DE202021004238U1

DE202021004238U1 - Verbundscheibe für ein Head-Up-Display

Info

Publication number: DE202021004238U1
Application number: DE202021004238.5U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: WO2022122640A1; CN114929475A

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe und eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, typischerweise im Bereich des Armaturenbretts, werden Bilder auf die Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (von ihm aus gesehen) hinter der Windschutzscheibe wahrgenommen. So können wichtige Informationen in das Blickfeld des Fahrers projiziert werden, beispielsweise die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit, Navigations- oder Warnhinweise, die der Fahrer wahrnehmen kann, ohne seinen Blick von der Fahrbahn wenden zu müssen. Head-Up-Displays können so wesentlich zur Steigerung der Verkehrssicherheit beitragen.
Bei den vorstehend beschriebenen Head-Up-Displays tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch nimmt der Fahrer nicht nur das gewünschte Hauptbild wahr, welches durch die Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen wird (Primärreflexion). Der Fahrer nimmt auch ein leicht versetztes, in der Regel intensitätsschwächeres Nebenbild wahr, welches durch die Reflexion an der außenseitigen Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen wird (Sekundärreflexion). Letzteres wird gemeinhin auch als Geisterbild („Ghost“) bezeichnet. Dieses Problem wird gemeinhin dadurch gelöst, dass die reflektierenden Oberflächen mit einem bewusst gewählten Winkel zueinander angeordnet werden, so dass Hauptbild und Geisterbild überlagert werden, wodurch das Geisterbild nicht mehr störend auffällt.
Windschutzscheiben bestehen aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Folie miteinander laminiert sind. Sollen die Oberflächen der Glasscheiben wie beschrieben in einem Winkel angeordnet werden, so ist es üblich, eine thermoplastische Folie mit nichtkonstanter Dicke zu verwenden. Man spricht auch von einer keilförmigen Folie oder Keilfolie. Der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der Folie wird als Keilwinkel bezeichnet. Der Keilwinkel kann über die gesamte Folie konstant (lineare Dickenänderung) sein oder sich positionsabhängig ändern (nichtlineare Dickenänderung). Verbundgläser mit Keilfolien sind beispielsweise aus WO2009/071135A1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt.
Die Strahlung des HUD-Projektors ist typischerweise im Wesentlichen s-polarisiert aufgrund der besseren Reflexionscharakteristik der Windschutzscheibe im Vergleich zur p-Polarisation. Trägt der Fahrer jedoch eine polarisationsselektive Sonnenbrille, welche lediglich p-polarisiertes Licht transmittiert, so kann er das HUD-Bild kaum oder gar nicht wahrnehmen. Es besteht daher Bedarf an HUD-Projektionsanordnungen, welche mit polarisationsselektiven Sonnenbrillen kompatibel sind.
Die DE 10 2014 220 189 A1 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen. Da der Einstrahlwinkel typischerweise nahe dem Brewsterwinkel liegt und p-polarisierte Strahlung daher nur in geringem Maße von den Glasoberflächen reflektiert wird, weist die Windschutzscheibe eine reflektierende Struktur auf, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Fahrers reflektieren kann. Als reflektierende Struktur wird eine einzelne metallische Schicht vorgeschlagen mit einer Dicke von 5 nm bis 9 nm, beispielsweise aus Silber oder Aluminium, die auf der dem Innenraum des PKWs abgewandeten Außenseite der Innenscheibe aufgebracht ist.
In der US 2004/0135742 A1 ist ebenfalls eine HUD-Projektionsanordnung offenbart, welche mit p-polarisierter Strahlung betrieben wird, um ein HUD-Bild zu erzeugen, und eine reflektierende Struktur aufweist, die p-polarisierte Strahlung in Richtung des Fahrers reflektieren kann. Als reflektierende Struktur werden die in der US 5,882,774 A offenbarten mehrlagigen Polymerschichten vorgeschlagen.
DE 10 2019 002 952 A1 offenbart eine Verbundscheibe mit Head-Up Display und Sensorbereich, wobei die Verbundscheibe eine Folie umfasst, die eine Reflektion von mindestens 8 % des Lichtes im sichtbaren Bereich des Spektrums aufweist und die Folie eine Aussparung im Sensorbereich aufweist.
Die im HUD gezeigten Informationen, wie Geschwindigkeit oder auch Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen, werden über im Fahrzeug integrierte Fahrassistenzsysteme bestimmt. Solche Fahrassistenzsysteme gewinnen mit zunehmender Entwicklung autonom fahrender Fahrzeuge immer mehr Bedeutung, so dass neu entwickelte Fahrzeugverglasungen selbstverständlich mit diesen kompatibel sein müssen. Moderne Fahrassistenzsysteme werden häufig auch mit dem Begriff ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) bezeichnet und nutzen beispielsweise Ultraschall-, Radar-, Lidar- und/oder Kameratechnik. Je nach Art und Anwendung der Sensoren werden diese auch im Bereich der Fahrzeugverglasung, beispielsweise hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, angebracht. Dabei ist darauf zu achten, dass die entsprechende Fahrzeugverglasung eine gute Transmission der vom Sensor zu detektierenden Strahlung aufweist. Darüber hinaus arbeiten diese Sensoren mit Polarisationskontrast, das heißt sie nutzen die unterschiedliche Transmission von s- und p-polarisierter Strahlung aus. Ein Maß hierfür ist das sogenannte Polarisationsverhältnis, das heißt der Quotient aus p-polarisierter zu s-polarisierter Strahlungsintensität. Etwaige Beschichtungen der Fahrzeugverglasung, wie beispielsweise Heizschichten oder Reflektionsbeschichtungen, oder auch reflektierende Strukturen, die p-polarisierte Strahlung bevorzugt reflektieren, gehen in der Regel mit einer verminderten Transmission einher.
Demnach besteht Bedarf an Verbundscheiben für HUD-Projektionsanordnungen, die eine hohe Reflektivität gegenüber p-polarisierter Strahlung im HUD-Bereich aufweisen und gleichzeitig eine ausreichend hohe Transmission und ein hohes Polarisationsverhältnis für hinter der Verglasung befindliche Kamerasysteme garantieren. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Verbundscheibe und Projektionsanordnung umfassend eine solche Verbundscheibe bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe weist einen HUD-Bereich, der als Projektionsfläche für ein HUD-Bild genutzt werden kann, und einen Sensorbereich auf, in dem ein Sensor hinter der Verbundscheibe angebracht werden kann, in dessen Strahlengang die Verbundscheibe liegt. In der thermoplastischen Zwischenschicht der Verbundscheibe ist eine reflektierende Folie eingelagert, die metallfrei ist und in ihrer Orientierung zur Oberkante der Verbundscheibe geeignet ist mindestens 5 % von auf die Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren. Innerhalb des Sensorbereichs weist die reflektierende Folie mindestens eine Aussparung auf. In der Aussparung ist eine Ausgleichsfolie angebracht, deren Grundmaterial auf dem Material der reflektierenden Folie basiert und deren Dicke um maximal 5 % von der Dicke der reflektierenden Folie abweicht. Die Ausgleichsfolie ist in ihrer zur Oberkante der Verbundscheibe vorliegenden Orientierung geeignet mindestens 20 % des auf die Folie auftreffenden p-polarisierten Lichtes zu transmittieren.
Die reflektierende Folie weist eine erste Vorzugsrichtung und eine zweite Vorzugsrichtung auf, die zueinander orthogonal stehen und sich voneinander darin unterscheiden ob eine bevorzugte Transmission oder Reflektion von Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung stattfindet. Eine erste Vorzugsrichtung der reflektierenden Folie entspricht der Achse des s-polarisierten Lichtes, in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, während die dazu orthogonale zweite Vorzugsrichtung der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht, in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird. Die reflektierende Folie ist dabei derartig in der Verbundscheibe angeordnet, dass die erste Vorzugsrichtung im Wesentlichen parallel zur Oberkante verläuft und im Einbauzustand der Verbundscheibe in einer Fahrzeugkarosserie eine vergleichsweise hohe Transmission von s-polarisiertem Licht durch die Verbundscheibe in den Fahrzeuginnenraum erfolgt, während die Transmission von p-polarisiertem Licht vergleichsweise gering ist. P-polarisiertes Licht wird in dieser Orientierung der reflektierenden Folie im Einbauzustand der Verbundscheibe bevorzugt reflektiert. Somit ist die Verbundscheibe im Bereich der reflektierenden Folie, in dem auch der HUD-Bereich liegt, gut geeignet als Head-Up-Display-Projektionsanordnung unter Verwendung eines Projektors mit p-polarisiertem Licht. Eine hohe Reflektion p-polarisierter Strahlung bewirkt dabei ein optisch hochwertiges HUD-Bild.
Eine Aussparung der reflektierenden Folie im Sensorbereich der Verbundscheibe ermöglicht eine verbesserte Transmission p-polarisierter Strahlung im Sensorbereich, wobei gleichzeitig die im HUD-Bereich gewünschte hohe Reflektivität für p-polarisierte Strahlung erhalten bleibt. Die Ausgleichsfolie gewährleistet dabei eine homogene Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht innerhalb des Sensorbereichs. Die Erfinder konnten feststellen, dass ohne Verwendung einer Ausgleichsfolie eine lokale Verformung der Verbundscheibe eintritt, die optische Verzerrungen im Sensorbereich bewirkt und die Funktion eines hinter der Verbundscheibe angeordneten Sensors beeinflusst. Um eine solche lokale Verformung der Verbundscheibe zu vermeiden sollte die Ausgleichsfolie in ihren Eigenschaften möglichst der reflektierenden Folie entsprechen, mit dem Unterschied, dass für die Ausgleichsfolie im Einbauzustand der Verbundscheibe in einem Fahrzeug eine hohe Transmission p-polarisierten Lichtes erzielt werden soll. Dazu entspricht die Ausgleichsfolie in ihrem Grundmaterial dem Grundmaterial der reflektierenden Folie und weicht in ihrer Dicke um maximal 5 % von der Dicke der reflektierenden Folie ab. Dadurch können optische Verzerrungen im Sensorbereich minimiert werden.
Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung, insbesondere der Fensteröffnung eines Fahrzeugs, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum (insbesondere Fahrzeuginnenraum) zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Verbundscheibe ist bevorzugt eine Fahrzeug-Windschutzscheibe (insbesondere die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personen- oder Lastkraftwagens). Die Verbundscheibe kann aber auch eine Seitenscheibe oder eine Dachscheibe eines Fahrzeugs sein.
Die Verbundscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante auf sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Die Oberkante wird häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkante. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die erfindungsgemäß in der Verbundscheibe eingelagerte reflektierende Folie reflektiert einen Anteil von mindestens 5 % des auf die Folie auftreffenden p-polarisierten Lichtes, weist also einen Reflektionsgrad von mindestens 5 % auf. Hierbei wird der Reflexionsgrad gemessen mit einem Einfallswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen in einem Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm. Der zur Messung verwendete Einfallswinkel von 65° entspricht etwa der Bestrahlung durch übliche Projektoren. Der Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm wurde zur Charakterisierung der Reflexionseigenschaften herangezogen, weil der optische Eindruck eines Betrachters in erster Linie durch diesen Spektralbereich geprägt wird. Außerdem deckt er die für die HUD-Darstellung relevanten Wellenlängen ab (RGB: 473 nm, 550 nm, 630 nm). Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Reflexionsgrad im gesamten Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm mindestens 15 %, bevorzugt mindestens 20 % beträgt, so dass der Reflexionsgrad im angegeben Spektralbereich an keiner Stelle unter den angegebenen Werten liegt.
Der Reflexionsgrad beschreibt den Anteil der insgesamt eingestrahlten Strahlung, der reflektiert wird. Er wird in Prozent (%) angegeben, bezogen auf 100% der eingestrahlten Strahlung, oder als einheitenlose Zahl von 0 bis 1, normiert auf die eingestrahlte Strahlung. Aufgetragen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet er das Reflexionsspektrum. Die Ausführungen zum Reflexionsgrad gegenüber p-polarisierter Strahlung beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den Reflexionsgrad gemessen mit einem Einfallswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen im Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm. Die Angaben zum Reflexionsgrad beziehungsweise zum Reflexionsspektrum beziehen sich auf eine Reflexionsmessung mit einer Lichtquelle, die im betrachteten Spektralbereich gleichmäßig abstrahlt mit einer normierten Strahlungsintensität von 100%.
Die oben genannten gewünschten Reflexionscharakteristika der reflektierenden Folie werden insbesondere durch die Wahl der Materialien und Dicken der Einzelschichten sowie den Schichtaufbau der reflektierenden Folie erreicht. Geeignete reflektierende Folien sind kommerziell erhältlich.
Die Ausgleichsfolie ist erfindungsgemäß in ihrer zur Oberkante der Verbundscheibe vorliegenden Orientierung geeignet mindestens 20 % des auf die Folie auftreffenden p-polarisierten Lichtes zu transmittieren, weist also einen Transmissionsgrad von mindestens 20 % für p-polarisiertes Licht auf. Der Transmissionsgrad wird analog zum Reflektionsgrad bestimmt und bezieht sich auf einen Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm.
Verfahren zur Messung der Reflektions- und Transmissionsgrade von Folien sowie von Scheiben sind dem Fachmann bekannt und können mittels kommerziell erhältlicher Messgeräte durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verbundscheibe weicht die Dicke der Ausgleichsfolie um maximal 3 %, bevorzugt um maximal 2 %, besonders bevorzugt um maximal 1 %, von der Dicke der reflektierenden Folie ab. Dadurch können optische Verzerrungen innerhalb des Sensorbereichs weiter minimiert werden. Insbesondere beträgt die Dickenabweichung der Ausgleichsfolie zur reflektierenden Folie weniger als 0,5 % und beträgt beispielsweise 0,0 %. Sind die Dicken der Ausgleichsfolie und der reflektierenden Folie nahezu identisch oder identisch, so werden optische Verzerrungen nahezu vollständig oder vollständig vermieden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Ausgleichsfolie aus dem Material der reflektierenden Folie, wobei die Ausgleichsfolie so eingebracht ist, dass die zweite Vorzugsrichtung im Wesentlichen parallel zur Oberkante der Verbundscheibe verläuft. In dieser Orientierung relativ zur Oberkante weist die reflektierende Folie eine hohe Transmission für p-polarisiertes Licht auf, so dass im Einbauzustand der Verbundscheibe in einer Fahrzeugkarosserie genügend p-polarisiertes Licht transmittiert um einen hinter der Verbundscheibe, also im Fahrzeuginnenraum, angeordneten auf p-polarisiertem Licht basierenden Sensor zu betreiben. Um optische Verzerrungen vollständig oder nahezu vollständig zu vermeiden ist die Verwendung der reflektierenden Folie als Ausgleichsfolie aufgrund der exakt gleichen Dicke der Folien optimal. Wahlweise und in Abhängigkeit von der Geometrie der Aussparung kann der innerhalb der Aussparung entfernte Folienabschnitt um 90° rotiert und als Ausgleichsfolie eingesetzt werden oder alternativ dazu ein davon unabhängiger Abschnitt der reflektierenden Folie in der entsprechenden Vorzugsrichtung zugeschnitten und in die Aussparung eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist die reflektierende Folie geeignet, einen Anteil von 10 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 30 %, besonders bevorzugt 20 % bis 25 % von auf die reflektierende Folie auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren. Bei diesen Werten handelt es sich um gemittelte Reflektionsgrade gegenüber p-polarisierter Strahlung im Spektralbereich von 400 nm bis 680 nm. Damit wird ein hinreichend intensitätsstarkes Projektionsbild erzeugt. Dies ist besonders vorteilhaft hinsichtlich eines guten HUD-Bildes.
Die reflektierende Folie weist bevorzugt eine Dicke zwischen 20 µm (Mikrometer) und 120 µm, besonders bevorzugt zwischen 30 µm und 90 µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 75 µm auf.
Die reflektierende Folie ist bevorzugt eine Polyethylenterephthalat (PET) basierte Folie, die eine Beschichtung umfassend einen Copolymerenschichtenstapel auf Basis von PET und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweist. Die Beschichtung ist bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche, d.h. der Oberfläche, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, aufgebracht. Die Beschichtung ist bevorzugt unmittelbar mit der PET-basierten Folie coextrudiert, kann aber auch mittels anderer Beschichtungsmethoden wie Spin Coating oder Gasphasenabscheidung erzeugt werden. Geeignete reflektierende Folien sind beispielsweise in der US 5,882,774 A beschrieben.
Die thermoplastische Zwischenschicht umfasst bevorzugt zumindest eine erste thermoplastische Verbundfolie und eine zweite thermoplastische Verbundfolie, zwischen denen die reflektierende Folie und/oder die Ausgleichsfolie eingelegt sind. Insbesondere liegen die reflektierende Folie und die Ausgleichsfolie innerhalb der gleichen Ebene der Verglasung, wobei die Kanten der reflektierenden Folie und der Ausgleichsfolie entlang der Aussparung der reflektierenden Folie einander benachbart sind. Die Ausgleichsfolie weist dabei eine umlaufende Kante auf, die von der umlaufenden Kante der Aussparung umgeben ist. Oberhalb und unterhalb der Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie sind die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie angeordnet und umschließen die Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie. Die erste thermoplastische Verbundfolie verbindet die Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie mit der Außenscheibe und die zweite Verbundfolie verbindet die Schichtlage aus reflektierender Folie und Ausgleichsfolie mit der Innenscheibe.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie können unabhängig voneinander zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB) enthalten.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie können unabhängig voneinander durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und die zweite thermoplastische Verbundfolie können zwischen 20 µm (Mikrometer) und 2 mm dick sein. Die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie kann beispielsweise zwischen 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm dick sein. Die Dicke der ersten thermoplastischen Verbundfolie und die Dicke der zweiten thermoplastischen Verbundfolie ist bevorzugt über die gesamte Länge konstant, somit haben die Zwischenschichten vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Die Verbundfolien sind demnach in einer bevorzugten Ausführungsform keine Keilfolien. Handelt es sich bei der ersten thermoplastischen Verbundfolie oder bei der zweiten thermoplastischen Verbundfolie um eine funktionale Verbundfolie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, so ist diese bevorzugt 0,51 mm oder 0,84 mm dick.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste thermoplastische Verbundfolie eine Dicke von 200 µm bis 1000 µm, bevorzugt 300 µm bis 850 µm, auf und die zweite thermoplastische Verbundfolie ist zwischen 10 µm und 120 µm, bevorzugt zwischen 15 µm und 90 µm, besonders bevorzugt zwischen 20 µm und 75 µm dick. Eine möglichst geringe Dicke der zweiten thermoplastischen Verbundfolie, die bei Verwendung der Verbundscheibe in einer Projektionsanordnung zwischen reflektierender Folie und Projektor liegt, ist vorteilhaft hinsichtlich der HUD-Bildqualität.
Optional ist die erste thermoplastische Verbundfolie oder die zweite thermoplastische Verbundfolie oder sowohl die erste thermoplastische Verbundfolie als auch die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht. Als „funktionale Zwischenschicht“ wird dabei eine Verbundfolie bezeichnet, die mindestens eine besondere Funktion aufweist, insbesondere eine akustische Funktion, eine Farbfunktion, eine Solarfunktion oder eine Kombination dieser Funktionen.
In einer Ausführungsform ist nur die erste thermoplastische Verbundfolie oder nur die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht. Es ist aber auch möglich, dass sowohl die erste thermoplastische Verbundfolie als auch die zweite thermoplastische Verbundfolie funktionale Zwischenschichten sind, wobei diese dieselbe oder bevorzugt unterschiedliche Funktionen aufweisen können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften. Eine solche akustisch dämpfende Verbundfolie besteht typischerweise aus mindestens drei Lagen, wobei die mittlere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines höheren Anteils an Weichmachern.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die erste thermoplastische Verbundfolie, die die reflektierende Folie und die Ausgleichsfolie mit der Außenscheibe verbindet, als akustisch dämpfende Verbundfolie ausgeführt ist. Daraus resultieren vorteilhafte akustische Eigenschaften der Verbundscheibe.
Akustisch dämpfende Verbundfolien werden in der Regel über eine sogenannte mechanische Impedanzmessung (MIM, mechnanical impedance measurement) charakterisiert. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Verfahren nachzulesen in ISO 16940, aus dem sich durch Messung der Eigenfrequenzen die Dämpfung berechnen lässt. Gemäß Standard wird die zu untersuchende akustisch dämpfende Verbundfolie zwischen zwei Glasscheiben der Dicke 2,1 mm laminiert um eine entsprechende Vergleichbarkeit bei unterschiedlichen Glasdicken zu ermöglichen. Dem Fachmann wird somit die Auswahl geeigneter Zwischenschichten anhand eines wohlbekannten standardisierten Messverfahrens ermöglicht.
Die mechanische Impedanzmessung wird frühestens einen Monat nach Herstellung des Verbundglases durchgeführt. Ferner wird die akustisch dämpfende Verbundfolie selbst frühestens einen Monat nach ihrer Herstellung mit den beiden Glasscheiben von 2,1 mm Dicke zu einem Verbundglas laminiert. Dadurch wird sichergestellt, dass sich zum Zeitpunkt der Messung ein stabiler Zustand ausgebildet hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine akustisch dämpfende Verbundfolie als erste Verbundfolie eingesetzt, bei der gilt, dass der Dämpfungsfaktor η₁ der ersten Mode und der Dämpfungsfaktor η₂ der zweiten Mode einer Verbundglasscheibe mit einer Oberfläche von 25 mm × 300 mm bestehend aus zwei Glasscheiben mit einer Dicke von jeweils 2,1 mm, zwischen denen die akustisch dämpfende Verbundfolie laminiert ist, bei einer mechanischen Impedanzmessung (MIM) gemäß ISO 16940 bei einer Temperatur von 20°C η₁ ≥ 0,20 und η₂ ≥ 0,25, bevorzugt η₁ ≥ 0,25 und η₂ ≥ 0,30, besonders bevorzugt η₁ ≥ 0,25 und η₂ ≥ 0,35 beträgt.
Bevorzugt erstreckt sich die reflektierende Folie über mindestens 80% der Scheibenoberfläche. Insbesondere ist die reflektierende Folie vollflächig zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Aussparung und optional eines umlaufenden Randbereichs, der als Kommunikationsfenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Verbundscheibe gewährleisten sollen, so dass daher dort bevorzugt keine reflektierende Folie angeordnet ist. Der umlaufende Randbereich, in dem keine reflektierende Folie angeordnet ist weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm, insbesondere eine Breite von 20 mm, auf. Er verhindert auch den direkten Kontakt reflektierenden Folie zur umgebenden Atmosphäre, so dass die reflektierende Folie im Innern der Verbundscheibe vor Korrosion und Beschädigung geschützt ist.
In einer Ausführungsform erstreckt sich die reflektierende Folie über die gesamte Scheibenoberfläche mit Ausnahme der Aussparung, d.h. 100 % der Scheibenoberfläche abzüglich der Fläche der Aussparung.
Eine erfindungsgemäße Verbundscheibe kann zusätzlich einen Abdeckdruck, insbesondere aus einer dunklen, bevorzugt schwarzen, Emaille umfassen. Bei dem Abdeckdruck handelt es sich insbesondere um einen peripheren, d.h. rahmenartigen, Abdeckdruck. Der periphere Abdeckdruck dient in erster Linie als UV-Schutz für den Montagekleber der Verbundscheibe. Der Abdeckdruck kann opak und vollflächig ausgebildet sein. Der Abdeckdruck kann zumindest abschnittsweise auch semitransparent, beispielsweise als Punktraster, Streifenraster oder kariertes Raster ausgebildet sein. Alternativ kann der Abdeckdruck auch einen Gradienten aufweisen, beispielsweise von einer opaken Bedeckung zu einer semitransparenten Bedeckung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abdeckdruck derartig ausgebildet, dass die Seitenkanten der reflektierenden Folie bei Draufsicht auf die Verbundscheibe durch diesen verdeckt sind. Sofern die Verbundscheibe Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster aufweist, so ist der Abdeckdruck bevorzugt um die Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster in Richtung der Scheibenmitte vergrößert, so dass auch die Schnittkanten der Aussparung(en) um die Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster durch den Abdeckdruck verdeckt sind.
Der Abdeckdruck ist üblicherweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht.
Bevorzugt ist die Kante entlang derer die in die Aussparung eingesetzte Ausgleichsfolie und die umgebende reflektierende Folie aneinandergrenzen, durch den opaken Abdeckdruck der Verbundscheibe verdeckt. Dies führt zu einer optisch ansprechenden Kaschierung der Kante.
Die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe können Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen, elektrisch heizbare Beschichtungen, Sonnenschutzbeschichtungen und/oder Low-E-Beschichtungen aufweisen.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1,6 mm oder 2,1 mm. Es ist aber auch möglich, dass die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe eine Dicke von 0,55 mm oder 0,7 mm haben.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe können unabhängig voneinander klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch das Verbundglas beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.
Die Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann aber auch plan sein, beispielsweise, wenn sie als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
In einer möglichen Ausführungsform ist die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht mit einer Farbfunktion. Dies bedeutet die Zwischenschicht ist gefärbt oder getönt. Dabei kann die Zwischenschicht vollflächig getönt oder gefärbt sein. Alternativ kann die Zwischenschicht auch einen Farbgradienten oder ein farbiges Muster aufweisen. Bei Verbundscheiben, die als Windschutzscheiben vorgesehen sind, ist die Färbung oder Tönung derart ausgebildet, dass Verbundscheibe im Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm eine Lichttransmission von größer 70 % aufweist. Bei Verbundscheiben, die als Dachscheiben oder rückwärtige Seitenscheiben vorgesehen sind, kann die Färbung oder Tönung auch dunkler ausgebildet sein und die Verbundscheiben somit eine Lichttransmission von 70 % oder weniger im Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie eine funktionale Zwischenschicht mit einer Solarfunktion, insbesondere mit Infrarotstrahlung absorbierenden Eigenschaften, wie beispielsweise eine PVB-Folie, in welcher Indiumzinnoxid (ITO) Partikel enthalten ist.
Die erste thermoplastische Verbundfolie und/oder die zweite thermoplastische Verbundfolie kann auch eine funktionale Zwischenschicht sein bei der zwei oder mehr funktionale Eigenschaften kombiniert sind, beispielsweise akustisch dämpfende Eigenschaften mit einer Farbfunktion und/oder einer Solarfunktion.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die dazwischenliegende reflektierende Folie und Ausgleichsfolie werden über die thermoplastischen Verbundfolien miteinander laminiert, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Die erfindungsgemäße Aussparung kann mittels fachüblicher Verfahren, wie Laserschnittverfahren oder auch Zuschnitt mittels einer Messerklinge, erfolgen.
Soll die Verbundscheibe gebogen sein, so werden die Außenscheibe und die Innenscheibe bevorzugt vor der Lamination einem Biegeprozess unterzogen. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Typische Temperaturen für Glasbiegeprozesse betragen beispielsweise 500°C bis 700°C.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) mindestens umfassend eine erfindungsgemäße Verbundscheibe, einen Sensor und einen Projektor. Wie bei HUDs üblich bestrahlt der Projektor einen Bereich der Windschutzscheibe, wo die Strahlung in Richtung des Betrachters (Fahrers) reflektiert wird, wodurch ein virtuelles Bild erzeugt wird, welches der Betrachter von ihm aus gesehen hinter der Windschutzscheibe wahrnimmt. Der durch den Projektor bestrahlbare Bereich der Windschutzscheibe wird als HUD-Bereich bezeichnet. Die Strahlrichtung des Projektors kann typischerweise durch Spiegel variiert werden, insbesondere vertikal, um die Projektion an die Körpergröße des Betrachters anzupassen. Der Bereich, in dem sich die Augen des Betrachters bei gegebener Spiegelstellung befinden müssen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Dieses Eyeboxfenster kann durch Verstellung der Spiegel vertikal verschoben werden, wobei der gesamte dadurch zugängliche Bereich (das heißt die Überlagerung aller möglichen Eyeboxfenster) als Eyebox bezeichnet wird. Ein innerhalb der Eyebox befindlicher Betrachter kann das virtuelle Bild wahrnehmen. Damit ist natürlich gemeint, dass sich die Augen des Betrachters innerhalb der Eyebox befinden müssen, nicht etwa der gesamte Körper.
Die hier verwendeten Fachbegriffe aus dem Bereich der 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“.
Der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors beträgt erfindungsgemäß mindestens 70 %. In einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display beträgt der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors mindestens 80 %, besonders bevorzugt beträgt der Anteil von p-polarisierter Strahlung an der Gesamtstrahlung des Projektors 80 % oder 100 %, ganz besonders bevorzugt 100 %.
Die Angabe der Polarisationsrichtung bezieht sich dabei auf die Einfallsebene der Strahlung auf der Verbundscheibe. Mit p-polarisierter Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld in der Einfallsebene schwingt. Mit s-polarisierter Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld senkrecht zur Einfallsebene schwingt. Die Einfallsebene wird durch den Einfallsvektor und die Flächennormale der Verbundscheibe im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs aufgespannt.
Die Strahlung des Projektors trifft bevorzugt mit einem Einfallswinkel von 50° bis 80°, insbesondere von 55° bis 70° auf die Verbundscheibe, typischerweise etwa 65°, wie es bei HUD-Projektionsanordnungen üblich ist. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor der Projektorstrahlung und der Flächennormale im geometrischen Zentrum des HUD-Bereichs. Da der für HUD-Projektionsanordnungen typische Einfallswinkel von etwa 65° dem Brewsterwinkel für einen Luft-Glas-Übergang (56,5°, Kalk-Natron-Glas) relativ nahekommt, werden die p-polarisierten Strahlungsanteile der vom Projektor emittierten Strahlung von den Scheibenoberflächen kaum reflektiert. Die in der Verbundscheibe enthaltene reflektierende Folie ist jedoch auf die Reflexion von p-polarisierter Strahlung optimiert. Auf diese Weise wird das vom Betrachter wahrgenommene Bild nicht oder nur in einem sehr geringen Maße durch ein Geisterbild verzerrt. Auf eine keilförmige Zwischenschicht kann somit verzichtet werden.
Als Sensor der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung können die verschiedensten nach dem Stand der Technik bekannten Sensoren eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein HUD ist besonders geeignet um an der Windschutzscheibe einen Sensor anzubringen, insbesondere Sensoren auf dem Gebiet der ADAS-Systeme. Mit dem Begriff ADAS-Systeme werden moderne Fahrassistenzsysteme bezeichnet, die beispielsweise Umfeldsensorik basierend auf Ultraschall-, Radar-, Lidar- und/oder Kameratechnik nutzen. Im Bereich der Windschutzscheibe können ein oder mehrere dieser oder anderer Sensoren angebracht werden. Ein Sensor, beispielsweise eine Kamera, in dessen Strahlengang sich die reflektierende Folie befindet, kann nur das von der reflektierenden Folie transmittierte Licht wahrnehmen, wodurch bei Verwendung eines Sensors hinter der Windschutzscheibe eine hohe Transmission wünschenswert ist. Insbesondere sollte die Transmission p-polarisierten Lichtes im Vergleich zu s-polarisiertem Licht überwiegen und möglichst hoch liegen. Das Polarisationsverhältnis des transmittierten Lichtes ist dabei entscheidend um bei nassen Straßenverhältnissen auftretende Blendeffekte zu vermeiden, die die Kamerasicht einschränken. Um diese Blendeffekte zu unterdrücken muss die Transmission des p-polarisierten Lichtes die Transmission von s-polarisiertem Licht überwiegen. Die Anforderung an eine gute HUD-Bildqualität, die einen hohen Reflektionsgrad p-polarisierten Lichtes an der reflektierenden Folie erforderlich macht, ist dabei gegenläufig zu der für Kameraanwendungen gewünschten hohen Transmission. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung löst dieses Problem durch Vorsehen einer Aussparung der reflektierenden Folie im Sensorbereich und Einbringen einer Ausgleichsfolie mit hoher Transmission für p-polarisiertes Licht.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung werden 10 % bis 50 %, bevorzugt 15 % bis 30 %, besonders bevorzugt 20 % bis 25 % des von dem Projektor emittierten und auf die reflektierende Folie der Verbundscheibe auftreffenden p-polarisierten Lichts von der reflektierenden Folie in Richtung des Betrachters reflektiert.
Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für die Projektionsanordnung umfassend eine erfindungsgemäße Verbundscheibe und einen Projektor.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Verbundscheibe kann in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem Personenkraftwagen, als Windschutzscheibe, die als Projektionsfläche einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display dient, verwendet werden. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Verbundscheibe kann auch als Seitenscheibe oder als Dachscheibe in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem Personenkraftwagen, verwendet werden. Auch in diesen Fällen kann die Verbundscheibe als Projektionsfläche einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display dienen. Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen gelten für die Verwendung entsprechend.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung als Head-Up-Display mit einem HUD-Bereich und einem Sensorbereich,
2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A' durch die Projektionsanordnung der 1,
3 die Verbundscheibe der 2 mit detailliertem Schichtaufbau der thermoplastischen Zwischenschicht 3.

1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein HUD, wobei in 1 eine Draufsicht und in 2 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie AA' der 1 gezeigt ist. Die Projektionsanordnung umfasst eine Verbundscheibe 1 als Windschutzscheibe, insbesondere als Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die Projektionsanordnung umfasst außerdem einen Projektor 12, welcher auf einen Bereich der Verbundscheibe 1 gerichtet ist. In diesem Bereich, der üblicherweise als HUD-Bereich B bezeichnet wird, können durch den Projektor 12 Bilder erzeugt werden, welche von einem Betrachter 11 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 1 wahrgenommen werden, wenn sich seine Augen innerhalb der sogenannten Eyebox E befinden. Die Verbundscheibe 1 weist darüber hinaus einen Sensorbereich S auf, der der Verwendung der Scheibe mit einem Sensor 13 dient. Der Sensor 13 ist dabei hinter der Verbundscheibe 1, also an der an den Fahrzeuginnenraum grenzenden Oberfläche der Innenscheibe 6, angebracht und detektiert das im Sensorbereich S durch die Verbundscheibe 1 hindurchtretende Licht. Die Verbundscheibe 1 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 2 und einer Innenscheibe 6, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. In der thermoplastischen Zwischenschicht 3 sind eine reflektierende Folie 4 und eine Ausgleichsfolie 8 eingelagert, der Schichtaufbau wird in 3 näher beschrieben. Im Sensorbereich S ist in der reflektierenden Folie 4 eine Aussparung 9 eingebracht, in der die Ausgleichsfolie 8 eingelegt ist. Die Kanten der Aussparung 9 und der Ausgleichsfolie 8 werden von einem nicht gezeigten opaken Abdeckdruck verdeckt. Die Unterkante U der Verbundscheibe 1 ist nach unten in Richtung des Motors des Personenkraftwagens angeordnet, ihre Oberkante O nach oben in Richtung des Dachs. Die Außenscheibe 2 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 6 dem Fahrzeuginnenraum. Die reflektierende Folie 4 ist so in der Verbundscheibe 1 eingelegt, dass die erste Vorzugsrichtung V1, die der Achse des s-polarisierten Lichtes entspricht und in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 verläuft. Innerhalb der Aussparung 9 ist die Ausgleichsfolie 8 eingesetzt, die aus dem Material der reflektierenden Folie 4 besteht, wobei die Ausgleichsfolie 8 so angeordnet ist, dass die zweite Vorzugsrichtung (V2), die der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht und in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 orientiert ist.
Der Strahlung des Projektors 4 ist p-polarisiert, insbesondere im Wesentlichen rein p-polarisiert. Da der Projektor 12 die Windschutzscheibe 1 mit einem Einfallswinkel von etwa 65° bestrahlt, der nahe dem Brewster-Winkel liegt, wird die Strahlung des Projektors nur unwesentlich an den externen Oberflächen I, IV der Verbundscheibe 1 reflektiert. Die reflektierende Folie 4 dagegen ist auf die Reflexion p-polarisierter Strahlung optimiert. Sie dient als Reflexionsfläche für die Strahlung des Projektors 12 zur Erzeugung der HUD-Projektion.
3 zeigt die Verbundscheibe der 2 mit detailliertem Schichtaufbau der thermoplastischen Zwischenschicht 3. Die Außenscheibe 2 und die Innenscheibe 6 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe 2 weist eine außenseitige Oberfläche I auf (auch als Außenseite der Außenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche II (auch als Innenseite der Außenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Ebenso weist die Innenscheibe 6 eine außenseitige Oberfläche III auf (auch als Innenseite der Innenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche IV (auch als Außenseite der Innenscheibe bezeichnet), die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Die Außenscheibe 2 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 6 eine Dicke von 1,6 mm. Die erste thermoplastische Verbundfolie 3a ist aus einer einzigen Lage thermoplastischen Materials ausgebildet, beispielsweise aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm oder einer PVB-Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften mit einer Dicke von 0,81 mm. Die zweite thermoplastische Verbundfolie 3b ist als eine PVB-Folie mit einer Dicke von 0,38 mm ausgebildet.
Die Verbundscheibe 1 umfasst außerdem eine reflektierende Folie 4, die zwischen der ersten thermoplastischen Verbundfolie 3a und der zweiten thermoplastischen Verbundfolie 3b angeordnet ist. Die reflektierende Folie 4 ist metallfrei und geeignet, mindestens 5 %, beispielsweise 20 % bis 25 %, von auf die Folie 4 auftreffendem p-polarisierten Licht zu reflektieren. Die reflektierende Folie 4 ist gemäß 1 so in der Verbundscheibe 1 eingelegt, dass die erste Vorzugsrichtung V1, die der Achse des s-polarisierten Lichtes entspricht und in der s-polarisiertes Licht bevorzugt transmittiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 verläuft. Innerhalb der Aussparung 9 ist eine Ausgleichsfolie 8 eingesetzt, die aus dem Material der reflektierenden Folie 4 besteht, wobei die Ausgleichsfolie 8 so angeordnet ist, dass die zweite Vorzugsrichtung (V2), die der Achse des p-polarisierten Lichtes entspricht und in der p-polarisiertes Licht bevorzugt reflektiert wird, parallel zur Oberkante O der Verbundscheibe 1 orientiert ist. Die reflektierende Folie 4 ist beispielsweise 55 µm dick und ist beispielsweise eine PET-basierte Folie, die mit einem Copolymerschichtenstapel auf Basis von PET und PEN beschichtet ist.
Die reflektierende Folie 4 ist vollflächig zwischen der ersten thermoplastischen Zwischenschicht 3 und der zweiten thermoplastischen Zwischenschicht 5 angeordnet mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Aussparung 9 und eines umlaufenden Randbereichs R. Der umlaufende Randbereich R, in dem keine reflektierende Folie 4 angeordnet ist, weist beispielsweise eine Breite von 20 mm auf.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden erfindungsgemäßen Beispiels und nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiels verdeutlicht.
Beispiel
Alle optischen Eigenschaften der Verbundscheiben gemäß Beispiele und Vergleichsbeispiel wurden in laminiertem Zustand gemessen. Für das erfindungsgemäße Beispiel und das Vergleichsbeispiel wurde jeweils eine Verbundscheibe aus einer 2,1 mm dicken klaren Außenscheibe 2, einer 0,81 mm dicken PVB-Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften als erste thermoplastische Verbundfolie 3a, einer 55 µm dicken reflektierenden Folie 4, einer 25 µm dicken PVB-Folie als zweite thermoplastische Verbundfolie 3b und einer 1,6 mm dicken klaren Innenscheibe 6 laminiert. Die PVB-Folien sind ungetönt. Als reflektierende Folie 4 wird eine für den Betrieb mit p-polarisierten HUD-Lichtquellen vorgesehene HUD-Folie verwendet, die kommerziell erhältlich ist. Die Beispiele und Vergleichsbeispiele weisen den gleichen beschriebenen Grundaufbau auf, unterscheiden sich jedoch in der verwendeten Orientierung der reflektierenden Folie im Sensorbereich S der Verbundscheibe 1. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe 1 gemäß Beispiel entspricht dem Grundaufbau der 1-3 mit der soeben beschriebenen Schichtfolge. In der Aussparung 9 der reflektierenden Folie 4 wurde der ausgesparte Abschnitt der reflektierenden Folie 4 entnommen, um 90° gedreht und als Ausgleichsfolie 8 in die Aussparung eingesetzt. Die nicht erfindungsgemäße Verbundscheibe gemäß Vergleichsbeispiel weist die gleiche Schichtfolge und den Grundaufbau gemäß 1 bis 3 auf, mit dem Unterschied, dass keine Aussparung der reflektierenden Folie vorliegt und keine Ausgleichsfolie eingelegt ist.
Um die Eignung der Verbundscheiben gemäß Beispiel und Vergleichsbeispiel für einen Sensor zu beurteilen, werden jeweils im Sensorbereich der Verbundscheiben das Polarisationsverhältnis PR und der das als Red Ratio (RR) bezeichnete Rotverhältnis bestimmt.
Es bedeuten:

PR: Verhältnis aus durch die Verbundscheibe in Einbaulage transmittiertem p-polarisiertem Licht T_p zu transmittiertem s-polarisiertem Licht T_s

PR = T_{p} / T_{s}

RR: Verhältnis aus transmittierem Licht T_r im Wellenlängenbereich 600 nm bis 700 nm zur Gesamtlichttransmission T

RR = T_{r} / T

Der Begriff Gesamtlichttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Für die Werte P_R und RR sind die seitens der Sensorhersteller vorgegebenen Spezifikationen zu erfüllen um eine erfolgreiche Vermarktung der Verbundscheibe als Windschutzscheibe mit Sensorbereich zu erfüllen. Ein häufig als Sensor eingesetztes System ist das unter der Bezeichnung Mobileye vertriebene Kamerasystem. Tabelle 1 zeigt die für das Mobileye Kamerasystem zu erfüllenden Grenzwerte sowie die Erfüllung dieser Spezifikation durch die Verbundscheiben gemäß Beispiel und Vergleichsbeispiel. Wird die Spezifikation durch die Verbundscheibe des Beispiels oder Vergleichsbeispiels erfüllt, also ein Wert oberhalb des Grenzwertes erzielt, so ist in der Tabelle der Eintrag „ja“ verzeichnet, sofern nicht der Eintrag „nein“. Tabelle 1

	Winkel der Messung	20	23	28	35	40
RR	unterer Grenzwert Mobileye	0,840	0,850	0,850	0,850	0,850
	Beispiel	ja	ja	ja	ja	ja
	Vergleichsbeispiel	ja	ja	ja	ja	ja
P_R	unterer Grenzwert Mobileye	1,710	1,590	1,430	1,280	1,200
	Beispiel	ja	ja	ja	ja	ja
	Vergleichsbeispiel	nein	nein	nein	nein	nein

Das für die Verwendung des Kamerasystems benötigte Polarisationsverhältnis P_R wird lediglich mit der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Beispiel erfüllt.
Bezugszeichenliste

1: Verbundscheibe
2: Außenscheibe
3: thermoplastische Zwischenschicht
3a: erste thermoplastische Verbundfolie
3b: zweite thermoplastische Verbundfolie
4: reflektierende Folie
5: Aussparung
6: Innenscheibe
8: Ausgleichsfolie
10: Projektionsanordnung
11: Betrachter, Fahrzeugfahrer
12: Projektor
13: Sensor
B: HUD-Bereich der Verbundscheibe 1
E: Eyebox
O: Oberkante der Verbundscheibe 1
U: Unterkante der Verbundscheibe 1
(I): außenseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Außenscheibe 2
(II): innenraumseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Außenscheibe 2
(III): außenseitige, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der Innenscheibe 6
(IV): innenraumseitige, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der Innenscheibe 6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/071135 A1 [0004]
EP 1800855 B1 [0004]
EP 1880243 A2 [0004]
DE 102014220189 A1 [0006]
US 2004/0135742 A1 [0007]
US 5882774 A [0007, 0027]
DE 102019002952 A1 [0008]

Claims

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