and the technical terms used here from the field of HUDs are generally known to the person skilled in the art.
  • HUD head-up display
  • the principle of a head-up display (HUD) and the technical terms used here from the field of HUDs are generally known to the person skilled in the art.
  • the HUD layer is arranged between the outer pane and the inner pane, whereby "between” can mean both within the thermoplastic intermediate layer and in direct spatial contact on the inside of the outer pane and on the outside of the inner pane.
  • the HUD layer is configured to reflect p-polarized light.
  • the HUD layer is a reflective coating that is introduced over a large area into the laminated pane, with the area in which the HUD coating is located also being referred to as the HUD area.
  • a projector is directed at the HUD area of the laminated pane.
  • the radiation from the projector is preferably predominantly p-polarized.
  • the HUD layer is capable of reflecting p-polarized radiation.
  • the projection arrangement according to the invention is particularly suitable for combination with a HUD layer.
  • the reflection layer provided on the interior surface of the inner pane and the opaque cover layer applied in this area are only locally limited to the edge area of the composite pane and thus do not affect the HUD layer applied in the see-through area of the composite pane. Because the reflective layer is positioned on an exposed surface of the laminated pane, the HUD layer can be independently attached to one of the internal surfaces of the laminated pane, where it is protected from environmental influences.
  • the HUD layer preferably includes at least one metal selected from the group consisting of aluminum, tin, titanium, copper, chromium, cobalt, iron, manganese, zirconium, cerium, yttrium, silver, gold, platinum and palladium, or mixtures thereof.
  • the HUD layer is a coating containing a thin layer stack, ie a layer sequence of thin individual layers.
  • This thin layer stack contains one or more electrically conductive layers based on silver.
  • the electrically conductive layer based on silver gives the reflective coating the basic reflective properties and also an IR-reflecting effect and electrical conductivity.
  • the electrically conductive layer is 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.
  • Silver-based materials are particularly suitable for reflecting p-polarized light. The use of silver has proven to be particularly advantageous when reflecting p-polarized light.
  • the coating has a thickness of 5 nm to 50 nm and preferably 8 nm to 25 nm.
  • the HUD layer is designed as a coating, it is preferably applied to the inner pane or outer pane by physical vapor deposition (PVD), particularly preferably by cathode sputtering (“sputtering”) and very particularly preferably by magnetic field-assisted cathode sputtering (“magnetron sputtering”) .
  • PVD physical vapor deposition
  • the coating can also, for example, by means of chemical vapor deposition (CVD), for example plasma-enhanced vapor deposition (PECVD), by vapor deposition or by Atomic layer deposition (ALD) are applied.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma-enhanced vapor deposition
  • ALD Atomic layer deposition
  • the HUD layer can also be formed as a reflective foil that reflects p-polarized light.
  • the HUD layer can be a carrier film with a reflective coating or a reflective polymer film.
  • the reflective coating preferably comprises at least one metal-based layer and/or a dielectric layer sequence with alternating refractive indices.
  • the metal-based layer preferably contains or consists of silver and/or aluminum.
  • the dielectric layers can, for example, be based on silicon nitride, zinc oxide, tin-zinc oxide, silicon-metal mixed nitrides such as silicon-zirconium nitride, zirconium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide or silicon carbide.
  • the oxides and nitrides mentioned can be deposited stoichiometrically, under-stoichiometrically or over-stoichiometrically. They can have dopings, for example aluminum, zirconium, titanium or boron.
  • the reflective polymer film preferably comprises or consists of dielectric polymer layers.
  • the dielectric polymer layers preferably contain PET. If the HUD layer is in the form of a reflective film, it is preferably from 30 ⁇ m to 300 ⁇ m, particularly preferably from 50 ⁇ m to 200 ⁇ m and in particular from 100 ⁇ m to 150 ⁇ m thick.
  • the CVD or PVD coating processes can also be used for production.
  • the HUD layer is designed as a reflective film and is arranged within the thermoplastic intermediate layer.
  • the advantage of this arrangement is that the HUD layer does not have to be applied to the outer pane or inner pane using thin-layer technology (for example CVD and PVD). This results in uses of the HUD layer with further advantageous functions such as a more homogeneous reflection of the p-polarized light on the HUD layer.
  • the manufacture of the laminated pane can be simplified since the HUD layer does not have to be arranged on the outer or inner pane via an additional process prior to lamination.
  • the composite pane of the projection arrangement is preferably a windshield.
  • the optionally available HUD layer is in the transparent area of the laminated pane.
  • the total transmission through the laminated pane is at least 70%, based on light type A, in an embodiment as a windshield of a motor vehicle.
  • 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.
  • 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.
  • the outer pane and inner pane preferably contain or consist of glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass, alumino-silicate glass, or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate , polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • glass particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass, alumino-silicate glass, or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate , polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • the outer pane and inner pane can have further suitable coatings known per se, for example anti-reflection coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings or sun protection coatings or low-E coatings.
  • the thickness of the individual panes can vary widely and be adapted to the requirements of the individual case.
  • Discs with standard thicknesses of 0.5 mm to 5 mm and preferably 1.0 mm to 2.5 mm are preferably used.
  • the size of the discs can vary widely and depends on the use.
  • the composite pane can have any three-dimensional shape.
  • the outer pane and inner pane preferably have no shadow zones, so that they can be coated by cathode sputtering, for example.
  • the outer panes are preferred and inner pane flat or slightly or strongly curved in one direction or in several directions of the room.
  • the thermoplastic intermediate layer contains or consists of at least one thermoplastic, preferably polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) and/or polyurethane (PU) or copolymers or derivatives thereof, optionally in combination with polyethylene terephthalate (PET).
  • the thermoplastic intermediate layer can also be, for example, polypropylene (PP), polyacrylate, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, casting resin, acrylate, fluorinated ethylene-propylene, polyvinyl fluoride and/or ethylene-tetrafluoroethylene, or a copolymer or mixture thereof.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably designed as at least one thermoplastic composite film and contains or consists of polyvinyl butyral (PVB), particularly preferably polyvinyl butyral (PVB) and additives known to those skilled in the art, such as plasticizers.
  • the thermoplastic intermediate layer preferably contains at least one plasticizer.
  • Plasticizers are chemical compounds that make plastics softer, more flexible, more supple and/or more elastic. They shift the thermoelastic range of plastics to lower temperatures so that the plastics have the desired more elastic properties in the operating temperature range.
  • Preferred plasticizers are carboxylic acid esters, especially low-volatility carboxylic acid esters, fats, oils, soft resins and camphor.
  • Other plasticizers are preferably aliphatic diesters of triethylene or tetraethylene glycol. Particular preference is given to using 3G7, 3G8 or 4G7 as plasticizers, the first digit denoting the number of ethylene glycol units and the last digit denoting the number of carbon atoms in the carboxylic acid part of the compound.
  • 3G8 stands for triethylene glycol bis-(2-ethylhexanoate), ie for a compound of the formula C 4 H 9 CH (CH 2 CH 3 ) CO (OCH 2 CH 2 ) 3O 2 CCH (CH 2 CH 3 ) C 4 H 9 .
  • the thermoplastic intermediate layer based on PVB preferably contains at least 3% by weight, preferably at least 5% by weight, particularly preferably at least 20% by weight, even more preferably at least 30% by weight and in particular at least 35% by weight a plasticizer.
  • the plasticizer contains or consists, for example, of triethylene glycol bis-(2-ethylhexanoate).
  • the thermoplastic intermediate layer can be formed by a single film or by more than one film.
  • the thermoplastic intermediate layer can be formed by one or more thermoplastic films arranged one on top of the other, the thickness of the thermoplastic intermediate layer preferably being from 0.25 mm to 1 mm, typically 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a functional thermoplastic intermediate layer, in particular an intermediate layer with acoustically damping properties, an intermediate layer which reflects infrared radiation, an intermediate layer which absorbs infrared radiation and/or an intermediate layer which absorbs UV radiation.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a band filter film that blocks out narrow bands of visible light.
  • the invention includes a method for producing a projection arrangement according to the invention.
  • the method comprises at least the following steps:
  • Step e) of the process takes place either before, during or after steps a) to d).
  • the reflective layer is only applied after this opaque covering layer has been applied.
  • the reflection layer reflects the p-polarized light. The p-polarized light leaves the laminated pane on the inside of the inner pane.
  • the layer stack is laminated under the action of heat, vacuum and/or pressure, the individual layers being connected (laminated) to one another by at least one thermoplastic intermediate layer.
  • Methods known per se can be used to produce a laminated pane. For example, so-called autoclave processes can be carried out at an increased pressure of about 10 bar to 15 bar and temperatures of 130° C. to 145° C. for about 2 hours.
  • Known vacuum bag or vacuum ring methods work, for example, at about 200 mbar and 130°C to 145°C.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can also be pressed in a calender between at least one pair of rollers to form a composite pane.
  • Plants of this type are known for the production of laminated panes and normally have at least one heating tunnel in front of a pressing plant.
  • the temperature during the pressing process is, for example, from 40°C to 150°C.
  • Combinations of calender and autoclave processes have proven particularly useful in practice.
  • vacuum laminators can be used. These consist of one or more chambers that can be heated and evacuated, in which the outer pane and the inner pane can be laminated within, for example, about 60 minutes at reduced pressures of 0.01 mbar to 800 mbar and temperatures of 80°C to 170°C.
  • a HUD layer is applied to the interior surface of the inner pane and/or the outside surface of the inner pane before, during or after one of steps a) and b).
  • the HUD layer is part of the thermoplastic intermediate layer and is introduced into the laminated pane together with it.
  • the invention extends to the use of the projection arrangement according to the invention in vehicles for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles.
  • the use of the laminated pane as a vehicle windshield is preferred.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a preferred embodiment of the projection arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the laminated pane of FIG. 1,
  • FIG. 6 shows a view of the inner pane of the laminated pane according to FIG. 1 with a reflective coating in cross section along section line AA',
  • FIG. 7a shows a reflection spectrum of a composite pane according to Example 1 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 65°
  • FIG. 7b shows a reflection spectrum of a laminated pane according to Example 1 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 75°
  • FIG. 8a shows a reflection spectrum of a composite pane according to Example 2 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 65°
  • FIG. 8b shows a reflection spectrum of a composite pane according to Example 2 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 75°
  • FIG. 9a shows a reflection spectrum of a laminated pane according to the invention according to example 3 from table 1 compared to p-polarized radiation at 65°,
  • FIG. 9b shows a reflection spectrum of a composite pane according to Example 3 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 75°
  • FIG. 10a shows a reflection spectrum of a laminated pane not according to the invention according to comparative example 4 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 65°
  • FIG. 10b shows a reflection spectrum of a laminated pane not according to the invention according to comparative example 4 from Table 1 compared to p-polarized radiation at 75°.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an exemplary embodiment of the projection arrangement 100 according to the invention when installed in a vehicle in the form of a schematic representation.
  • a plan view of composite pane 10 of projection assembly 100 is shown in FIG.
  • the cross-sectional view of FIG. 1 corresponds to section line A-A of composite pane 1, as indicated in FIG.
  • the laminated pane 10 comprises an outer pane 1 and an inner pane 2 with a thermoplastic intermediate layer 3 which is arranged between the panes.
  • the laminated pane 10 is installed in a vehicle and separates a vehicle interior 12 from an external environment 13 .
  • the laminated pane 10 is the windshield of a motor vehicle.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 are each made of glass, preferably thermally toughened soda-lime glass, and are transparent to visible light.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 comprises a thermoplastic material, preferably polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) and/or polyethylene terephthalate (PET).
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the outside surface I of the outer pane 1 faces away from the thermoplastic intermediate layer 3 and is at the same time the outer surface of the laminated pane 10.
  • the interior surface II of the outer pane 1 and the outside surface III of the inner pane 2 each face the intermediate layer 3.
  • the interior surface IV of the inner pane 2 faces away from the thermoplastic intermediate layer 3 and is at the same time the inside of the laminated pane 10.
  • the laminated pane 10 can have any suitable geometric shape and/or curvature. As a composite pane 10, it typically has a
  • a frame-shaped peripheral opaque covering layer 5 is opaque and prevents the view of structures arranged on the inside of the composite pane 10.
  • the laminated pane 1 also has an opaque cover layer 5 in the edge region R on the interior-side surface IV of the inner pane 2, which is designed in the form of a frame all the way around.
  • the opaque cover layers 5 consist of an electrically non-conductive material conventionally used for cover prints, for example a black-colored screen printing ink that is baked.
  • the opaque covering layers 5 prevent the laminated pane 10 from being seen through, as a result of which, for example, an adhesive strip for gluing the laminated pane 10 into a vehicle body is not visible when viewed from the outside 13 .
  • At least one of the cover layers 5 is applied in a partial area B of the pane.
  • a partial area B extends circumferentially in the edge area R of the laminated pane 10.
  • the partial area B and the opaque cover layer 5 located therein are widened, the widened partial area B when the pane is installed as a windshield in a motor vehicle is adjacent to the edge of the engine and the dashboard.
  • the reflection layer 9 is arranged in a view through the laminated pane 10 so as to overlap the opaque cover layer 5 located underneath, with this opaque cover layer 5 completely covering the reflection layer 9 , ie the reflection layer 9 has no section which does not overlap with the cover layer 5 lying underneath.
  • the reflection layer 9 is arranged here, for example, only in a section of the edge region R of the laminated pane 10, which is adjacent to the engine compartment of the motor vehicle in the installed state. However, it would also be possible for the reflection layer 9 to be in an upper (roof-side) section or to be arranged in a lateral portion of the edge region R.
  • a plurality of reflection layers 9 could be provided in the sections of the edge region R mentioned.
  • the reflection layers 9 could be arranged in such a way that a (partially) circulating image is generated.
  • the opaque cover layer 5 located on the interior-side surface IV of the inner pane 2 is widened in the section in which the first partial region D with the reflective layer 9 is located. In this way, an overlapping of the first partial area D with the reflective layer 9 and the second partial area B with the opaque cover layer 5 is achieved.
  • the “width” is understood to be the dimension of the opaque cover layer 5 perpendicular to its extension.
  • the overlap according to the invention between the reflective layer 9 and the opaque cover layer 5 does not have to be provided by a cover layer 5 directly adjoining the reflective layer 9 . In this sense, one of the opaque covering layers 5 according to FIG.
  • the projection arrangement 100 has a light source 8 as an image generator.
  • the light source 8 is used to generate p-polarized light 7 (image information), which is directed onto the reflection layer 9 and is reflected by the reflection layer 9 as reflected light into the vehicle interior 12, where it can be perceived by an observer, e.g. the driver .
  • the reflection layer 9 is suitably formed to reflect the p-polarized light 7 of the light source 8, i.e. an image formed by the light 7 of the light source 8.
  • the p-polarized light 7 preferably strikes the laminated pane 1 at an angle of incidence of 50° to 80°, in particular 65° to 75°.
  • the light source 8 is, for example, a display, in this case an LCD display. It would also be possible, for example, for the composite pane 10 to be a roof pane, side pane or rear pane.
  • the reflective layer 9 is shown extending along the lower section of the edge region R of the laminated pane 10 .
  • FIGS. 3 to 5 correspond to the section line AA in the lower section Z of the edge region R of the laminated pane 1, as indicated in FIG.
  • the embodiment of the laminated pane 10 shown in FIG. 3 essentially corresponds to the laminated pane according to the embodiment in FIG.
  • the HUD layer 4 also extends into the see-through area of the laminated pane 10, ie the area in which none of the opaque covering layers 5 is present.
  • a projector (not shown) can be directed onto this area of the pane and the HUD layer 4 can be generated as a projection surface for a virtual image.
  • the opaque cover layer 5 is located on the interior-side surface IV of the inner pane 2 and covers the HUD layer 4 for the viewer located in the interior 12 .
  • the reflection layer 9 is applied to the interior-side surface IV on the opaque covering layer 5 .
  • the reflection layer 9 is applied directly to this opaque covering layer 5 .
  • the image projected from the light source 8 onto the reflection layer 9 can be seen well against the background of the opaque cover layer 5 with high contrast.
  • the HUD layer 4 can be used independently of the reflection layer 9, with the image of the reflection layer 9 and the HUD image not influencing each other.
  • the embodiment of the laminated pane 10 shown in FIG. 4 differs from the embodiment in FIG. 3 only in that the reflection layer 9 is applied directly to the surface IV of the laminated pane 10 on the interior side.
  • the opaque cover layer 5 closest to the reflection layer 9 is applied to the outside surface III of the inner pane 1 and serves there as an opaque background of the image of the reflection layer.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the laminated pane 10, which essentially corresponds to the embodiment in FIG.
  • FIG. 6 shows a view of the inner pane 2 with the reflective layer 9 of FIG. 1 in detail.
  • the reflection layer 9 consists of two layers, a low-index layer 9.1 and a high-index layer 9.2, and is applied to the opaque covering layer 5.
  • the invention is explained below using examples and a comparative example.
  • the reflection properties of composite panes according to the invention for p-polarized light and a composite pane not according to the invention are compared below.
  • the basic structure of the compound panes corresponds to that described in FIG. 3, the compound panes differing in the composition of the reflective layer.
  • the reflection layer is applied to the opaque covering layer 5 on the interior-side surface IV of the inner pane 2 .
  • the layer thicknesses, the layer structure and the refractive indices according to Examples 1 to 3 according to the invention and Comparative Example 4 not according to the invention are summarized in Table 1. All low-index layers and high-index layers were implemented as sol-gel coatings.
  • the reflectivity for p-polarized light which is essential for the image quality, is denoted by RL(A) p-pol and is determined on the interior-side surface IV of the inner pane 2 at 65° and at 75°.
  • the values for the reflection (RL) refer to the light type A, which by definition is based on the relative radiation distribution of the Planckian radiator with 2856 Kelvin.
  • the corresponding reflection spectra are shown in Figures 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a and 10b.
  • a comparison of the properties of the reflective layer 9 according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 4 shows that the reflective layers according to Examples 1 to 3 have a significantly increased reflection compared to Comparative Example 4 both below 65° and below 75°.
  • the laminated pane of example 3 according to the invention shows a sufficiently high reflectivity below 65°.
  • the composite panes of Examples 1 and 2 were further optimized for use in a larger range of angles.
  • reflection layers comprising precisely one low-index layer and one high-index layer have proven to be advantageous in order to achieve a lower angular dependency of the reflection properties.
  • Example 1 has a low-index layer with a further lowered refractive index compared to the other examples and the comparative example.
  • the low-index layer according to Example 1 is designed as nanoporous silicon oxide.
  • the laminated pane according to Example 1 has proven to be advantageous with regard to a particularly homogeneous reflection spectrum.

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Abstract

Projektionsanordnung (100) mindestens umfassend eine Lichtquelle (8) für p-polarisiertes Licht (7) und eine Verbundscheibe (10), die eine Außenscheibe (1), eine Innenscheibe (2) und eine thermoplastische Zwischenschicht (3) umfasst, wobei in mindestens einem ersten Teilbereich (D) der Verbundscheibe (10) an der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) eine Reflektionsschicht (9) angeordnet ist, die zur Reflektion des p-polarisierten Lichtes (7) geeignet ist, mindestens eine opake Abdeckschicht (5) zumindest in einem zweiten Teilbereich (B) der Verbundscheibe (10) auf der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1), auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1), auf der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) und/oder auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) angeordnet ist und eine Projektion des zweiten Teilbereichs (B) in die Ebene des ersten Teilbereichs (D) zumindest teilweise mit diesem deckungsgleich ist, und wobei die Reflektionsschicht (9) in dieser Reihenfolge zumindest eine optisch hochbrechende Schicht (9.1) mit einem Brechungsindex von größer oder gleich 1,7 und eine optisch niedrigbrechende Schicht (9.2) mit einem Brechungsindex von kleiner oder gleich 1,6 umfasst.

Description

Projektionsanordnung umfassend eine Verbundscheibe
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Im Fahrzeugbereich werden vermehrt Windschutzscheiben mit Funktionselementen eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise Displayelemente, die eine Verwendung der Verglasung als Display ermöglichen, wobei eine Transparenz der Verglasung erhalten bleibt. Über derartige Displays kann der Fahrer eines Kraftfahrzeugs relevante Informationen unmittelbar in der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs angezeigt bekommen ohne den Blick von der Straße nehmen zu müssen. Anwendungen in Bussen, Zügen oder anderen öffentlichen Verkehrsmitteln, in denen aktuelle Informationen zum Fahrtverlauf oder Werbung auf die Verglasung projiziert werden, sind ebenfalls bekannt.
Zum Anzeigen von Navigationsinformationen in Windschutzscheiben werden häufig die unter dem Begriff Head-up-Display (HUD) bekannten Projektionsanordnungen aus Projektor und Windschutzscheibe mit keilwinkelförmiger thermoplastischer Zwischenschicht und/oder keilwinkelförmigen Scheiben verwendet. Ein Keilwinkel ist dabei zur Vermeidung von Doppelbildern notwendig. Das projizierte Bild erscheint in Form eines virtuellen Bildes in einem gewissen Abstand zur Windschutzscheibe, so dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs beispielsweise die projizierte Navigationsinformation als vor ihm auf der Straße befindlich wahrnimmt. In DE 102009020824 A1 wird ein virtuelles Bildsystem umfassend eine Windschutzscheibe und eine Bildquelle beschrieben, wobei die reelen Strahlen der Bildquelle auf die Windschutzscheibe treffen, dort als virtuelle Strahlen reflektiert werden und gebrochene Strahlen der reellen Bildstrahlen auf ein mattes schwarzes Material an den Windschutzscheibenflächen treffen um Geisterbilder zu verhindern. Die Strahlung von HUD- Projektoren ist typischerweise im Wesentlichen s-polarisiert, aufgrund der besseren Reflexionscharakteristik der Windschutzscheibe im Vergleich zur p-Polarisation. Trägt der Betrachter jedoch eine polarisationsselektive Sonnenbrille, die lediglich p-polarisiertes Licht transmittiert, so wird das HUD-Bild allenfalls abgeschwächt wahrnehmen. Eine Lösung dieses Problems ist die Anwendung von Projektionsanordnungen, die p-polarisiertes Licht verwenden. DE102014220189A1 offenbart eine Head-Up-Display-Projektionsanordnung, die mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, wobei die Windschutzscheibe eine reflektierende Struktur aufweist, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Betrachters reflektiert. Auch US20040135742A1 offenbart eine Head-Up-Display-Projektionsanordnung unter Verwendung p-polarisierter Strahlung, die eine reflektierende Struktur aufweist. In WO 96/19347A3 wird als reflektierende Struktur eine mehrlagige Polymerschicht vorgeschlagen. WO 2021145387 A1 offenbart eine Fahrzeugscheibe mit einer HUD- Beschichtung umfassend hochbrechende und niedrigbrechende Schichten.
Ein weiteres bekanntes Konzept zur Darstellung von Informationen auf einer Scheibe ist die Integration von Displayfolien, die auf einer diffusen Reflektion basieren. Diese erzeugen ein reales Bild, das für den Betrachter in der Ebene der Verglasung erscheint. Verglasungen mit transparenten Displayfolien sind beispielsweise aus EP 2 670 594 A1 und EP 2 856 256 A1 bekannt. Die diffuse Reflektion des Displayelementes wird dabei mittels einer rauen internen Oberfläche und einer darauf befindlichen Beschichtung erzeugt. In EP 3 151 062 A1 wird eine Projektionsanordnung zur Integration in einer Automobilverglasung beschrieben.
Die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs kann somit gleichzeitig als Projektionsfläche für ein virtuelles HUD-Bild und ein auf diffuser Reflektion basierendes reales Bild genutzt werden. Diese verschiedenen Projektionstechnologien werden auch genutzt um Anzeigen wie die Geschwindigkeitsanzeige, Warnungen oder Fahrzeugdaten, die klassischerweise im Armaturenbrett eines Fahrzeugs integriert sind, in die Windschutzscheibe zu verlegen. Jedoch kann eine Vielzahl großflächiger Projektionen auf der Windschutzscheibe für den Fahrer irritierend wirken. Darüber hinaus müssen die für Head-Up-Displays verwendeten Projektoren eine entsprechend große Leistung haben um sicherzustellen, dass das projizierte Bild auch bei Gegenlicht eine ausreichende Helligkeit aufweist und vom Betrachter gut erkennbar ist. Derartige Projektoren weisen einen vergleichsweise hohen Energieverbrauch auf.
Demnach besteht ein Bedarf an Projektionsanordnungen, die einen guten Kontrast des erzeugten Bildes auch bei Gegenlicht und einen geringen Energieverbrauch aufweisen sowie mit p-polarisiertem Licht betrieben werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Verbundscheibe, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsanordnung gemäß Anspruch 1 , gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung umfasst eine Verbundscheibe sowie eine Lichtquelle für p-polarisiertes Licht. Die Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche (Seite I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (Seite II), eine Innenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche (Seite III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (Seite IV) und eine thermoplastische Zwischenschicht, die die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe mit der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe verbindet. Die Verbundscheibe weist mindestens einen ersten Teilbereich auf, in dem an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine Reflektionsschicht angeordnet ist. Die Reflektionsschicht ist so auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet, dass sie eine exponierte, also die unmittelbar an die Umgebung grenzende Oberfläche der Verbundscheibe bildet. Anders ausgedrückt bildet die Reflektionsschicht die von der thermoplastischen Zwischenschicht ausgehend in Richtung der Innenscheibe am weitesten entfernte Schicht. Die Reflektionsschicht umfasst ausgehend von der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe flächig übereinander in dieser Reihenfolge angeordnet zumindest eine optisch hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von größer oder gleich 1 ,7 und eine optisch niedrigbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von kleiner oder gleich 1 ,6. Die Verbundscheibe weist des Weiteren mindestens eine opake Abdeckschicht in zumindest in einem zweiten Teilbereich der Verbundscheibe auf, die auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe, auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe, auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe und/oder auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist. Die opake Abdeckschicht kann dabei mittelbar oder unmittelbar auf der Scheibenoberfläche angeordnet sein. Mindestens eine opake Abdeckschicht ist dabei in einem Bereich der Scheibe angeordnet, in dem auch die Reflektionsschicht liegt, so dass ein überlappender Bereich von Reflektionsschicht und opaker Schicht besteht. Bei Projektion des zweiten Teilbereichs mit opaker Abdeckschicht in die Ebene des ersten Teilbereichs, in dem die Reflektionsschicht liegt, ergibt somit eine zumindest teilweise Deckungsgleichheit der beiden Teilbereiche. Die Reflektionsschicht hat im Einbauzustand der Projektionsanordnung in einem Fahrzeug einen geringeren Abstand zum Fahrzeuginnenraum als die opake Abdeckschicht. Die Lichtquelle für p-polarisiertes Licht ist auf Seiten der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet und befindet sich im Einbauzustand der Projektionsanordnung in einem Fahrzeug somit im Fahrzeuginnenraum. Demnach trifft vom Fahrzeuginnenraum ausgehendes Licht der Lichtquelle auf die Reflektionsschicht der Verbundscheibe und wird dort reflektiert. Das reflektierte Licht ist für einen im Fahrzeuginnenraum befindlichen Betrachter als Bild erkennbar. Die opake Abdeckschicht liegt vom Betrachter im Fahrzeuginnenraum aus gesehen hinter der Reflektionsschicht, so dass im Bereich der Reflektionsschicht eine Transmission von Licht aus der Umgebung in den Innenraum des Fahrzeugs vermieden wird. Dadurch weist das im Bereich der Reflektionsschicht befindliche Bild einen guten Kontrast auf. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine Reflektionsschicht umfassend eine hochbrechende Schicht und eine niedrigbrechende Schicht besonders geeignet ist hinsichtlich einer hohen Reflektivität für p-polarisiertes Licht. Im Vergleich dazu zeigen eine einzelne niedrigbrechende Schicht oder eine einzelne hochbrechende Schicht eine wesentlich geringere Reflektivität. Insbesondere die Kombination der erfindungsgemäßen Reflektionsschicht mit der, aus Sicht eines Fahrzeuginsassen dahinterliegenden, opaken Abdeckschicht bewirkt eine gute Sichtbarkeit des Bildes, auch bei äußerer Sonneneinstrahlung, bei Insassen mit Sonnenbrillen und bei Verwendung lichtschwacher Lichtquellen. Auch unter diesen Umständen erscheint das von der Lichtquelle erzeugte Bild hell und ist ausgezeichnet erkennbar. Dies ermöglicht eine Reduktion der Leistung der Lichtquelle und somit einen verminderten Energieverbrauch.
Aus Sicht eines Fahrzeuginsassen ist die Reflexionsschicht in Durchsicht durch die Innenscheibe räumlich vor der opaken Abdeckschicht angeordnet. Der Bereich der Verbundscheibe, in dem die Reflexionsschicht angeordnet ist, wirkt dadurch opak. Die Reflexionsschicht vor dem opaken Hintergrund ist vorzugsweise transparent, kann jedoch auch selbst opak sein. 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 zumindest die opake Abdeckschicht. Die opake Abdeckschicht kann auf einer oder mehreren Scheibenoberflächen aufgebracht sein. Ein Vorteil der Erfindung ist diesbezüglich, dass die Reflektionsschicht geeignet ist um auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe frei exponiert angebracht zu werden. Somit kann die Oberfläche, auf der die opake Abdeckschicht platziert werden soll frei nach Kundenwünschen ausgewählt werden. Im Gegensatz dazu könnte eine auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe oder der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe angebrachte Reflektionsschicht durch einen weiter in Richtung des Fahrzeuginnenraums liegenden Abdeckdruck verdeckt werden. Dies wird mittels des erfindungsgemäßen Aufbaus vermieden. Wenn die opake Abdeckschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet wird, so ist die Reflektionsschicht auf der der Innenscheibe abgewandten Oberfläche der opaken Abdeckschicht angebracht und wird somit in ihrer Funktion nicht von der Abdeckschicht beeinträchtigt. Die Reflexionsschicht kann dabei mittelbar oder unmittelbar, bevorzugt unmittelbar, auf der opaken Abdeckschicht aufgebracht sein. Bevorzugt ist die opake Abdeckschicht zumindest in dem Bereich verbreitert, der mit der Reflektionsschicht überlappt und in dem die Verbundscheibe zur Darstellung von Bildern genutzt wird. Dies bedeutet, dass die opake Abdeckschicht senkrecht zum nächstliegenden Abschnitt der umlaufenden Kante der Verbundscheibe betrachtet eine größere Breite aufweist als in anderen Abschnitten. Die opake Abdeckschicht kann auf diese Weise an die Abmessungen der Reflexionsschicht angepasst werden. Die opake Abdeckschicht ist bevorzugt im Randbereich der Verbundscheibe umlaufend entlang der umlaufenden Kante der Verbundscheibe ausgebildet, wobei die Breite der Abdeckschicht variiert.
Unter einer exponierten Oberfläche wird im Sinne der Erfindung eine Oberfläche verstanden, die zugänglich ist und direkten Kontakt zur umgebenden Atmosphäre hat. Sie kann auch als externe Oberfläche bezeichnet werden. Eine exponierte Oberfläche ist zu unterscheiden von internen Oberflächen einer Verbundscheibe, die über die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Ist die Scheibe als Verbundscheibe ausgebildet, so sind die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe und die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe (also des erfindungsgemäßen Substrats) exponiert.
Flächig übereinander angeordnet bedeutet, dass die Projektion einer ersten Schicht in die Ebene einer zweiten Schicht zumindest teilweise deckungsgleich mit der zweiten Schicht ist.
Vorzugsweise ist die Verbundscheibe eine Fahrzeug-Windschutzscheibe.
Die mindestens eine opake Abdeckschicht im Sinne der Erfindung ist eine Schicht, die die Durchsicht durch die Verbundscheibe verhindert. Dabei findet eine Transmission von höchstens 5 %, bevorzugt von höchstens 2 %, besonders bevorzugt von höchstens 1 %, insbesondere von höchstens 0,1 %, des Lichtes des sichtbaren Spektrums durch die opake Abdeckschicht statt.
Die Lichtquelle der Projektionsanordnung strahlt p-polarisiertes Licht aus und ist so in Nachbarschaft zur innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet, dass die Lichtquelle diese Oberfläche bestrahlt, wobei das Licht von der Reflektionsschicht der Verbundscheibe reflektiert wird. Bevorzugt reflektiert die Reflexionsschicht mindestens 5 %, bevorzugt mindestens 6 %, besonders bevorzugt mindestens 10 % des auf die Reflexionsschicht auftreffenden p-polarisierten Lichtes in einem Wellenlängenbereich von 450 nm bis 650 nm und Einstrahlwinkeln von 55° bis 75°. Dies ist vorteilhaft um eine möglichst große Helligkeit eines von der Lichtquelle ausgestrahlten und an der Reflektionsschicht reflektierten Bildes zu erreichen. Die Lichtquelle dient der Ausstrahlung eines Bildes, kann also auch als Anzeigevorrichtung oder Bildanzeigevorrichtung bezeichnet werden. Als Lichtquelle kann ein Projektor, ein Display oder auch eine andere dem Fachmann bekannte Vorrichtung verwendet werden. Bevorzugt ist die Lichtquelle ein Display, besonders bevorzugt ein LCD-Display, LED-Display, OLED-Display oder elektrolumineszentes Display, insbesondere ein LCD-Display. Displays weisen eine geringe Einbauhöhe auf und sind so einfach und platzsparend in das Armaturenbrett eines Fahrzeugs zu integrieren. Darüber hinaus sind Displays im Vergleich zu Projektoren wesentlich energiesparender zu betreiben. Die vergleichsweise geringere Helligkeit von Displays ist dabei in Kombination mit der erfindungsgemäßen Reflektionsschicht und der dahinterliegenden opaken Abdeckschicht völlig ausreichend. Die Strahlung der Lichtquelle trifft vorzugsweise mit einem Einfallswinkel von 55° bis 80° auf die Verbundscheibe, bevorzugt von 62° bis 77° auf die Verbundscheibe im Bereich der Reflexionsschicht. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Strahlung der Bildanzeigevorrichtung und der Flächennormale im geometrischen Zentrum der Reflexionsschicht.
Mit dem Begriff p-polarisiertes Licht ist Licht des sichtbaren Spektrums gemeint, das mehrheitlich eine p-Polarisation aufweist. Das p-polarisierte Licht hat vorzugsweise einen Lichtanteil mit p-Polarisation von mindestens 50 %, bevorzugt von mindestens 70 %, besonders bevorzugt von mindestens 90 % und insbesondere von etwa 100%. Die Betrachtung der Polarisationsrichtung erfolgt dabei bezogen auf die Einfallsebene der Strahlung auf der Verbundscheibe. Als p-polarisierte Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld in der Einfallsebene schwingt. Als s-polarisierte Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld senkrecht zur Einfallsebene schwingt. Die Einfallsebene wird durch den Einfallsvektor und die Flächennormale der Verbundscheibe im geometrischen Zentrum des bestrahlten Bereichs aufgespannt. Anders ausgedrückt die Polarisation, also insbesondere der Anteil an p- und s-polarisierter Strahlung, wird an einem Punkt des von der Lichtquelle bestrahlten Bereichs bestimmt, bevorzugt im geometrischen Zentrum des bestrahlten Bereichs. Da Verbundscheiben gekrümmt sein können (beispielweise, wenn sie als Windschutzscheibe ausgebildet sind), was Auswirkungen auf die Einfallsebene der Strahlung hat, können in den übrigen Bereichen leicht davon abweichende Polarisationsanteile auftreten, was aus physikalischen Gründen unvermeidlich ist.
Bevorzugt ist mindestens eine opake Abdeckschicht in einem Randbereich der Außenscheibe angeordnet. Eine solche Abdeckschicht dient vorzugsweise der Maskierung einer Verklebung der Verbundscheibe, beispielsweise als Windschutzscheibe in eine Fahrzeugkarosserie. Dadurch wird ein harmonischer Gesamteindruck der Verbundscheibe im Einbauzustand erzielt. Des Weiteren dient der opake Abdeckdruck als UV-Schutz für das verwendete Klebematerial.
Eine auf der Außenscheibe befindliche opake Abdeckschicht wird bevorzugt auf die Außenscheibe aufgedruckt, insbesondere im Siebdruckverfahren. Siebdruckverfahren zur Aufbringung opaker Abdeckschichten auf Scheiben sind als solche bekannt. Derartige aufgedruckte Abdeckschichten werden auch als Siebdruck, Schwarzdruck oder black print bezeichnet und enthalten ein opakes Pigment, beispielsweise ein Schwarzpigment. Bekannte Schwarzpigmente sind beispielsweise Pigmentruß (Carbon Black), Anilinschwarz, Beinschwarz, Eisenoxidschwarz, Spinellschwarz sowie Graphit. Eine im Siebdruckverfahren aufgedruckte opake Abdeckschicht wird vorzugsweise einer Temperaturbehandlung unterzogen um diese dauerhaft mit der Glasoberfläche zu verbinden. Die Temperaturbehandlung wird typischerweise bei Temperaturen im Bereich von 450°C bis 700°C durchgeführt. Ist die Außenscheibe gebogen, so kann die Temperaturbehandlung eines darauf aufzubringenden Siebdrucks auch beim Biegen der Scheibe erfolgen.
Die opake Abdeckschicht auf der Außenscheibe kann auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und/oder auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht sein. Dabei ist die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe insofern bevorzugt, dass der opake Abdeckdruck vor Witterungseinflüssen geschützt ist. Besonders bevorzugt ist mindestens eine opake Abdeckschicht in Form eines opaken Abdeckdrucks auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und/oder der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet. Ein auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebrachter opaker Abdeckdruck kaschiert auch den Blick aus dem Fahrzeuginneren durch die Verbundscheibe nach draußen. Dabei können beispielsweise in der Verbundscheibe einlaminierte Komponenten, wie elektrische Anschlüsse, kaschiert werden. Auch kundenseitig besteht der Wunsch die Position des Abdeckdrucks frei wählen zu können und diesen bei Bedarf auch auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe anbringen zu können. Die auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe unmittelbar angrenzend an die Umgebung angeordnete Reflektionsschicht ermöglicht dabei, im Gegensatz zu Schichten, die nur für eine innenliegende Verwendung in der Verbundscheibe geeignet sind, eine Kombination mit Abdeckschichten auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Eine innenliegend, also auf Seite II oder Seite III, aufgebrachte Reflektionsschicht würde hingegen von einer auf Seite IV angebrachten Abdeckschicht verdeckt. Die Reflektionsschicht ist auf einen Teilbereich der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht. Die Reflektionsschicht ist bevorzugt in unmittelbarem Kontakt mit der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe (Seite IV) oder einer auf dieser Scheibenoberfläche aufgetragenen opaken Abdeckschicht. Die Reflektionsschicht ist dabei mindestens in einem Bereich auf der Seite IV der Verbundscheibe angeordnet, der in Durchsicht durch die Verbundscheibe in Überlappung mit der opaken Abdeckschicht ist. Das bedeutet, dass das p-polarisierte Licht, das von der Lichtquelle auf die Reflexionsschicht projiziert wird, in dem Bereich auf die Verbundscheibe trifft, in dem die opake Abdeckschicht liegt. Dadurch wird ein hoher Kontrast der Darstellung erreicht.
Die Reflektionsschicht umfasst in dieser Reihenfolge ausgehend von der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe mindestens eine optisch hochbrechende Schicht und eine optisch niedrig brechende Schicht. Dies bedeutet, dass mindestens eine optisch niedrigbrechende Schicht in einem größeren Abstand zur innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet ist als eine optisch hochbrechende Schicht. Umgekehrt ist mindestens eine optisch hochbrechende Schicht in geringerem Abstand zur innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet als eine optisch niedrigbrechende Schicht. Die Schichten der Reflektionsschicht sind flächig übereinander auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet.
Die hochbrechende Schicht weist bevorzugt einen Brechungsindex von mindestens 1 ,8 auf, besonders bevorzugt mindestens 1 ,9, ganz besonders bevorzugt mindestens 2,0. Die Erhöhung des Brechungsindexes führt eine hochbrechende Wirkung herbei. Die hochbrechende Schicht kann auch als reflexionssteigernde Schicht bezeichnet werden, da sie typischerweise die Gesamtreflektivität der beschichteten Oberfläche erhöht. Die genannten Brechungsindices führen zu besonders guten Ergebnissen. Der Brechungsindex beträgt bevorzugt höchstens 2,5 - eine weitere Erhöhung des Brechungsindex würde keine weitere Verbesserung hinsichtlich der p-polarisierten Strahlung bringen, aber die Gesamtreflektivität steigern.
Brechungsindizes sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich bezogen auf eine Wellenlänge von 550 nm angegeben. Methoden zur Bestimmung von Brechungsindizes sind dem Fachmann bekannt. Die im Rahmen der Erfindung angegebenen Brechungsindizes sind beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmbar, wobei kommerziell erhältliche Ellipsometer eingesetzt werden können. Die Angabe von Schichtdicken oder Dicken bezieht sich, sofern nicht anders angegeben, auf die geometrische Dicke einer Schicht. Geeignete Materialien für die hochbrechende Schicht sind Siliziumnitrid (Sisl^ ) , ein Silizium- Metall-Mischnitrid (beispielsweise Siliziumzirkoniumnitrid (SiZrN), Silizium-Aluminium- Mischnitrid, Silizium-Hafnium-Mischnitrid oder Silizium-Titan-Mischnitrid), Aluminiumnitrid, Zinnoxid, Nioboxid, Wismutoxid, Titanoxid, Zinn-Zink-Mischoxid und Zirkoniumoxid. Darüber hinaus können auch Übergangsmetalloxide (wie Scandiumoxid, Yttriumoxid, Tantaloxid) oder Lanthanoidoxide (wie Lanthanoxid oder Ceroxid) eingesetzt werden. Die hochbrechende Schicht enthält bevorzugt eines oder mehrere dieser Materialien oder ist auf deren Basis ausgebildet.
Die hochbrechende Schicht kann durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, also eine PVD- oder CVD-Verfahren (PVD: physical vapour deposition, CVD: chemical vapour deposition) aufgebracht werden. Geeignete Materialien, auf deren Basis die Beschichtung bevorzugt ausgebildet ist, sind insbesondere Siliziumnitrid, ein Silizium-Metall-Mischnitrid (beispielsweise Siliziumzirkoniumnitrid, Silizium-Aluminium- Mischnitrid, Silizium-Hafnium-Mischnitrid oder Silizium-Titan-Mischnitrid), Aluminiumnitrid, Zinnoxid, Nioboxid, Wismutoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, oder Zinn-Zink-Mischoxid. Bevorzugt ist die hochbrechende Schicht eine durch Kathodenzerstäubung aufgebrachte („aufgesputterte“) Beschichtung, insbesondere eine durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung aufgebrachte („magnetron-aufgesputterte“) Beschichtung.
Besonders bevorzugt ist die hochbrechende Schicht eine Sol-Gel-Beschichtung. Vorteile des Sol-Gel-Verfahrens als nasschemisches Verfahren ist eine hohe Flexibilität, die es beispielsweise auf einfache Weise erlaubt, nur Teile der Scheibenoberfläche mit der Beschichtung zu versehen, und geringe Kosten im Vergleich zu Gasphasenabscheidungen wie der Kathodenzerstäubung. Die als Sol-Gel-Beschichtung aufgebrachte hochbrechende Schicht enthält bevorzugt Titanoxid oder Zirkoniumoxid, besonders bevorzugt Titanoxid, um den erfindungsgemäßen Brechungsindex zu erreichen. Schichten umfassend Titandioxid, die mittels PVD-Verfahren abgeschieden werden, unterliegen bei thermischer Behandlung der Scheibe größeren Kristallinitätsänderungen. Eine als Sol-Gel-Beschichtung aufgebrachte hochbrechende Schicht umfassend Titanoxid ist zumindest teilamorph und weist diesen Nachteil nicht auf. Die chemische Umwandlung des Sol-Gels ist dabei hilfreich um Probleme bei Temperaturbehandlungen zu vermeiden.
Beim Sol-Gel-Verfahren wird zunächst ein Sol, welches die Präkursoren der Beschichtung enthält bereitgestellt und gereift. Die Reifung kann eine Hydrolyse der Präkursoren beinhalten und/oder eine (partielle) Reaktion zwischen den Präkursoren. Die Präkursoren liegen üblicherweise in einem Lösungsmittel vor, bevorzugt Wasser, Alkohol (insbesondere Ethanol) oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch.
In einer Ausgestaltung wird die Sol-Gelbeschichtung auf Basis von Titanoxid oder Zirkoniumoxid ausgebildet. Dabei enthält das Sol Titanoxid- oderZirkoniumoxid- Präkursoren.
Das Sol wird auf die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe mittelbar oder unmittelbar aufgebracht, insbesondere durch nasschemische Verfahren, beispielsweise durch Tauchbeschichtung (dip coating), Schleuderbeschichtung (spin coating), Flutbeschichtung (flow coating), durch Aufträgen mittels Rollen oder Pinseln oder durch Sprühbeschichtung (spray coating), oder durch Druckverfahren, beispielsweise durch Tampondruck (pad printing) oder Siebdruck (screen printing). Im Anschluss kann eine Trocknung erfolgen, wobei Lösungsmittel verdampft wird. Diese Trocknung kann bei Umgebungstemperatur oder durch gesonderte Beheizung erfolgen (beispielsweise mit einer Temperatur bis zu 120 °C). Vor dem Aufbringen der Schicht auf das Substrat wird die Oberfläche typischerweise gereinigt durch an sich bekannte Verfahren.
Anschließend wird das Sol kondensiert. Die Kondensation kann eine Temperaturbehandlung umfassen, die als separate Temperaturbehandlung bei beispielsweise bis zu 500°C durchgeführt werden kann oder im Rahmen eines Glasbiegeprozesses, typischerweise bei Temperaturen von 600 °C bis 700°C. Weisen die Präkursoren UV-vernetzbare funktionelle Gruppen auf (beispielsweise Methacrylat-, Vinyl- oder Acrylatgruppe), so kann die Kondensation eine UV-Behandlung umfassen. Die Kondensation kann alternativ bei geeigneten Präkursoren (beispielsweise Silikate) eine IR-Behandlung umfassen. Optional kann Lösungsmittel verdampft werden, beispielsweise bei einer Temperatur von bis zu 120 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Brechungsindex der optisch niedrigbrechenden Schicht höchstens 1 ,6, bevorzugt höchstens 1 ,5, besonders bevorzugt höchstens 1 ,4, beispielsweise 1 ,25 bis 1 ,35. Diese Werte haben sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Reflektionseigenschaften der Scheibe erwiesen.
Die niedrigbrechende Schicht ist bevorzugt auf Basis von nanoporösem Siliziumoxid ausgebildet. Die Reflektionseigenschaften der Schicht werden einerseits durch den Brechungsindex und andererseits durch die Dicke der niedrigbrechenden Schicht bestimmt. Der Brechungsindex hängt wiederum von der Porengröße und die Dichte der Poren ab. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Poren derart abgemessen und verteilt, dass der Brechungsindex von 1 ,2 bis 1 ,4, besonders bevorzugt von 1 ,25 bis 1 ,35 beträgt. Ein Brechungsindex in diesen Bereichen ist besonders vorteilhaft um ein homogenes Reflektionsspektrum im Bereich von Einstrahlwinkeln um 65° sowie um 75° zu erreichen. Die Dicke der niedrigbrechenden Schicht beträgt bevorzugt von 30 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt von 50 nm bis 150 nm. Damit werden gute Eigenschaften erreicht.
Das Siliziumoxid kann dotiert sein, beispielsweise mit Aluminium, Zirkonium, Titan, Bor, Zinn oder Zink. Durch Dotierungen können insbesondere die optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Beschichtung angepasst werden.
Die niedrigbrechende Schicht umfasst bevorzugt nur eine homogene Schicht aus nanoporösem Siliziumoxid. Es ist aber auch möglich, die niedrigbrechende Schicht aus mehreren Schichten von nanoporösem Siliziumoxid auszubilden, die sich beispielsweise hinsichtlich der Porosität (Größe und/oder Dichte der Poren) unterscheiden. So kann gleichsam ein Verlauf von Brechungsindizes erzeugt werden.
Die Poren sind insbesondere geschlossene Nanoporen, können aber auch offene Poren sein. Unter Nanoporen werden Poren verstanden, die Größen im Nanometerbereich aufweisen, also von 1 nm bis weniger als 1000 nm (1 pm). Die Poren weisen bevorzugt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf (sphärische Poren), können aber auch andere Querschnitte aufweisen, beispielsweise einen elliptischen, ovalen oder elongierten Querschnitt (ellipsoide oder ovoide Poren). Bevorzugt weisen mindestens 80% aller Poren im Wesentlichen die gleiche Querschnittsform auf. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Porengröße mindestens 20 nm oder sogar mindestens 40 nm beträgt. Die durchschnittliche Größe der Poren beträgt bevorzugt von 1 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt von 1 nm bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt von 20 nm bis 80 nm. Unter der Größe der Poren wird bei kreisförmigen Poren der Durchmesser verstanden, bei Poren anderer Gestalt die größte Längenausdehnung. Bevorzugt weisen mindestens 80% aller Poren Größen in den angegebenen Bereichen auf, besonders bevorzugt liegen die Größen sämtlicher Poren in den angegebenen Bereichen. Der Anteil an Porenvolumen am Gesamtvolumen liegt bevorzugt zwischen 10% und 90%, besonders bevorzugt unter 80%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 60 %. Auch die niedrigbrechende Schicht ist bevorzugt eine Sol-Gel-Beschichtung. Sie wird in einem Sol-Gel-Prozess auf der hochbrechenden Schicht abgeschieden. Zunächst wird ein Sol, welches die Präkursoren der Beschichtung enthält, bereitgestellt und gereift. Die Reifung kann eine Hydrolyse der Präkursoren beinhalten und/oder eine (partielle) Reaktion zwischen den Präkursoren. Dieses Sol wird im Sinne der Erfindung als Präkursoren-Sol bezeichnet und enthält Siliziumoxid-Präkursoren in einem Lösungsmittel. Die Präkursoren sind bevorzugt Silane, insbesondere Tetraethoxy-Silane oder Methyltriethoxysilan (MTEOS). Alternativ können aber auch Silikate als Präkursoren eingesetzt werden, insbesondere Natrium-, Lithium- oder Kaliumsilikate, beispielsweise Tetramethylorthosilikat, Tetraethylorthosilikat (TEOS), Tetraisopropylorthosilikat, oder Organosilane der allgemeinen Form R2 nSi(OR1)4-n. Dabei ist bevorzugt R1 eine Alkylgruppe, R2 eine Alkyl-, Epoxy-, Acrylat-, Methacrylat-, Amin- , Phenyl- oder Vinylgruppe, und n eine ganze Zahl von 0 bis 2. Es können auch Siliziumhalogenide oder -alkoxide eingesetzt werden. Das Lösungsmittel ist bevorzugt Wasser, Alkohol (insbesondere Ethanol) oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch.
Das Präkursoren-Sol wird dann mit einem Porenformer vermischt, der ein einer wässrigen Phase dispergiert ist. Aufgabe des Porenformers ist es, gleichsam als Platzhalter bei der Erzeugung der niedrigbrechenden Schicht die Poren in der Siliziumoxidmatrix zu erzeugen. Durch Form, Größe und Konzentration des Porenformers werden Form, Größe und Dichte der Poren bestimmt. Durch den Porenformer können Porengröße, Porenverteilung und Porendichte gezielt gesteuert werden und es werden reproduzierbare Ergebnisse sichergestellt. Als Porenformer können beispielsweise Polymer-Nanopartikel eingesetzt werden, bevorzugt PMMA-Nanopartikel (Polymethylmethacrylat), alternativ aber auch Nanopartikel aus Polycarbonaten, Polyestern oder Polystyrolen, oder Copolymeren aus Methyl(meth)acrylaten und (Meth)acrylsäure. Anstatt Polymer-Nanopartikeln können auch Nanotropfen eines Öls in Form einer Nanoemulsion verwendet werden. Natürlich ist es auch denkbar, verschiedene Porenformer einzusetzen.
Die so erhaltene Lösung wird auf die hochbrechende Schicht an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht. Dies erfolgt sinnvollerweise durch nasschemische Verfahren, beispielsweise mittels der für die Abscheidung der hochbrechenden Shcicht genannten.
Anschließend wird das Sol kondensiert. Dabei bildet sich die Siliziumoxid-Matrix um die Porenformer aus. Die Kondensation kann eine Temperaturbehandlung umfassen, beispielsweise bei einer Temperatur von beispielsweise bis zu 350 °C. Weisen die Präkursoren UV-vernetzbare funktionelle Gruppen auf (beispielsweise Methacrylat-, Vinyloder Acrylatgruppe), so kann die Kondensation eine UV-Behandlung umfassen. Die Kondensation kann alternativ bei geeigneten Präkursoren (beispielsweise Silikate) eine IR- Behandlung umfassen. Optional kann Lösungsmittel bei einer Temperatur von bis zu 120 °C verdampft werden.
Dann wird der Porenformer optional wieder entfernt. Dazu wird das beschichtete Substrat bevorzugt einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 400 °C unterzogen, bevorzugt mindestens 500 °C, wobei sich die Porenformer zersetzen. Organische Porenformer werden dabei insbesondere verkohlt (karbonisiert). Die Hitzebehandlung kann im Rahmen eines Biegeprozesses oder thermischen Vorspannprozesses erfolgen. Die Hitzebehandlung wird bevorzugt über einen Zeitraum von höchstens 15 min durchgeführt, besonders bevorzugt höchstens 5 min. Neben der Entfernung der Porenformer kann die Hitzebehandlung auch dazu dienen, die Kondensation zu komplettieren und die Beschichtung dadurch zu verdichten, was ihre mechanischen Eigenschaften verbessert, insbesondere ihre Stabilität.
Statt mittels der Hitzebehandlung kann der Porenformer auch durch Lösungsmittel aus der Beschichtung herausgelöst werden. Im Falle von Polymer-Nanopartikeln muss das entsprechende Polymer in dem Lösungsmittel löslich sein, beispielweise kann im Falle von PMMA-Nanopartikeln Tetrahydrofuran (THF) verwendet werden.
Das Entfernen des Porenformers ist bevorzugt, wodurch leere Poren erzeugt werden. Prinzipiell ist es aber auch möglich, den Porenformer in den Poren zu belassen. Sofern er einen anderen Brechungsindex aufweist als das Siliziumoxid, wird dieser dadurch beeinflusst. Die Poren sind dann mit dem Porenformer gefüllt, beispielsweise mit PMMA-Nanopartikeln. Es können auch hohle Partikel als Porenformer verwendet werden, beispielsweise hohle Polymernanopartikel wie PMMA-Nanopartikel oder hohle Siliziumoxid-Nanopartikel. Wird ein solcher Porenformer in den Poren belassen und nicht entfernt, so weisen die Poren einen hohlen Kern und einen mit dem Porenformer gefüllten Randbereich auf.
Das beschriebene Sol-Gel-Verfahren ermöglicht die Herstellung einer niedrigbrechenden Schicht mit einer regelmäßigen, homogenen Verteilung der Poren. Die Porenform, -große und -dichte können gezielt eingestellt werden und die niedrigbrechende Schicht weist eine geringe Tortuosität auf. Die Reflektionsschicht umfasst mindestens eine hochbrechende Schicht und mindestens eine niedrigbrechende Schicht. Demnach können auch mehrere hochbrechende Schichten und niedrigbrechende Schichten aufgebracht werden, wobei diese bevorzugt alternierend zueinander aufgebracht sind. Bei einer alternierenden Schichtenabfolge sind die an eine niedrigbrechende Schicht grenzenden Schichten hochbrechend und die an eine hochbrechende Schicht grenzenden Schichten niedrigbrechend. Der Schichtstapel hochbrechender Schichten und niedrigbrechender Schichten beginnt, ausgehend von der Innenscheibe betrachtet, vorzugsweise mit einer hochbrechenden Schicht. Die die exponierte Oberfläche der Reflektionsschicht, mit der der Schichtstapel abschließt, kann in diesem Fall wahlweise von einer hochbrechenden Schicht oder einer niedrigbrechenden Schicht gebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Reflektionsschicht genau eine niedrigbrechende Schicht und genau eine hochbrechende Schicht, wobei die hochbrechende Schicht einen geringeren Abstand zur Innenscheibe aufweist als die niedrigbrechende Schicht. Die hochbrechende Schicht ist demnach die der Innenscheibe näher liegende Schicht der Reflektionsbeschichtung, während die niedrigbrechende Schicht den Schichtstapel abschließt und die zur Umgebung exponierte Oberfläche der Reflektionsbeschichtung ist. Die niedrigbrechende Schicht ist somit, bezogen auf die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe, oberhalb der hochbrechenden Schicht angeordnet. Bevorzugt ist die niedrigbrechende Schicht unmittelbar auf der hochbrechenden Schicht abgeschieden, das heißt es sind keine weiteren Schichten zwischen der hochbrechenden Schicht und der niedrigbrechenden Schicht angeordnet. Besonders bevorzugt besteht die Reflektionsbeschichtung aus genau einer einzelnen hochbrechenden Schicht und genau einer einzelnen niedrigbrechenden Schicht und weist keine weiteren Schichten unterhalb oder oberhalb dieser Schicht auf. Die Erfinder haben festgestellt, dass erstaunlicherweise eine Reflektionsbeschichtung umfassend genau eine niedrigbrechende Schicht und genau eine hochbrechende Schicht ein verbessertes Reflektionsverhalten für p- polarisiertes Licht aufweist, wobei insbesondere eine geringere Winkelabhängigkeit festgestellt werden kann.
Bevorzugt weisen die hochbrechenden Schichten eine Schichtdicke von jeweils 30 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt von 30 nm bis 100 nm, insbesondere von 40 nm bis 70 nm auf. Die niedrigbrechenden Schichten weisen bevorzugt jeweils eine Schichtdicke von 100 nm bis 300 nm, besonders bevorzugt von 150 nm bis 250 nm, insbesondere von 165 nm bis 220 nm auf. Innerhalb dieser Schichtdickenbereiche kann eine besonders vorteilhafte Reflektion von p-polarisiertem Licht über einen großen Winkelbereich erreicht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Reflektionsbeschichtung genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht umfasst und die Schichtdicken innerhalb der jeweils genannten Bereiche liegen.
Um eine möglichst farbneutrale Darstellung des im Bereich der Reflektionsschicht erzeugten Bildes zu erreichen, sollte das Reflexionsspektrum gegenüber p-polarisierter Strahlung möglichst glatt sein und keine ausgeprägten lokalen Minima und Maxima ausweisen. Vorzugsweise sollte im Spektralbereich von 450 nm bis 650 nm die Differenz zwischen dem maximal auftretenden Reflexionsgrad und dem Mittelwert des Reflexionsgrades sowie die Differenz zwischen dem minimal auftretenden Reflexionsgrad und dem Mittelwert des Reflexionsgrades höchstens 3 % betragen, besonders bevorzugt höchstens 2 %. Die abgegebene Differenz ist als absolute Abweichung des Reflexionsgrades (angegeben in %) zu verstehen, nicht als prozentuale Abweichung relativ zum Mittelwert. Als Maß für die Glätte des Reflexionsspektrums kann alternativ die Standardabweichung im Spektralbereich von 450 nm bis 650 nm herangezogen werden. Diesbezüglich hat sich eine Reflektionsschicht umfassend genau eine hochbrechende Schicht und genau eine niedrigbrechende Schicht als vorteilhaft erwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe eine HUD- Schicht angeordnet. Das Prinzip eines Head-Up-Displays (HUD) und die hier verwendeten Fachbegriffe aus dem Bereich der HUDs sind dem Fachmann allgemein bekannt. Für eine ausführliche Darstellung sei auf die Dissertation „Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-Up Displays“ von Alexander Neumann am Institut für Informatik der Technischen Universität München (München: Universitätsbibliothek der TU München, 2012) verwiesen, insbesondere auf Kapitel 2 „Das Head-Up Display“. Die HUD-Schicht ist zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet, wobei „zwischen“ sowohl innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht bedeuten kann als auch in direktem räumlichen Kontakt auf der Innenseite der Außenscheibe und auf der Außenseite der Innenscheibe. Die HUD- Schicht ist zum Reflektieren von p-polarisiertem Licht geeignet ausgebildet. Die HUD-Schicht ist eine Reflektionsbeschichtung, die großflächig in der Verbundscheibe eingebracht ist, wobei der Bereich, in dem sich die HUD-Beschichtung befindet auch als HUD-Bereich bezeichnet wird. Zur Nutzung der Verbundscheibe als Head-Up-Display wird ein Projektor auf den HUD- Bereich der Verbundscheibe gerichtet. Die Strahlung des Projektors ist bevorzugt überwiegend p-polarisiert. Die HUD-Schicht ist geeignet, p-polarisierte Strahlung zu reflektieren. Dadurch wird aus der Projektorstrahlung ein virtuelles Bild erzeugt, welches der Fahrer eines Fahrzeugs von ihm aus gesehen hinter der Verbundscheibe wahrnehmen kann. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung ist besonders geeignet zur Kombination mit einer HUD-Schicht. Die auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe vorgesehene Reflektionsschicht sowie die in diesem Bereich angebrachte opake Abdeckschicht sind nur lokal auf den Randbereich der Verbundscheibe begrenzt und beeinflussen so die im Durchsichtbereich der Verbundscheibe angebrachte HUD-Schicht nicht. Dadurch, dass die Reflektionsschicht an einer exponierten Oberfläche der Verbundscheibe positioniert ist, kann die HUD-Schicht unabhängig von dieser an einer der internen Oberflächen der Verbundscheibe angebracht werden und ist dort vor Umwelteinflüssen geschützt.
Die HUD-Schicht umfasst vorzugsweise mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Zinn, Titan, Kupfer, Chrom, Cobalt, Eisen, Mangan, Zirkonium, Cer, Yttrium, Silber, Gold, Platin und Palladium, oder Mischungen davon.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die HUD-Schicht eine Beschichtung enthaltend einen Dünnschichtstapel, also eine Schichtenfolge dünner Einzelschichten. Dieser Dünnschichtstapel enthält eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten auf Basis von Silber. Die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber verleiht der Reflexionsbeschichtung die grundlegenden reflektierenden Eigenschaften und außerdem eine IR-reflektierende Wirkung und eine elektrische Leitfähigkeit. Die elektrisch leitfähige Schicht ist auf Basis von Silber ausgebildet. 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. Materialen auf der Basis von Silber sind besonders geeignet, um p-polarisiertes Licht zu reflektieren. Die Verwendung von Silber hat sich als besonders vorteilhaft bei der Reflexion von p-polarisiertem Licht erwiesen. Die Beschichtung weist eine Dicke von 5 nm bis 50 nm und bevorzugt von 8 nm bis 25 nm auf.
Ist die HUD-Schicht als eine Beschichtung ausgebildet so wird sie bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), besonders bevorzugt durch Kathodenzerstäubung („Sputtern“) und ganz besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetron-Sputtern“) auf die Innenscheibe oder Außenscheibe aufgebracht wird. Grundsätzlich kann die Beschichtung aber auch beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), beispielsweise plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD), durch Aufdampfen oder durch Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) aufgebracht werden. Die Beschichtung wird vor der Lamination auf die Scheiben aufgebracht.
Die HUD-Schicht kann auch als eine reflektierende Folie ausgebildet sein, die p-polarisiertes Licht reflektiert. Die HUD-Schicht kann eine Trägerfolie mit einer reflektierenden Beschichtung sein oder eine reflektierende Polymerfolie. Die reflektierende Beschichtung umfasst bevorzugt mindestens eine Schicht auf Basis eines Metalls und/oder eine dielektrische Schichtabfolge mit alternierenden Brechungsindizes. Die Schicht auf Basis eines Metalls enthält bevorzugt Silber und/oder Aluminium, oder besteht daraus. Die dielektrischen Schichten können beispielsweise auf Basis von Siliziumnitrid, Zinkoxid, Zinn-Zink-Oxid, Silizium-Metall- Mischnitriden wie Silizium-Zirkonium-Nitrid, Zirkoniumoxid, Nioboxid, Hafniumoxid, Tantaloxid oder Siliziumkarbid ausgebildet sein. Die genannten Oxide und Nitride können stöchiometrisch, unterstöchiometrisch oder überstöchiometrisch abgeschieden sein. Sie können Dotierungen aufweisen, beispielsweise Aluminium, Zirkonium, Titan oder Bor. Die reflektierende Polymerfolie umfasst bevorzugt dielektrische Polymerschichten oder besteht daraus. Die dielektrischen Polymerschichten enthalten bevorzugt PET. Ist die HUD-Schicht als eine reflektierende Folie ausgebildet, ist sie bevorzugt von 30 pm bis 300 pm, besonders bevorzugt von 50 pm bis 200 pm und insbesondere von 100 pm bis 150 pm dick.
Handelt es sich um eine beschichtete, reflektierende Folie können zur Herstellung ebenfalls die Beschichtungsverfahren CVD oder PVD angewendet werden.
Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die HUD-Schicht als reflektierende Folie ausgebildet und innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass die HUD-Schicht nicht mittels Dünnschichttechnologie (beispielsweise CVD und PVD) auf der Außenscheibe oder Innenscheibe aufgebracht werden muss. Hieraus ergeben sich Verwendungen der HUD-Schicht mit weiteren vorteilhaften Funktionen wie eine homogenere Reflexion des p-polarisierten Lichtes an der HUD-Schicht. Außerdem kann die Herstellung der Verbundscheibe vereinfacht werden, da die HUD-Schicht nicht vor der Laminierung über ein zusätzliches Verfahren auf der Außen- oder Innenscheibe angeordnet werden muss.
Die Verbundscheibe der Projektionsanordnung ist vorzugsweise eine Windschutzscheibe. Die optional vorhandene HUD-Schicht liegt dabei im Durchsichtbereich der Verbundscheibe. Die Gesamttransmission durch die Verbundscheibe beträgt in einer Ausgestaltung als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs mindestens 70%, bezogen auf die 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.
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.
Die Außenscheibe und Innenscheibe enthalten oder bestehen bevorzugt aus Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, Alumino- Silikat-Glas, oder klaren Kunststoffen, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
Die Außenscheibe und Innenscheibe können weitere geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen oder Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E-Beschichtungen.
Die Dicke der einzelnen Scheiben (Außenscheibe und Innenscheibe) kann breit variieren und den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Scheiben mit den Standardstärken von 0,5 mm bis 5 mm und bevorzugt von 1 ,0 mm bis 2,5 mm verwendet. Die Größe der Scheiben kann breit variieren und richtet sich nach der Verwendung.
Die Verbundscheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise haben die Außenscheibe und Innenscheibe keine Schattenzonen, so dass sie beispielsweise durch Kathodenzerstäubung beschichtet werden können. Bevorzugt sind die Außenscheibe und Innenscheibe plan oder leicht oder stark in eine Richtung oder in mehrere Richtungen des Raumes gebogen.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält oder besteht aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyurethan (PU) oder Copolymere oder Derivate davon, gegebenenfalls in Kombination mit Polyethylenterephthalat (PET). Die thermoplastische Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharz, Acrylat, fluorinierte Ethylen-Propylen, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder ein Copolymer oder Gemisch davon enthalten.
Die thermoplastische Zwischenschicht ist bevorzugt als mindestens eine thermoplastische Verbundfolie ausgebildet und enthält oder besteht aus Polyvinylbutyral (PVB), besonders bevorzugt aus Polyvinylbutyral (PVB) und dem Fachmann bekannte Additive wie beispielsweise Weichmacher. Bevorzugt enthält die thermoplastische Zwischenschicht mindestens einen Weichmacher.
Weichmacher sind chemische Verbindungen, die Kunststoffe weicher, flexibler, geschmeidiger und/oder elastischer machen. Sie verschieben den thermoelastischen Bereich von Kunststoffen hin zu niedrigeren Temperaturen, so dass die Kunststoffe im Bereich der Einsatz-Temperatur die gewünschten elastischeren Eigenschaften aufweisen. Bevorzugte Weichmacher sind Carbonsäureester, insbesondere schwerflüchtige Carbonsäureester, Fette, Öle, Weichharze und Campher. Weitere Weichmacher sind bevorzugt aliphatische Diester des Tri- bzw. Tetraethylenglykole. Besonders bevorzugt werden als Weichmacher 3G7, 3G8 oder 4G7 eingesetzt, wobei die erste Ziffer die Anzahl der Ethlenglykoleinheiten und die letzte Ziffer die Anzahl der Kohlenstoffatome im Carbonsäureteil der Verbindung bezeichnet. So steht 3G8 für Triethylenglykol-bis-(2-ethylhexanoat), d.h. für eine Verbindung der Formel C4H9CH (CH2CH3) CO (OCH2CH2)3O2CCH (CH2CH3) C4H9.
Bevorzugt enthält die thermoplastische Zwischenschicht auf Basis von PVB mindestens 3 Gew.-%, bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 30 Gew.-% und insbesondere mindestens 35 Gew.-% eines Weichmachers. Der Weichmacher enthält oder besteht beispielsweise aus Triethylenglykol- bis-(2-ethylhexanoat). Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine oder mehrere übereinander angeordnete thermoplastische Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht bevorzugt von 0,25 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch eine funktionale thermoplastische Zwischenschicht sein, insbesondere eine Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine Infrarotstrahlung reflektierende Zwischenschicht, eine Infrarotstrahlung absorbierende Zwischenschicht und/oder eine UV-Strahlung absorbierende Zwischenschicht. So kann die thermoplastische Zwischenschicht beispielsweise auch eine Bandfilterfolie sein, die schmale Bänder des sichtbaren Lichts ausblendet.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte:
(a) Bereitstellen einer Außenscheibe, einer Innenscheibe und einer thermoplastischen Zwischenschicht,
(b) Aufbringen mindestens einer opaken Abdeckschicht in zumindest einem zweiten Teilbereich der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe, der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe, der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe und/oder auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe,
(c) Zusammenlegen der Innenscheibe, der thermoplastischen Zwischenschicht und der Außenscheibe in dieser Reihenfolge zu einem Schichtstapel,
(d) Laminieren des Schichtstapels zu einer Verbundscheibe,
(e) Aufträgen einer Reflektionsschicht auf zumindest einem ersten Teilbereich der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe, wobei der erste Teilbereich zumindest teilweise überlappend mit dem zweiten Teilbereich verläuft und wobei die aufgetragene Reflektionsschicht als exponierte Schicht an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe liegt,
(f) Ausrichten einer Lichtquelle für p-polarisiertes Licht auf die Verbundscheibe, so dass das p-polarisierte Licht auf die Reflektionsschicht fallen kann.
Schritt e) des Verfahrens erfolgt wahlweise vor, während oder nach den Schritten a) bis d). Ist allerdings mindestens eine opake Abdeckschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebracht, so wird die Reflektionsschicht erst nach dem Aufbringen dieser opaken Abdeckschicht aufgebracht. Die Reflexionsschicht reflektiert das p-polarisierte Licht. Das p-polarisierte Licht verlässt die Verbundscheibe auf der Innenseite der Innenscheibe.
Die Laminierung des Schichtstapels erfolgt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck, wobei die einzelnen Schichten durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden (laminiert) werden. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklav-Verfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130 °C bis 145 °C. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Verbundscheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundscheiben bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die Außenscheibe und die Innenscheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden können.
Verfahren zum Aufbringen der Reflektionsschicht wurden bereits bei Beschreibung der Reflektionsschicht selbst erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor, während oder nach einem der Schritte a) und b) eine HUD-Schicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe und/oder der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgetragen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die HUD-Schicht Bestandteil der thermoplastischen Zwischenschicht und wird mit dieser in die Verbundscheibe eingebracht. Verfahren zur Aufbringung einer HUD-Schicht wurden bereits bei Beschreibung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung erläutert.
Die bei Beschreibung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung erläuterten Verfahrensmerkmale gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Bevorzugt ist die Verwendung der Verbundscheibe als Fahrzeug-Windschutzscheibe.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Verbundscheibe von Fig. 1 ,
Figuren 3-5 verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung im Ausschnitt Z entlang der Schnittlinie AA‘ gemäß Figur 2,
Figur 6 eine Ansicht der Innenscheibe der Verbundscheibe gemäß Figur 1 mit Reflektionsbeschichtung im Querschnitt entlang der Schnittlinie AA‘,
Figur 7a ein Reflexionsspektrum einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Beispiel 1 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 65°,
Figur 7b ein Reflexionsspektrum einer Verbundscheibe gemäß Beispiel 1 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 75°,
Figur 8a ein Reflexionsspektrum einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Beispiel 2 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 65°, Figur 8b ein Reflexionsspektrum einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Beispiel 2 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 75°,
Figur 9a ein Reflexionsspektrum einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Beispiel 3 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 65°,
Figur 9b ein Reflexionsspektrum einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Beispiel 3 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 75°,
Figur 10a ein Reflexionsspektrum einer nicht erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Vergleichsbeispiel 4 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 65°,
Figur 10b ein Reflexionsspektrum einer nicht erfindungsgemäßen Verbundscheibe gemäß Vergleichsbeispiel 4 aus Tabelle 1 gegenüber p-polarisierter Strahlung unter 75°.
Figur 1 zeigt eine Querschnittansicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100 im Einbauzustand in einem Fahrzeug in Form einer schematischen Darstellung. Eine Draufsicht der Verbundscheibe 10 der Projektionsanordnung 100 ist in Figur 2 gezeigt. Die Querschnittansicht von Figur 1 entspricht der Schnittlinie A-A der Verbundscheibe 1 , wie in Figur 2 angedeutet ist.
Die Verbundscheibe 10 umfasst eine Außenscheibe 1 und eine Innenscheibe 2 mit einer thermoplastischen Zwischenschicht 3, welche zwischen den Scheiben angeordnet ist. Die Verbundscheibe 10 ist in ein Fahrzeug eingebaut und trennt einen Fahrzeuginnenraum 12 von einer äußeren Umgebung 13 ab. Beispielsweise ist die Verbundscheibe 10 die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen jeweils aus Glas, vorzugsweise thermisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und sind für sichtbares Licht transparent. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 umfasst einen thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die außenseitige Oberfläche I der Außenscheibe 1 ist von der thermoplastischen Zwischenschicht 3 abgewandt und ist gleichzeitig die Außenfläche der Verbundscheibe 10. Die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 sowie die außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 2 sind jeweils der Zwischenschicht 3 zugewandt. Die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 ist von der thermoplastischen Zwischenschicht 3 abgewandt und ist gleichzeitig die Innenseite der Verbundscheibe 10. Es versteht sich, dass die Verbundscheibe 10 jede beliebige geeignete geometrische Form und/oder Krümmung aufweisen kann. Als Verbundscheibe 10 weist sie typischer Weise eine konvexe Wölbung auf.
In einem umlaufenden Randbereich R der Verbundscheibe 10 befindet sich, auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 , eine rahmenförmig umlaufende opake Abdeckschicht 5. Die Abdeckschicht 5 ist opak und verhindert die Sicht auf innenseitig der Verbundscheibe 10 angeordnete Strukturen. Weiterhin weist die Verbundscheibe 1 im Randbereich R auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 ebenfalls eine opake Abdeckschicht 5 auf, die rahmenförmig umlaufend ausgebildet ist. Die opaken Abdeckschichten 5 bestehen aus einem herkömmlicherweise für Abdeckdrucke verwendeten, elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise einer schwarz eingefärbten Siebdruckfarbe, die eingebrannt ist. Die opaken Abdeckschichten 5 verhindern die Durchsicht durch die Verbundscheibe 10, wodurch beispielsweise ein Klebestrang zum Einkleben der Verbundscheibe 10 in eine Fahrzeugkarosserie von der Außenseite 13 aus betrachtet nicht sichtbar ist. Mindestens eine der Abdeckschichten 5 ist in einem Teilbereich B der Scheibe aufgebracht. Gemäß Figur 2 erstreckt sich ein Teilbereich B umlaufend im Randbereich R der Verbundscheibe 10. Entlang eines Kantenabschnitts der Verbundscheibe 10 sind der Teilbereich B und die darin befindliche die opake Abdeckschicht 5 verbreitert, wobei der verbreiterte Teilbereich B im Einbauzustand der Scheibe als Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug in Nachbarschaft zur Motorkante und zum Armaturenbrett liegt.
Auf der auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 angebrachten opaken Abdeckschicht 5 befindet sich eine Reflexionsschicht 9. Die Reflexionsschicht 9 ist in Durchsicht durch die Verbundscheibe 10 in Überdeckung zur darunter befindlichen opaken Abdeckschicht 5 angeordnet, wobei diese opake Abdeckschicht 5 die Reflexionsschicht 9 vollständig überdeckt, d.h. die Reflexionsschicht 9 weist keinen Abschnitt auf, der nicht in Überdeckung zur darunter liegenden Abdeckschicht 5 ist. Die Reflexionsschicht 9 ist hier beispielsweise nur in einem Abschnitt des Randbereichs R der Verbundscheibe 10 angeordnet, der im Einbauzustand benachbart zum Motorraum des Kraftfahrzeugs liegt. Möglich wäre aber auch, die Reflexionsschicht 9 in einem oberen (dachseitigen) Abschnitt oder in einem seitlichen Abschnitt des Randbereichs R anzuordnen. Des Weiteren könnten mehrere Reflexionsschichten 9 in den genannten Abschnitten des Randbereichs R vorgesehen sein. Beispielsweise könnten die Reflexionsschichten 9 so angeordnet sein, dass ein (teilweise) umlaufendes Bild erzeugt wird. Die auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 befindliche opake Abdeckschicht 5 ist in dem Abschnitt verbreitert, in dem sich der erste Teilbereich D mit Reflektionsschicht 9 befindet. Auf diese Weise wird eine Überlappung des ersten Teilbereichs D mit Reflektionsschicht 9 und des zweiten Teilbereichs B mit opaker Abdeckschicht 5 erzielt. Als "Breite" wird die Abmessung der opaken Abdeckschicht 5 senkrecht zu deren Erstreckung verstanden. Die erfindungsgemäße Überlappung zwischen Reflektionsschicht 9 und opaker Abdeckschicht 5 muss nicht durch eine unmittelbar an die Reflektionsschicht 9 angrenzende Abdeckschicht 5 erfolgen. In diesem Sinne ist eine der opaken Abdeckschichten 5 gemäß Figur 1 lediglich optional, wobei die verbleibende opake Abdeckschicht 5 einen Teilbereich B ausfüllen muss, der zumindest teilweise deckungsgleich mit dem Teilbereich D der Reflektionsschicht 9 ist.
Die Projektionsanordnung 100 weist eine Lichtquelle 8 als Bildgeber auf. Die Lichtquelle 8 dient zur Erzeugung von p-polarisiertem Licht 7 (Bildinformationen), das auf die Reflexionsschicht 9 gerichtet wird und durch die Reflexionsschicht 9 als reflektiertes Licht in den Fahrzeuginnenraum 12 reflektiert wird, wo es von einem Betrachter, z.B. Fahrer, wahrgenommen werden kann. Die Reflexionsschicht 9 ist zur Reflexion des p-polarisiertem Lichts 7 der Lichtquelle 8, d.h. eines Bildes gebildet durch das Licht 7 der Lichtquelle 8, geeignet ausgebildet. Das p-polarisierte Licht 7 trifft bevorzugt mit einem Einfallswinkel von 50° bis 80°, insbesondere von 65° bis 75° auf die Verbundscheibe 1. Die Lichtquelle 8 ist beispielsweise ein Display, vorliegend ein LCD-Display. Möglich wäre beispielsweise auch, dass es sich bei der Verbundscheibe 10 um eine Dachscheibe, Seiten- oder Heckscheibe handelt.
In der Aufsicht von Figur 2 ist die Reflexionsschicht 9 in Erstreckung entlang des unteren Abschnitts des Randbereichs R der Verbundscheibe 10 dargestellt.
Es wird nun Bezug auf die Figuren 3 bis 5 genommen, worin vergrößerte Querschnittansichten verschiedener Ausgestaltungen der Verbundscheibe 1 gezeigt sind. Die Querschnittansichten der Figuren 3 bis 5 entsprechen der Schnittlinie A-A im unteren Ausschnitt Z des Randbereichs R der Verbundscheibe 1 , wie in Figur 2 angedeutet ist. Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform der Verbundscheibe 10, entspricht im Wesentlichen der Verbundscheibe gemäß Ausführungsform der Figur 1. Zusätzlich dazu umfasst die Verbundscheibe 10 eine HUD-Schicht 4, die auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 angebracht ist. Die HUD-Schicht 4 erstreckt sich auch in den Durchsichtbereich der Verbundscheibe 10, also den Bereich, in dem keine der opaken Abdeckschichten 5 vorhanden ist. Auf diesen Bereich der Scheibe kann ein Projektor (nicht gezeigt) gerichtet werden und die HUD-Schicht 4 als Projektionsfläche für ein virtuelles Bild erzeugt werden. Im Teilbereich B befindet sich die opake Abdeckschicht 5 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 und verdeckt die HUD-Schicht 4 für den im Innenraum 12 befindlichen Betrachter. Im Teilbereich D ist an der innenraumseitigen Oberfläche IV auf der opaken Abdeckschicht 5 die Reflektionsschicht 9 aufgebracht. Die Reflexionsschicht 9 ist auf dieser opaken Abdeckschicht 5 unmittelbar aufgebracht. Das von der Lichtquelle 8 auf die Reflektionsschicht 9 projizierte Bild ist vor dem Hintergrund der opaken Abdeckschicht 5 mit hohem Kontrast gut erkennbar. Die HUD-Schicht 4 kann unabhängig von der Reflektionsschicht 9 genutzt werden, wobei sich das Bild der Reflektionsschicht 9 und das HUD-Bild nicht gegenseitig beeinflussen.
Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform der Verbundscheibe 10 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 3 nur dadurch, dass die Reflexionsschicht 9 unmittelbar auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Verbundscheibe 10 aufgebracht ist. Die der Reflektionsschicht 9 nächstliegende opake Abdeckschicht 5 ist auf der außenseitigen Oberfläche III der Innescheibe 1 aufgebracht und dient dort als opaker Hintergrund des Bildes der Reflektionsschicht.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbundscheibe 10, die im Wesentlichen der Ausführungsform der Figur 3 entspricht, wobei im Unterschied dazu lediglich eine einzige opake Abdeckschicht 5 vorgesehen ist, die auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 angebracht ist.
Figur 6 zeigt eine Ansicht der Innenscheibe 2 mit Reflektionsschicht 9 der Figur 1 im Detail. Die Reflektionsschicht 9 besteht aus zwei Schichten, einer niedrigbrechenden Schicht 9.1 und einer hochbrechenden Schicht 9.2, und ist auf der opaken Abdeckschicht 5 angebracht. In allen Ausführungsbeispielen ist die Reflexionsschicht 9 fahrzeuginnenraumseitig der opaken Abdeckschicht 5 angeordnet, d.h. in Sicht auf die Innenseite der Verbundscheibe 1 befindet sich die Reflexionsschicht 9 vor der opaken Abdeckschicht 5.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und eines Vergleichsbeispiels erläutert. Die Reflektionseigenschaften erfindungsgemäßer Verbundscheiben für p- polarisiertes Licht und einer nicht erfindungsgemäßen Verbundscheibe werden im Folgenden verglichen. Der Grundaufbau der Verbundscheiben entspricht dabei dem in Figur 3 beschriebenen, wobei die Verbundscheiben sich in der Zusammensetzung der Reflektionsschicht unterscheiden. Die Reflektionsschicht ist jeweils auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf der opaken Abdeckschicht 5 angebracht. Die Schichtdicken, der Schichtaufbau sowie die Brechungsindizes gemäß erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 und nicht erfindungsgemäßem Vergleichsbeispiel 4 sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Alle niedrigbrechenden Schichten und hochbrechenden Schichten wurden als Sol-Gel-Beschichtungen ausgeführt.
Tabelle 1
Die für die Bildqualität wesentliche Reflektivität für p-polarisiertes Licht wird mit RL(A) p-pol bezeichnet und an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 unter 65° und unter 75° bestimmt. Die Werte für die Reflexion (RL) beziehen sich auf die Lichtart A, die definitionsgemäß angelehnt ist an die relative Strahlungsverteilung des planckschen Strahlers mit 2856 Kelvin. Die entsprechenden Reflektionsspektren sind in Figuren 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a und 10b gezeigt.
Ein Vergleich der Eigenschaften der Reflektionsschicht 9 gemäß Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 4 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Reflektionsschichten gemäß Beispielen 1 bis 3 eine gegenüber Vergleichsbeispiel 4 wesentlich erhöhte Reflektion sowohl unter 65° als auch unter 75° aufweisen. Die Verbundscheibe des erfindungsgemäßen Beispiels 3 zeigt eine ausreichend hohe Reflektivität unter 65°. Die Verbundscheiben der Beispiele 1 und 2 wurden für eine Verwendung in einem größeren Winkelbereich weiter optimiert. Reflektionsschichten umfassend genau eine niedrigbrechende Schicht und eine hochbrechende Schicht haben sich diesbezüglich als vorteilhaft erwiesen um eine geringere Winkelabhängigkeit der Reflektionseigenschaften zu erzielen. Beispiel 1 weist im Vergleich zu den anderen Beispielen und dem Vergleichsbeispiel eine niedrigbrechende Schicht mit einem weiter gesenkten Brechungsindex auf. Die niedrigbrechende Schicht gemäß Beispiel 1 ist dabei als nanoporöses Siliziumoxid ausgeführt. Die Verbundscheibe gemäß Beispiel 1 hat sich als vorteilhaft erwiesen hinsichtlich eines besonders homogenen Reflektionsspektrums.
10 Verbundscheibe
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4 HUD-Schicht
5 opake Abdeckschicht
7 p-polarisiertes Licht der Lichtquelle
8 Lichtquelle
9 Reflexionsschicht
9.1 optisch hochbrechende Schicht
9.2 optisch niedrigbrechende Schicht
10 Verbundscheibe
12 Fahrzeuginnenraum
13 äußere Umgebung
100 Projektionsanordnung
D erster Teilbereich
B zweiter Teilbereich
R Randbereich
I Außenseite der Außenscheibe 1
II Innenseite der Außenscheibe 1
III Außenseite der Innenscheibe 2
IV Innenseite der Innenscheibe 2
A-A’ Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsanordnung (100) mindestens umfassend eine Lichtquelle (8) für p- polarisiertes Licht (7) und eine Verbundscheibe (10), die eine Außenscheibe (1) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II), eine Innenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV) und eine thermoplastische Zwischenschicht (3) umfasst, wobei
- die innenraumseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) und die außenseitige Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) über die thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind,
- in mindestens einem ersten Teilbereich (D) der Verbundscheibe (10) an der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) unmittelbar angrenzend an die Umgebung eine Reflektionsschicht (9) angeordnet ist, die zur Reflektion des p- polarisierten Lichtes (7) der Lichtquelle (8) geeignet ist,
- die innenraumseitige Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) die der Lichtquelle (8) für p-polarisiertes Licht (7) nächstliegende Oberfläche der Verbundscheibe (10) ist,
- mindestens eine opake Abdeckschicht (5) zumindest in einem zweiten Teilbereich (B) der Verbundscheibe (10) auf der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1), auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1), auf der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) und/oder auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) angeordnet ist und eine Projektion des zweiten Teilbereichs (B) in die Ebene des ersten Teilbereichs (D) zumindest teilweise mit diesem deckungsgleich ist, und wobei
- die Reflektionsschicht (9) in dieser Reihenfolge ausgehend von der innenraumseitigen Oberfläche (IV) flächig übereinander zumindest eine optisch hochbrechende Schicht (9.1) mit einem Brechungsindex von größer oder gleich 1 ,7 und eine optisch niedrigbrechende Schicht (9.2) mit einem Brechungsindex von kleiner oder gleich 1 ,6 umfasst.
2. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Reflexionsschicht (9) mindestens 5 %, bevorzugt mindestens 6 %, besonders bevorzugt mindestens 10 % des auf die Reflexionsschicht (9) auftreffenden p-polarisierten Lichtes (7) in einem Wellenlängenbereich von 450 nm bis 650 nm reflektiert.
3. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Lichtquelle (8) für p- polarisiertes Licht (7) ein Display, bevorzugt ein LCD-Display, LED-Display, OLED- Display oder elektrolumineszentes Display, besonders bevorzugt ein LCD-Display, ist und das p-polarisierte Licht (7) bevorzugt mit einem Einfallswinkel von 55° bis 80° auf die Verbundscheibe (10) trifft, besonders bevorzugt von 62° bis 77°.
4. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine opake Abdeckschicht (5) zumindest teilweise in einem umlaufenden Randbereich (R) der Verbundscheibe (10) angeordnet ist.
5. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine opake Abdeckschicht (5) in Form eines opaken Abdeckdrucks auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (2) und/oder der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (1) angeordnet ist.
6. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Brechungsindex der optisch hochbrechenden Schicht (9.1) mindestens 1 ,8, bevorzugt mindestens 1 ,9, besonders bevorzugt mindestens 2,0 beträgt.
7. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die optisch hochbrechende Schicht (9.1) Siliziumnitrid, ein Silizium-Metall-Mischnitrid, Aluminiumnitrid, Zinnoxid, Nioboxid, Wismutoxid, Titanoxid, Zinn-Zink-Mischoxid, Zirkoniumoxid, Scandiumoxid, Yttriumoxid, Tantaloxid, Lanthanoxid oder Ceroxid, bevorzugt Titanoxid enthält und besonders bevorzugt eine Sol-Gel-Beschichtung enthaltend Titanoxid ist.
8. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Brechungsindex der optisch niedrigbrechenden Schicht (9.2) höchstens 1 ,6, bevorzugt höchstens 1 ,5, besonders bevorzugt höchstens 1 ,4 beträgt.
9. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die optisch niedrigbrechende Schicht (9.2) Siliziumoxid enthält und besonders bevorzugt eine Sol- Gel-Beschichtung enthaltend Siliziumoxid ist.
10. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die optisch niedrigbrechende Schicht (9.2) eine Sol-Gel-Beschichtung ist, in der geschlossene und/oder offene Nanoporen ausgebildet sind.
11 . Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 10, wobei die niedrigbrechende Schicht (9.2) Poren mit einer Größe von 1 nm bis 500 nm, bevorzugt von 1 nm bis 100 nm, besonders bevorzugt von 20 nm bis 80 nm aufweist.
12. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Reflektionsbeschichtung (9) genau eine hochbrechende Schicht (9.1) und genau eine niedrigbrechende Schicht (9.2) umfasst und die hochbrechende Schicht (9.1) bevorzugt eine Schichtdicke von 30 nm bis 150 nm und die niedrigbrechende Schicht (9.2) bevorzugt eine Schichtdicke von 100 nm bis 300 nm aufweist.
13. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei zwischen der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) und der innenraumseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) eine HUD-Reflexionsschicht (20) angeordnet ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei a) eine Außenscheibe (1), eine Innenscheibe (2) und eine thermoplastische Zwischenschicht (3) bereitgestellt werden, b) auf zumindest einem zweiten Teilbereich (B) der außenseitigen Oberfläche (I) der Außenscheibe (1), der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1), der außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) und/oder auf der außenseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) mindestens eine opake Abdeckschicht (5) aufgebracht wird, c) zumindest die Innenscheibe (2), die thermoplastische Zwischenschicht (3) und die Außenscheibe (1) in dieser Reihenfolge zu einem Schichtstapel zusammengelegt werden, d) der Schichtstapel aus zumindest Innenscheibe (2), thermoplastischer Zwischenschicht (3) und Außenscheibe (1) zu einer Verbundscheibe (10) laminiert wird, e) auf zumindest einem ersten Teilbereich (D) der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) eine Reflektionsschicht (9) aufgetragen wird und f) eine Lichtquelle (8) für p-polarisiertes Licht (7) so zur Verbundscheibe (10) ausgerichtet wird, dass das p-polarisierte Licht (7) der Lichtquelle (8) auf die Reflektionsschicht (9) fallen kann, wobei Schritt e) vor, während oder nach den Schritten a) bis d) erfolgen kann, jedoch bei Vorliegen einer opaken Abdeckschicht (5) auf der außenseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) nach dem Aufbringen dieser opaken Abdeckschicht (5) erfolgt. Verwendung einer Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, wobei die Verbundscheibe (10) bevorzugt eine Windschutzscheibe ist.
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