Композитная панель с электропроводным покрытием и просветляющим покрытием для индикатора на лобовом стекле
Группа изобретений относится к композитной панели, проекционной системе для индикатора на лобовом стекле и к применению композитной панели остекления. Композитная панель остекления с верхним краем (О), нижним краем (U) и областью (В) отображения на лобовом стекле предназначена для индикатора на лобовом стекле. Панель содержит по меньшей мере внешнюю панель остекления и внутреннюю панель остекления, которые соединены друг с другом термопластичным промежуточным слоем, и прозрачное электропроводное покрытие на поверхности внутренней панели остекления, обращенной к промежуточному слою, или внутри промежуточного слоя, в которой промежуточный слой образован по меньшей мере одним слоем термопластичного материала, который расположен между электропроводным покрытием и внешней панелью остекления, в которой толщина слоя термопластичного материала является переменной с углом (α) клина в пределах его вертикальной протяженности между нижним краем (U) и верхним краем (О), по меньшей мере в области (В) отображения на лобовом стекле, и в которой просветляющее покрытие нанесено на поверхность (IV) внутренней панели остекления, обращенную от промежуточного слоя. Изобретение обеспечивает повышение качества передаваемого изображения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.
Изобретение относится к композитной панели остекления и проекционной системе для индикатора на лобовом стекле.
Современные автомобили все чаще снабжают так называемыми индикаторами на лобовом стекле (ИЛС). При использовании проектора, обычно в области приборной панели, изображения проецируются на ветровое стекло, отражаются и воспринимаются водителем как виртуальные изображения позади ветрового стекла (с его места наблюдения). Поэтому можно проецировать важные данные в поле зрения водителя, например, текущую скорость движения, навигационные или предупреждающие сообщения, которые водитель может воспринимать без отведения взгляда от дороги. Поэтому индикаторы на лобовом стекле могут вносить значительный вклад в повышение безопасности движения.
При использовании описанных выше индикаторов на лобовом стекле возникает проблема, заключающаяся в том, что проецируемое изображение отражается на обеих поверхностях ветрового стекла. Поэтому водитель воспринимает не только нужное первичное изображение, которое обусловлено отражением на поверхности внутренней стороны ветрового стекла (первичным отражением). Водитель также воспринимает несколько смещенное вторичное изображение, обычно менее интенсивное, которое обусловлено отражением на поверхности внешней стороны ветрового стекла (вторичным отражением). Последнее обычно называют паразитным изображением («призраком»). Эту проблему обычно разрешают тем, что отражающие поверхности располагают под углом друг к другу, намеренно выбираемым так, что первичное изображение и вторичное изображения накладываются, в результате чего паразитное изображение перестает быть чрезмерно заметным.
Ветровые стекла содержат два оконных стекла, которые ламинированы друг с другом с использованием промежуточной термопластичной пленки. Если, как описано, поверхности оконных стекол должны быть расположены под углом, принято использовать термопластичную пленку с переменной толщиной. Ее также называют скошенной пленкой или клиновидной пленкой. Угол между двумя поверхностями пленки называют углом клина. Угол клина может быть постоянным на протяжении всей пленки (линейное изменение толщины) или может изменяться как функция положения (нелинейное изменение толщины). Композитные стекла с клиновидными пленками известны, например, из WO2009/071135A1, EP1800855B1 или ЕР1880243А2.
Кроме того, известно снабжение ветровых стекол прозрачными электропроводными покрытиями. Эти покрытия могут действовать как отражающие инфракрасное излучение покрытия для уменьшения нагрева салона автомобиля и тем самым для повышения теплового комфорта. Однако покрытия могут также использоваться как нагреваемые покрытия при подключении их к источнику напряжения, чтобы ток протекал через покрытие. Подходящие покрытия включают в себя проводящие металлические слои, например, на основе серебра или алюминия. Поскольку эти покрытия являются восприимчивыми к коррозии, принято наносить их на поверхность внешней панели остекления или внутренней панели остекления, обращенной к промежуточному слою, чтобы они не имели контакта с атмосферой. Серебросодержащие прозрачные покрытия известны, например, из WO03/024155, US2007/0082219 A1, US2007/0020465 A1, WO2013/104438 или WO2013/104439. Применительно к индикаторам на лобовом стекле для покрытых ветровых стекол часто присуща проблема, заключающаяся в том, что для проецируемого изображения проводящим покрытием образуется дополнительная отражающая пограничная поверхность. Это приводит к возникновению еще одного нежелательного вторичного изображения, которое также известно как паразитное изображения слоя или «призрак» слоя.
Если промежуточный слой ветрового стекла расположен между проводящим покрытием и внешней панелью остекления, «призрак» слоя может быть ослаблен при использовании клиновидного промежуточного слоя. Однако для оптимального подавления паразитного изображения, обусловленного двумя поверхностями стекла, с одной стороны, и паразитным изображением слоя, с другой стороны, необходимы разные углы клина, так что результат не может быть идеальным и всегда должен быть компромиссным. Следовательно, задача изобретения заключается в создании усовершенствованной композитной панели остекления для индикатора на лобовом стекле, которая обеспечивает эффективное ослабление паразитных изображений обоих видов.
Свет проектора индикатора на лобовом стекле обычно является по существу s-поляризованным вследствие лучших характеристик отражения ветрового стекла, чем в случае p-поляризованного. Однако, если водитель носит поляризационно-селективные солнечные очки, которые пропускают только p-поляризованный свет, он может с трудом воспринимать изображение на индикаторе на лобовом стекле или вовсе не воспринимать. Следовательно, необходимы проекционные системы индикатора на лобовом стекле, которые совместимы с поляризационно-селективными солнечными очками.
В патентном документе DE 10 2014 220 189 A1 раскрыто проекционная система индикатора на лобовом стекле, которая работает при p-поляризованном свете, образуя изображение на индикаторе на лобовом стекле, которое можно воспринимать при использовании поляризационно-селективных солнечных очков. Поскольку угол падения обычно близок к углу Брюстера и поэтому p-поляризованный свет отражается только в небольшой степени поверхностями стекла, ветровое стекло имеет отражающую структуру, которая может отражать p-поляризованный свет в направлении водителя. Кроме того, один металлический слой толщиной от 5 нм до 9 нм, изготовленный, например, из серебра или алюминия, предложен в качестве отражающей структуры. Хотя изображение в p-поляризованном свете на индикаторе на лобовом стекле может восприниматься водителями с надетыми поляризационно-селективными солнечными очками и без них, оно отражается главным образом металлическим слоем и в незначительной степени поверхностями стекла. Этим ограничивается интенсивность изображения на индикаторе на лобовом стекле.
Следовательно, также необходимо создать усовершенствованные проекционные системы для индикаторов на лобовом стекле с использованием композитных панелей остекления, снабженных электропроводным покрытием, при этом проекция изображения будет без труда восприниматься водителем с поляризационно-селективными солнечными очками и будет иметь высокую интенсивность.
Задача настоящего изобретения заключается в создании композитной панели остекления в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущества композитной панели остекления согласно изобретению основаны на сочетании просветляющего покрытия и клиновидной пленки. Таким образом, для исключения паразитных изображений композитная панель остекления имеет два взаимно независимых элемента. Просветляющее покрытие подавляет, если можно так сказать, отражение на поверхности внутренней стороны, так что изображение, проецируемое на индикатор на лобовом стекле, в значительной степени отражается только на поверхности внешней стороны. Поэтому паразитное изображение, обусловленное двумя поверхностями панели остекления, исключается или по меньшей мере ослабляется. Благодаря клиновидной пленке изображения на индикаторе на лобовом стекле, которые создаются отражениями на поверхности внешней стороны панели остекления и на электропроводном покрытии, накладываются или приводятся ближе друг к другу, в результате чего паразитное изображение слоя исключается или по меньшей мере ослабляется. В общем, тем самым проявление паразитных изображений существенно снижается по сравнению с проявлением их в композитных панелях остекления из предшествующего уровня техники.
В противоположность композитным панелям остекления из предшествующего уровня техники, предназначенным для индикаторов на лобовом стекле, в которых клиновидный промежуточный слой служит для наложения отражений от двух внешних поверхностей панели остекления, толщина внутренней панели остекления не влияет на расчет идеального угла клина. Поэтому толщину внутренней панели остекления можно изменять без необходимости в последующей корректировке угла клина. В этом заключается еще одно преимущество изобретения.
Композитная панель остекления согласно изобретению содержит внешнюю панель остекления и внутреннюю панель остекления, соединенные друг с другом термопластичным промежуточным слоем. Композитная панель остекления предназначена для расположения в оконном проеме, в частности в оконном проеме автомобиля, для отделения салона от внешней среды. В контексте изобретения термин «внутренняя панель остекления» относится к панели остекления из композитной панели остекления, обращенной к внутреннему пространству (салону автомобиля). Термин «внешняя панель остекления» относится к панели остекления, обращенной к внешней среде. Предпочтительно, чтобы композитная панель остекления была ветровым стеклом транспортного средства (в частности, ветровым стеклом автомобиля, например легкового автомобиля или грузового автомобиля).
Композитная панель остекления имеет верхний край и нижний край, а также два боковых края, продолжающихся между ними. К «верхнему краю» относится край, который предполагается направленным вверх в положении установки. К «нижнему краю» относится край, который предполагается направленным вниз в положении установки. Кроме того, верхний край часто называют «относящимся к крыше краем» и нижний край называют «относящимся к двигателю краем».
В каждом случае внешняя панель остекления и внутренняя панель остекления имеют поверхность внешней стороны, и поверхность внутренней стороны, и край периферийной стороны, продолжающийся между ними. В контексте изобретения «поверхностью внешней стороны» называется такая первичная поверхность, которая в положении установки предполагается обращенной к внешней среде. В контексте изобретения «поверхностью внутренней стороны» называется такая первичная поверхность, которая в положении установки предполагается обращенной к внутреннему пространству. Поверхность внутренней стороны внешней панели остекления и поверхность внешней стороны внутренней панели остекления обращены друг к другу и соединены друг с другом термопластичным промежуточным слоем.
Композитная пластина остекления имеет так называемую область отображения на лобовом стекле. Область отображения на лобовом стекле представляет собой область, которая может быть облучена проектором. Область отображения на лобовом стекле предназначена для облучения проектором для образования изображения на индикаторе на лобовом стекле. В данном случае свет отражается в направлении наблюдателя (водителя), при этом образуется виртуальное изображение перед ветровым стеклом, которое наблюдатель воспринимает с места наблюдения.
Промежуточный слой композитной панели остекления образован по меньшей мере одним слоем термопластичного материала. Промежуточный слой может состоять из этого одного слоя термопластичного материала и может быть образован, например, одной полимерной пленкой или слоем литьевой смолы. Однако промежуточный слой может также включать в себя многочисленные слои термопластичного материала и может быть образован, например, многочисленными полимерными пленками, расположенными по схеме «поверхность-к поверхности» одна поверх другой.
Кроме того, композитная панель остекления имеет электропроводное покрытие. Предпочтительно, чтобы электропроводное покрытие было нанесено на поверхность внешней стороны внутренней панели остекления, обращенную к промежуточному слою. В ином случае покрытие может расположено внутри промежуточного слоя. Для этого покрытие обычно наносят на несущую пленку, выполненную, например, из полиэтилентерефталата (ПЭТ) толщиной приблизительно 50 мкм, которую располагают между двумя слоями термопластичного материала, например между двумя полимерными пленками.
В каждом случае слой термопластичного материала располагают между электропроводным покрытием и внешней панелью остекления. Этим слоем термопластичного материала реализуется, частично или полностью, так называемая клиновидная пленка. Толщина слоя термопластичного материала является переменной в пределах вертикальной протяженности между нижним краем и верхним краем композитной панели остекления в по меньшей мере области отображения информации на лобовом стекле, в частности, плавно повышается. Кроме того, толщина может изменяться в пределах вертикальной протяженности, в частности, может плавно повышаться, начиная от нижнего края к верхнему краю. «Вертикальная протяженность» представляет собой протяженность между нижним краем и верхним краем, при этом направление протяженности по существу перпендикулярно краям. Угол между двумя поверхностями промежуточного слоя называется «углом клина». Если угол клина не является постоянным, для измерения его можно использовать касательные линии к поверхности в одной точке.
По меньшей мере в области отображения информации на лобовом стекле промежуточный слой является скошенным или клиновидным. Угол клина может быть постоянным в пределах его вертикальной протяженности, что будет приводить к линейному изменению толщины промежуточного слоя, при этом толщина обычно возрастает снизу вверх. Направление «снизу вверх» относится к направлению от нижнего края к верхнему краю, то есть к вертикальной протяженности. Однако могут быть более сложные профили толщины, в которых угол клина является переменным, изменяется линейно или нелинейно снизу вверх (иначе говоря, в зависимости от положения в пределах вертикальной протяженности).
В принципе, вместо клиновидной пленки в промежуточном слое также можно использовать клиновидную внешнюю панель остекления для наклона отражающих поверхностей относительно друг друга.
Угол клина выбирают соответствующим образом, чтобы наложить проекционные изображения, создаваемые отражениями на электропроводном покрытии, с одной стороны, и на поверхности внешней стороны внешней панели остекления, с другой стороны, или чтобы по меньшей мере уменьшить расстояние между ними. Вследствие наличия угла клина внешняя панель остекления и проводящее покрытие не параллельны друг другу и точно соответствуют этому углу клина. В случае параллельных отражающих поверхностей изображение (создаваемое отражением на поверхности внешней стороны внешней панели остекления) и паразитное изображение (создаваемое отражением от проводящего покрытия) будут возникать смещенными друг от друга, что будет беспокоить наблюдателя. Благодаря углу клина паразитное изображение по существу пространственно накладывается на основное изображение, так что наблюдатель воспринимает только одно изображение или расстояние между основным изображением и паразитным изображением по меньшей мере уменьшается.
В обычных композитных панелях остекления для индикаторов на лобовом стекле клиновидная пленка используется для наложения изображений на индикаторе на лобовом стекле, являющихся результатом отражения на поверхностях панели остекления. Типичные углы клина находятся в пределах от 0,3 мрад до 0,7 мрад, в частности от 0,4 мрад до 0,5 мрад. Поскольку в данном случае расстояние между отражающими поверхностями меньше, требуются меньшие углы клина, чем в обычных композитных панелях остекления. Клиновидные пленки с меньшими углами клина можно легче изготавливать и более экономичным способом.
Кроме того, композитная панель остекления имеет просветляющее покрытие, которое нанесено на поверхность внутренней стороны внутренней панели остекления, обращенную от промежуточного слоя. Просветляющее покрытие существенно уменьшает отражение света проектора на поверхности внутренней стороны, так что этим отражением не образуется изображение на индикаторе на лобовом стекле или по меньшей мере образуется не явственно воспринимаемое изображение на индикаторе на лобовом стекле. Предпочтительно корректировать просветляющее покрытие так, чтобы оно, в частности, оказывало влияние на свет в диапазоне длин волн, используемом в проекторе.
В принципе, просветляющее покрытие можно создавать различными способами. Например, известны просветляющие покрытия, выполненные из слоев пористого диоксида кремния или просветляющие покрытия, получаемые скелетонизирующим травлением поверхности стекла. Однако в предпочтительном варианте осуществления просветляющее покрытие образовано из расположенных с чередованием слоев с различными показателями преломления, вследствие чего благодаря интерференционным эффектам уменьшается отражение на покрытой поверхности. Такие покрытия являются очень эффективными и могут быть без труда оптимизированы с учетом конкретных требований путем выбора материалов и толщины отдельных слоев.
Предпочтительно, чтобы просветляющее покрытие включало в себя по меньшей мере два слоя с высоким преломлением света, в частности, имеющих показатель преломления больше чем 1,8, и два слоя с низким преломлением света, в частности, имеющих показатель преломления меньше чем 1,8. Начиная от подложки (внутренней панели остекления), расположены сначала первый слой с высоким преломлением, выше которого находится первый слой с низким преломлением, выше которого находится второй слой с высоким преломлением и выше которого находится второй слой с низким преломлением. Например, слои с высоким преломлением могут быть на основе нитрида кремния, оксида олова-цинка, нитрида кремния-циркония или оксида титана; слои с низким преломлением могут быть на основе диоксида кремния.
В частности, электропроводное покрытие является прозрачным электропроводным покрытием. Например, проводящее покрытие может быть образовано как отражающее инфракрасное излучение солнцезащитное покрытие или также как нагреваемое покрытие, которое подключается к источнику электрической энергии и нагревается, когда ток протекает через него. Термин «прозрачное покрытие» означает покрытие, которое имеет среднюю прозрачность в видимом спектральном диапазоне по меньшей мере 70%, предпочтительно по меньшей мере 80%, при которой незначительно ограничивается зрительное восприятие через панель остекления. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере 80% поверхности панели остекления были снабжены покрытием согласно изобретению. В частности, композитная панель остекления снабжена покрытием на протяжении всей поверхности за исключением периферийной краевой области и как вариант локальной области, которая предназначена для пропускания электромагнитного излучения через композитную панель остекления в качестве окон прозрачности для связи, окон датчиков или окон камер и следовательно, не снабжается покрытием. Периферийная непокрытая краевая область имеет, например, ширину до 20 см. Она предотвращает непосредственный контакт покрытия с окружающей атмосферой, так что покрытие защищено внутри композитной панели остекления от коррозии и повреждения.
Предпочтительно, чтобы электропроводное покрытие представляло собой набор слоев или последовательность слоев, содержащую один или множество электропроводных, в частности, металлосодержащих слоев, при этом чтобы каждый электропроводный слой в каждом случае был расположен между двумя диэлектрическими слоями или последовательностями слоев. Поэтому покрытие представляет собой набор тонких пленок, имеющий n электропроводных слоев и (n+1) диэлектрических слоев или последовательностей слоев, где n - натуральное число, при этом на нижнем диэлектрическом слое или последовательности слоев проводящий слой и диэлектрический слой или последовательность слоев последовательно чередуются в каждом случае. Такие покрытия известны как солнцезащитные покрытия и нагреваемые покрытия, при этом электропроводные слои обычно основаны на серебре. Предпочтительно, чтобы проводящее покрытие включало в себя по меньшей мере два электропроводных слоя, особенно предпочтительно по меньшей мере три электропроводных слоя, наиболее предпочтительно по меньшей мере четыре электропроводных слоя. Чем больше количество проводящих слоев, тем лучше покрытие может быть оптимизировано в части требуемого уровня прозрачности, окраски или требуемого поверхностного сопротивления слоев.
Функциональные электропроводные слои являются ответственными за электропроводность покрытия. Путем разделения всего проводящего материала по многочисленным слоям в каждом случае слои могут быть образованы более тонкими, в результате чего прозрачность покрытия будет повышаться. Предпочтительно, чтобы каждый электропроводный слой содержал по меньшей мере один металл или один металлический сплав, например серебро, алюминий, медь или золото, и особенно предпочтительно, чтобы он был основан на металле или металлическом сплаве, иначе говоря, состоял по существу из металла или металлического сплава, не говоря уже о любых легирующих добавках или примесях. Предпочтительно использовать серебро или серебросодержащий сплав. В предпочтительном варианте осуществления электропроводный слой содержит по меньшей мере 90 вес.% серебра, предпочтительно по меньшей мере 99 вес.% серебра, особенно предпочтительно по меньшей мере 99,9 вес.% серебра.
Согласно изобретению диэлектрические слои или последовательности слоев расположены между электропроводными слоями и ниже самого нижнего проводящего слоя и выше самого верхнего проводящего слоя. Каждый диэлектрический слой или последовательность слоев имеет по меньшей мере один просветляющий слой. Просветляющие слои уменьшают отражение видимого света и поэтому повышают прозрачность покрытой панели остекления. Например, просветляющие слои содержат нитрид кремния (SiN), смешанные нитриды кремния-металла, такие как нитрид кремния-циркония (SiZrN), нитрид алюминия (AlN), или оксид олова (SnO). Кроме того, просветляющие слои могут иметь легирующие добавки. Предпочтительно, чтобы толщина отдельных просветляющих слоев составляла от 10 нм до 70 нм.
В свою очередь, просветляющие слои могут быть разделены на по меньшей мере два подслоя, в частности на диэлектрический слой, имеющий показатель преломления меньше чем 2,1, и слой с высоким преломлением света, имеющий показатель преломления больше чем или равный 2,1. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один просветляющий слой, расположенный между двумя электропроводными слоями, был разделен таким способом, особенно предпочтительно, чтобы каждый просветляющий слой был расположен между двумя электропроводными слоями. Разделение просветляющего слоя приводит к более низкому поверхностному сопротивлению электропроводного покрытия и в то же самое время к высокому пропусканию и высокой нейтральности цветов. В принципе, порядок следования двух подслоев может быть выбран произвольно, при этом предпочтительно, чтобы слой с высоким преломлением света был расположен выше диэлектрического слоя, что особенно предпочтительно для поверхностного сопротивления. Предпочтительно, чтобы толщина слоя с высоким преломлением света составляла от 10% до 99%, особенно предпочтительно от 25% до 75% суммарной толщины просветляющего слоя.
Слой с высоким преломлением света, имеющий показатель преломления больше чем или равный 2,1, содержит, например, MnO, WO3, Nb2O5, Bi2O3, TiO2, Zr3N4 и/или AlN, предпочтительно смешанный нитрид кремния-металла, например, смешанный нитрид кремния-алюминия, смешанный нитрид кремния-гафния или смешанный нитрид кремния-титана, особенно предпочтительно смешанный нитрид кремния-циркония (SiZrN). Это особенно предпочтительно для поверхностного сопротивления электропроводного покрытия. Предпочтительно, чтобы смешанный нитрид кремния-циркония имел легирующие добавки. Например, слой материала с высоким преломлением света может содержать смешанный легированный алюминием нитрид кремния-циркония. Предпочтительно, чтобы содержание циркония было от 15 до 45 вес.%, особенно предпочтительно от 15 до 30 вес.%.
Предпочтительно, чтобы диэлектрический слой, имеющий показатель преломления меньше чем 2,1, имел показатель n преломления от 1,6 до 2,1, особенно предпочтительно от 1,9 до 2,1. Предпочтительно, чтобы диэлектрический слой содержал по меньшей мере один оксид, например, оксид олова, и/или один нитрид, особенно предпочтительно нитрид кремния.
В предпочтительном варианте осуществления каждый просветляющий слой, расположенный между двумя электропроводными слоями, разделен на диэлектрический слой, имеющий показатель преломления меньше чем 2,1, и слой с высоким преломлением света, имеющий показатель преломления больше чем или равный 2,1. Толщина каждого просветляющего слоя, расположенного между двумя электропроводными слоями, составляет от 15 нм до 60 нм. Просветляющие слой выше самого верхнего электропроводного слоя и ниже самого нижнего электропроводного слоя также могут быть разделены, но предпочтительно реализовывать их как отдельные слои, имеющие в каждом случае толщину от 10 нм до 25 нм.
В предпочтительном варианте осуществления одна или множество последовательностей диэлектрических слоев имеют первый согласующий слой, предпочтительно каждая последовательность диэлектрических слоев, которая расположена ниже электропроводного слоя. Предпочтительно, чтобы первый согласующий слой был расположен выше просветляющего слоя.
В предпочтительном варианте осуществления одна или несколько последовательностей диэлектрических слоев имеют сглаживающий слой, предпочтительно каждая последовательность диэлектрических слоев, которая расположена между двумя электропроводными слоями. Сглаживающий слой расположен ниже одного из первых согласующих слоев, предпочтительно между просветляющим слоем и первым согласующим слоем. Предпочтительно, чтобы сглаживающий слой находился в непосредственном контакте с первым согласующим слоем. Сглаживающий слой является ответственным за оптимизацию, в частности, за сглаживание поверхности электропроводного слоя, нанесенного соответственно выше него. Электропроводный слой, осажденный на более гладкую поверхность, имеет более высокую прозрачность и в то же время более низкое поверхностное сопротивление. Предпочтительно, чтобы толщина сглаживающего слоя была от 3 нм до 20 нм, особенно предпочтительно от 4 нм до 12 нм. Предпочтительно, чтобы сглаживающий слой имел показатель преломления меньше чем 2,2.
Предпочтительно, чтобы сглаживающий слой содержал по меньшей мере один некристаллический оксид. Оксид может быть аморфным или частично аморфным (и поэтому частично кристаллическим), но не полностью кристаллическим. Некристаллический сглаживающий слой имеет небольшую шероховатость и поэтому образует преимущественно гладкую поверхность для слоев, наносимых выше сглаживающего слоя. Кроме того, некристаллический сглаживающий слой является ответственным за улучшенную структуру поверхности слоя, осажденного непосредственно выше сглаживающего слоя, которым предпочтительно является первый согласующий слой. Сглаживающий слой может содержать, например, по меньшей мере один оксид одного или нескольких элементов, таких как олово, кремний, титан, цирконий, гафний, цинк, галлий и индий. Особенно предпочтительно, чтобы сглаживающий слой содержал некристаллический смешанный оксид. Наиболее предпочтительно, чтобы сглаживающий слой содержал смешанный оксид олова-цинка (ZnSnO). Смешанный оксид может иметь легирующие добавки. Например, сглаживающий слой может содержать легированный сурьмой смешанный оксид олова-цинка. Предпочтительно, чтобы сглаживающий слой имел субстехиометрическое содержание кислорода. Предпочтительно, чтобы содержание олова было от 10 до 40 вес.%, особенно предпочтительно от 12 до 35 вес.%.
В предпочтительном варианте осуществления одна или несколько последовательностей диэлектрических слоев, предпочтительно каждая последовательность диэлектрических слоев, имеют второй согласующий слой, который расположен выше электропроводного слоя. Предпочтительно, чтобы второй согласующий слой был расположен ниже просветляющего слоя.
Первый и второй согласующие слои являются ответственными за улучшение поверхностного сопротивления покрытия. Предпочтительно, чтобы первый согласующий слой и/или второй согласующий слой содержали оксид цинка ZnO1-δ, где 0˂δ˂0,01. Кроме того, предпочтительно, чтобы первый согласующий слой и/или второй согласующий слой содержали легирующие добавки. Например, первый согласующий слой и/или второй согласующий слой могут содержать легированный алюминием оксид цинка (ZnO:Al). Предпочтительно осаждать оксид цинка субстехиометрически относительно кислорода, чтобы исключать реакцию избыточного кислорода с серебросодержащим слоем. Предпочтительно, чтобы толщина первого согласующего слоя и второго согласующего слоя была от 3 нм до 20 нм, особенно предпочтительно от 4 нм до 12 нм.
В предпочтительном варианте осуществления электропроводное покрытие включает в себя один или несколько блокирующих слоев. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один блокирующий слой был связан с по меньшей мере одним, особенно предпочтительно с каждым, электропроводным слоем. Блокирующий слой находится в непосредственном контакте с электропроводным слоем и расположен непосредственно выше или непосредственно ниже электропроводного слоя. То есть, нет другого слоя, расположенного между электропроводным слоем и блокирующим слоем. Кроме того, в каждом случае блокирующий слой может быть расположен непосредственно выше и непосредственно ниже проводящего слоя. Предпочтительно, чтобы блокирующий слой содержал ниобий, титан, никель, хром и/или сплавы их, особенно предпочтительны сплавы никеля/хрома. Предпочтительно, чтобы толщина блокирующего слоя была от 0,1 нм до 2 нм, особенно предпочтительно от 0,1 нм до 1 нм. В частности, блокирующий слой непосредственно ниже электропроводного слоя служит для стабилизации электропроводного слоя во время термической обработки и улучшает оптическое качество электропроводного покрытия. Блокирующий слой непосредственно выше электропроводного слоя предотвращает контакт чувствительного электропроводного слоя с оксидирующей реакционной атмосферой во время осаждения последующего слоя, например, второго согласующего слоя, путем реактивного катодного распыления.
В контексте изобретения, если первый слой расположен «выше» второго слоя, это означает, что первый слой расположен дальше от подложки, на которую нанесено покрытие, чем второй слой. В контексте изобретения, если первый слой расположен «ниже» второго слоя, это означает, что второй слой расположен дальше от подложки, чем первый слой. В контексте изобретения, если первый слой расположен «выше или ниже» второго слоя, это необязательно означает, что первый слой и второй слой находятся в непосредственном контакте друг с другом. Не исключается возможность, что один или несколько дополнительных слоев могут быть расположены между первым и вторым слоями. Значения показываемых показателей преломления измеряются при длине волны 550 нм.
Предпочтительно изготавливать внешнюю панель остекления и внутреннюю панель остекления из стекла, в частности, из калиево-натриевого стекла, которое является обычным для оконных стекол. Однако, в принципе, панель остекления можно также изготавливать из стекла других видов (например, из боросиликатного стекла, кварцевого стекла, алюмосиликатного стекла) или прозрачных пластиков (например, из полиметилметакрилата или поликарбоната). Толщину внешней панели остекления и внутренней панели остекления можно изменять в широких пределах. Предпочтительно используемыми панелями остекления являются панели остекления толщиной в пределах от 0,8 мм до 5 мм, предпочтительно толщиной от 1,4 мм до 2,5 мм, например, панели остекления со стандартной толщиной от 1,6 мм до 2,1 мм.
Внешняя панель остекления, внутренняя панель остекления и/или термопластичный промежуточный слой могут быть прозрачными и бесцветными, но также тонированными или цветными. В предпочтительном варианте осуществления суммарное пропускание ветрового стекла составляет больше чем 70%. Термин «суммарное пропускание» определен по результатам процесса тестирования светопроницаемости окон автомобиля, предусмотренного ECE-R 43 в приложении 3, §9.1. Внешняя панель остекления и внутренняя панель остекления, независимо друг от друга, могут быть не напряженными предварительно, частично предварительно напряженными или предварительно напряженными. Если по меньшей мере одна из панелей остекления должна быть предварительно напряженной, она может быть термически или химически предварительно напряженной.
Предпочтительно, чтобы композитная панель остекления была криволинейной по одному или множеству пространственных направлений, как это принято относительно оконных стекол автомобиля, и чтобы при этом типичные радиусы кривизны находились в пределах от около 10 см до около 40 м. Однако композитная панель остекления также может быть плоской, например, когда она предназначена для использования в качестве панели остекления автобусов, поездов или тракторов.
Термопластичный промежуточный слой содержит по меньшей мере термопластичный полимер, предпочтительно этиленвинилацетат (ЭВА), поливинилбутираль (ПВБ) или полиуретан (ПУ), или смеси, или сополимеры, или производные их, особенно предпочтительно поливинилбутираль. Промежуточный слой обычно образован из термопластичной пленки. Предпочтительно, чтобы толщина промежуточного слоя составляла от 0,2 мм до 2 мм, особенно предпочтительно от 0,3 мм до 1 мм. Когда используется клиновидный слой, толщина определяется на самом тонком месте, обычно на нижнем краю композитной панели остекления.
Композитную панель можно изготавливать по существу известными способами. Внешнюю панель остекления и внутреннюю панель остекления ламинируют друг с другом, используя промежуточный слой, например, автоклавными способами, способами формования с использованием вакуумных мешков, способами формования с использованием вакуумных колец, каландровыми способами, способами вакуумного ламинирования или сочетанием их. Соединение внешней панели остекления и внутренней панели остекления обычно осуществляют при воздействии теплоты, вакуума и/или давления.
Предпочтительно наносить электропроводное покрытие и просветляющее покрытие на внутреннюю панель остекления физическим осаждением из паровой фазы (PVD), особенно предпочтительно катодным распылением («распылением»), наиболее предпочтительно магнетронным катодным распылением. Предпочтительно наносить покрытия на панели остекления перед ламинированием. Вместо нанесения электропроводного покрытия на поверхность панели остекления также можно, в принципе, формировать несущую пленку и располагать ее в промежуточном слое.
Если композитная панель остекления должна быть криволинейной, внешнюю панель остекления и внутреннюю панель остекления подвергают воздействию процесса гибки, предпочтительно до ламинирования и предпочтительно перед любыми процессами нанесения покрытия. Предпочтительно изгибать внешнюю панель остекления и внутреннюю панель остекления совместно (то есть, одновременно и на одном и том же станке), поскольку при этом форма панелей остекления будет оптимально согласованной для последующего ламинирования. Типичные температуры для процессов гибки стекла находятся, например, в пределах от 500 °С до 700 °С.
Кроме того, изобретение включает в себя применение композитной панели остекления согласно изобретению в автомобиле, предпочтительно в легковом автомобиле, в качестве ветрового стекла, которое служит поверхностью для проецирования изображения индикатора на лобовом стекле.
Кроме того, изобретение включает в себя проекционную систему индикатора на лобовом стекле (ИЛС). Проекционная система включает в себя по меньшей мере одну композитную панель остекления согласно изобретению и проектор, который направлен на область (В) отображения информации на лобовом стекле. Обычно направление пучка света проектора может изменяться зеркалами, в частности в вертикальном направлении, для согласования проекции изображения с размером тела наблюдателя. Область, в которой глаза наблюдателя должны находиться при определенном положении зеркала, называется «окном визирной рамки». Это окно визирной рамки можно сдвигать вертикально регулировкой зеркал, при этом вся доступная область (то есть, наложение всех возможных окон визирной рамки) называется «визирной рамкой». Наблюдатель, находящийся в пределах визирной рамки, может воспринимать виртуальное изображение. Конечно, это означает, что глаза наблюдателя должны находиться в пределах зрительной рамки, но не все тело.
Технические термины из области техники индикатора на лобовом стекле, используемые в этой заявке, в большинстве случаев известны специалисту в данной области техники. Для получения детального представления можно обратиться к диссертации: Alexander Neumann, “Simulation-based measurement technology for testing head-up displays” в институте Institute of Computer Science at the Technical University of Munich (Munich: University Library of the Technical University of Munich, 2012), в частности, к главе 2 «The head-up display”.
Предпочтительно, чтобы свет проектора попадал на композитную панель остекления при угле падения от 50° до 80°, в частности от 60° до 70°, обычно около 65°, как принято в проекционных системах индикаторов на лобовом стекле. Угол падения представляет собой угол между вектором падения света проектора и поверхностью, нормальной к геометрическому центру области отображения на лобовом стекле.
Поскольку для перехода воздух/стекло угол падения близок к углу Брюстера (57,2° случае калиево-натриевого стекла), только s-поляризованный свет эффективно отражается поверхностями панели остекления. Поэтому проекторы предшествующего уровня техники обычно работают при использовании только s-поляризованного света. Это создает проблему для водителей с надетыми поляризационно-селективными солнечными очками. Им трудно или невозможно воспринимать изображение на индикаторе на лобовом стекле. Чтобы сделать изображение на индикаторе на лобовом стекле видимым независимо от таких солнечных очков, в предпочтительном варианте осуществления для образования изображения на индикаторе на лобовом стекле используется, по меньшей мере частично, p-поляризованный свет, предпочтительно смесь s- и p-поляризованного света. Компоненты s-поляризованного света эффективно отражаются поверхностями панели остекления. Компоненты p-поляризованного света отражаются электропроводным покрытием, в результате чего изображение на индикаторе на лобовом стекле становится видимым даже для носящего поляризационно-селективные солнечные очки. Для наблюдателей без солнечных очков s- и p-поляризованные компоненты складываются, так что изображение на индикаторе на лобовом стекле становится особенно интенсивным.
Проектор расположен на внутренней стороне композитной панели остекления и облучает композитную панель остекления через поверхность внутренней стороны внутренней панели остекления. Он направлен на область отображения на лобовом стекле и облучает ее для образования проекции изображения на индикаторе на лобовом стекле. Предпочтительно, чтобы свет проектора имел p-поляризованный компонент ˃0%. В принципе, p-поляризованный компонент может составлять даже 100%; то есть, проектор может излучать только p-поляризованный свет. Однако для полной интенсивности изображения на лобовом стекле предпочтительно, чтобы свет проектора имел как s-поляризованные, так и p-поляризованные компоненты. В этом случае компоненты p-поляризованного света эффективно отражаются покрытием; а компоненты s-поляризованного света отражаются поверхностями панели остекления. В отдельном случае отношение компонентов p-поляризованного света к компонентам s-поляризованного света можно свободно выбирать в соответствии с требованиями. Например, пропорция p-поляризованного света в суммарном свете проектора составляет от 20% до 100%, предпочтительно от 20% до 80%. В особенно предпочтительном варианте осуществления пропорция p-поляризованного света составляет по меньшей мере 50%, то есть от 50% до 100%, предпочтительно от 50% до 80%, при этом, в частности, гарантируется возможность восприятия водителем с поляризационно-селективными солнечными очками высокоинтенсивного изображения. Указание на направление поляризации относится к плоскости падения света на композитную панель остекления. Выражение «p-поляризованный свет» относится к свету, электрическое поле которого осциллирует в плоскости падения. Выражение «s-поляризованный свет» относится к свету, электрическое поле которого осциллирует перпендикулярно к плоскости падения. Плоскость падения образуется вектором падения и нормалью к поверхности композитной панели остекления в геометрическом центре области отображения на лобовом стекле.
Согласно предпочтительному варианту осуществления электропроводное покрытие оптимизировано в предпочтительном варианте осуществления применительно к отражению p-поляризованного света, чтобы повысить интенсивность изображения на индикаторе на лобовом стекле. Для этого электропроводное покрытие согласно изобретению корректируют, в частности, путем выбора материалов и толщины отдельных слоев, а также структуры последовательностей диэлектрических слоев, чтобы в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм, предпочтительно в спектральном диапазоне от 400 нм до 750 нм, наблюдался только один локальный максимум отражения p-поляризованного света. В частности, этот максимум отражения p-поляризованного света находится в спектральном диапазоне от 510 нм до 550 нм.
Изобретатели заметили, что такое электропроводное покрытие эффективно отражает компоненты p-поляризованного света и кроме того, композитная панель остекления имеет относительно нейтральный цвет при пропускании и отражении. В частности, при использовании покрытия, скорректированного в соответствии с изобретением, можно легко выбирать компонент p-поляризованного света, соответствующий требованиям, предъявляемым в отдельном случае, при этом свет всегда будет оставаться относительно нейтральным. Таким образом, компоненты p-поляризованного света можно выбирать в каждом отдельном случае в зависимости от используемого проектора, длины волны его света, угла падения и геометрии композитной панели остекления, чтобы получать предельную интенсивность. Следовательно, изобретение является легко применимым в различных системах индикаторов на лобовом стекле, и это является большим преимуществом.
Решающее значение для свойств проекционной системы имеет характеристика отражения композитной панели остекления, которая определяется по существу электропроводным покрытием. Спектр отражения измеряют, когда композитная панель остекления снабжена электропроводным покрытием и просветляющим покрытием. Строго говоря, в этой заявке описаны свойства отражения для p- и s-поляризационного света (отражательная способность, локальный максимум отражения), которые относятся не к изолированному электропроводному покрытию, а к композитной панели остекления с электропроводным слоем и просветляющим покрытием.
Отражательная способность описывает пропорцию суммарного падающего света, который отражается. Она указывается в процентах (на основании 100% падающего света) или как безразмерное число от 0 до 1 (нормированное относительно падающего света). Нанесенная на график в зависимости от длины волны, она образует спектр отражения.
Различие между отражательной способностью в случае p-поляризованного света, которая наблюдается при локальном максимуме отражения в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм, и отражательной способностью в случае p-поляризованного света, минимально наблюдаемой в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм, в предпочтительном варианте осуществления составляет самое большее 10%, предпочтительно самое большее 8%. В таком случае кривая отражения является относительно плоской, и это является предпочтительным с точки зрения возможности представления в истинном цвете проецируемого изображения. В этой заявке процентные содержания показывают абсолютные различия отражательной способности (на основании 100% падающего света).
Кроме того, спектр отражения s-поляризованного света должен быть по возможности плоским, то есть не должен иметь резко выраженных максимумов и минимумов, в частности, в спектральном диапазоне от 450 нм до 600 нм. Когда спектры отражения для обоих направлений поляризации являются достаточно плоскими, относительные пропорции s-поляризованного и p-поляризованного света можно выбирать свободно без возникновения сопутствующего нежелательного цветового сдвига. В предпочтительном варианте осуществления отражательная способность в случае s-поляризованного света в спектральном диапазоне от 450 нм до 600 нм является по существу постоянной. В контексте изобретения это означает, что различие между наблюдаемой максимальной отражательной способностью и средним значением и различие между наблюдаемой минимальной отражательной способностью и средним значением составляет самое большее 5%, предпочтительно самое большее 3%, особенно предпочтительно самое большее 1%. В этой заявке процентное содержание показывает абсолютное различие отражательных способностей (на основании 100% падающего света).
В принципе, электропроводное покрытие с предпочтительными характеристиками отражения можно реализовать различными способами, при этом предпочтительно использовать описанные выше слои, но изобретение не ограничено конкретной последовательностью слоев. Ниже представлен особенно предпочтительный вариант осуществления покрытия, при использовании которого достигаются особенно хорошие результаты, в частности, при типичном угле падения света около 65°.
В особенно предпочтительном варианте осуществления проводящее покрытие имеет по меньшей мере четыре, в частности точно четыре, электропроводных слоя. Предпочтительно, чтобы каждый электропроводный слой имел толщину слоя от 3 нм до 20 нм, особенно предпочтительно от 5 нм до 15 нм. Предпочтительно, чтобы суммарная толщина электропроводных слоев была от 20 нм до 50 нм, особенно предпочтительно от 30 нм до 40 нм.
Просветляющий слой между вторым и третьим проводящими слоями значительно толще (предпочтительно от 45 нм до 55 нм), чем просветляющие слои между первым и вторым проводящими слоями и между третьим и четвертым проводящими слоями (предпочтительно от 15 нм до 35 нм, при этом, в частности, один из двух просветляющих слоев имеет толщину от 15 нм до 25 нм; а другой имеет толщину от 25 нм до 35 нм). Особенно предпочтительно, чтобы просветляющий слой между первым и вторым электропроводными слоями имел толщину от 25 нм до 35 нм. Особенно предпочтительно, чтобы просветляющий слой между вторым и третьим электропроводными слоями имел толщину от 45 нм до 55 нм. Особенно предпочтительно, чтобы просветляющий слой между третьим и четвертым электропроводными слоями имел толщину от 15 нм до 25 нм.
Как описано выше, все просветляющие слои, которые расположены между двумя электропроводными слоями, разделены на диэлектрический слой, имеющий показатель преломления меньше чем 2,1 (предпочтительно на основе нитрида кремния) и слой с высоким преломлением света, имеющий показатель преломления больше чем или равный 2,1 (предпочтительно на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния). Предпочтительно, чтобы толщина слоя с высоким преломлением света составляла от 25% до 75% суммарной толщины просветляющих слоев.
Просветляющие слои ниже самого нижнего проводящего слоя и выше самого верхнего проводящего слоя реализованы как одиночные слои при толщине слоя от 10 нм до 25 нм. Предпочтительно, чтобы просветляющий слой ниже самого нижнего проводящего слоя был реализован на основе нитрида кремния толщиной от 15 нм до 25 нм; а просветляющий слой выше самого верхнего проводящего слоя был реализован на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния, толщиной от 8 нм до 18 нм.
Кроме того, особенно предпочтительный вариант осуществления покрытия содержит согласующие слои и сглаживающие слои, а также необязательные блокирующие слои, описанные выше.
Электропроводное покрытие согласно самому предпочтительному варианту осуществления содержит следующую последовательность слоев или состоит из нее, начиная от подложки:
- просветляющий слой на основе нитрида кремния толщиной от 20 нм до 23 нм,
- первый согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- электропроводный слой на основе серебра толщиной от 8 нм до 11 нм,
- необязательно, блокирующий слой на основе NiCr толщиной от 0,1 нм до 0,5 нм,
- второй согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- просветляющий слой толщиной от 28 нм до 32 нм, предпочтительно разделенный на диэлектрический слой на основе нитрида кремния толщиной от 14 нм до 17 нм и слой с высоким преломлением света на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния, толщиной от 14 нм до 17 нм,
- сглаживающий слой на основе смешанного оксида олова-цинка толщиной от 5 нм до 9 нм,
- первый согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- электропроводный слой на основе серебра толщиной от 11 нм до 14 нм,
- необязательно, блокирующий слой на основе NiCr толщиной от 0,1 нм до 0,5 нм,
- второй согласующий слой на основе оксида толщиной от 8 нм до 12 нм,
- просветляющий слой толщиной от 48 нм до 52 нм, предпочтительно разделенный на диэлектрический слой на основе нитрида кремния толщиной от 33 нм до 37 нм и слой с высоким преломлением света на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния, толщиной от 14 нм до 14 нм,
- сглаживающий слой на основе смешанного оксида олова-цинка толщиной от 5 нм до 9 нм,
- первый согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- электропроводный слой на основе серебра толщиной от 8 нм до 11 нм,
- необязательно, блокирующий слой на основе NiCr толщиной от 0,1 нм до 0,5 нм,
- второй согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- просветляющий слой толщиной от 18 нм до 22 нм, предпочтительно разделенный на диэлектрический слой на основе нитрида кремния толщиной от 4 нм до 7 нм и слой с высоким преломлением света на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния, толщиной от 14 нм до 17 нм,
- сглаживающий слой на основе оксида олова-цинка толщиной от 5 нм до 9 нм,
- первый согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- электропроводный слой на основе серебра толщиной от 4 нм до 7 нм,
- необязательно, блокирующий слой на основе NiCr толщиной от 0,1 нм до 0,5 нм,
- второй согласующий слой на основе оксида цинка толщиной от 8 нм до 12 нм,
- просветляющий слой на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния, толщиной от 11 нм до 15 нм.
Когда слой основан на материале, слой состоит большей частью из этого материала с добавлением любых примесей или легирующих добавок.
Наличие просветляющего покрытия влияет на характеристику отражения композитной панели остекления. Предпочтительно корректировать просветляющее покрытие, в частности, путем соответствующего выбора материалов и толщины слоев, чтобы композитная панель остекления с электропроводным покрытием и просветляющим покрытием удовлетворяла предпочтительным требованиям к характеристике отражения, то есть, чтобы, в частности, в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм имелся только один локальный максимум отражения p-поляризованного света, который находится в пределах от 510 нм до 550 нм. Соответственно, это применимо к описанным выше предпочтительным вариантам осуществления.
В особенно предпочтительном варианте осуществления, при использовании которого достигаются хорошие результаты, просветляющее покрытие включает в себя следующие слои, начиная от подложки (то есть, от поверхности внутренней стороны внутренней панели остекления):
- слой (слой с высоким преломлением) на основе нитрида кремния, оксида олова-цинка, нитрида кремния-циркония или оксида титана, предпочтительно на основе нитрида кремния, толщиной от 15 нм до 25 нм, предпочтительно от 18 нм до 22 нм,
- слой (слой с низким преломлением) на основе диоксида кремния толщиной от 15 нм до 25 нм, предпочтительно от 18 нм до 22 нм,
- слой (слой с высоким преломлением) на основе нитрида кремния, оксида олова-цинка, нитрида кремния-циркония или оксида титана, предпочтительно нитрида кремния, толщиной от 90 нм до 110 нм, предпочтительно от 95 нм до 105 нм,
- слой (слой с низким преломлением) на основе диоксида кремния толщиной от 80 нм до 100 нм, предпочтительно от 85 нм до 95 нм.
Ниже изобретение подробно поясняется с обращением к чертежам и примерам вариантов осуществления. Чертежи представляют собой схематичные изображения и выполнены не в масштабе. Чертежи не ограничивают изобретение.
На чертежах:
фиг. 1 - поперечное сечение композитной панели остекления согласно изобретению;
фиг. 2 - композитная панель остекления фиг. 1 как часть проекционной системы индикатора на лобовом стекле;
фиг. 3 - вид сверху композитной панели остекления фиг. 1 и 2;
фиг. 4 - поперечное сечение предпочтительного электропроводного покрытия;
фиг. 5 - поперечное сечение предпочтительного просветляющего покрытия; и
фиг. 6 - спектры отражения для композитной панели остекления с электропроводным покрытием согласно фиг. 4 и композитной панели остекления с электропроводным покрытием предшествующего уровня техники.
На фиг. 1 показан вариант осуществления композитной панели 10 остекления согласно изобретению, которая образована в качестве ветрового стекла легкового автомобиля. Композитная панель 10 остекления образована из внешней панели 1 остекления и внутренней панели 2 остекления, которые соединены друг с другом термопластичным промежуточным слоем 3. В положении установки внешняя панель 1 остекления обращена к внешней среде; внутренняя панель 2 остекления обращена к салону автомобиля. Внешняя панель 1 остекления имеет поверхность I внешней стороны, которая обращена к внешней среде в положении установки, и поверхность II внутренней стороны, которая обращена к салону в положении установки. Таким же образом внутренняя панель 2 остекления имеет поверхность III внешней стороны, которая обращена к внешней среде в положении установки, и поверхность IV внутренней стороны, которая обращена к салону в положении установки. Нижний край U композитной панели 10 остекления расположен внизу и ориентирован по направлению к двигателю легкового автомобиля; ее верхний край О расположен наверху и ориентирован по направлению к крыше.
Внешняя панель 1 остекления и внутренняя панель 2 остекления выполнены, например, из калиево-натриевого стекла. Например, внешняя панель 1 остекления имеет толщину 2,1 мм; внутренняя панель 2 остекления имеет толщину 1,6 мм. Промежуточный слой 3 выполнен из одного слоя 3а термопластичного материала, например, из пленки поливинилбутираля (ПВБ) толщиной 0,76 мм (измеряемой на нижнем краю U). Промежуточный слой 3 является клиновидным с таким углом α клина, что толщина промежуточного слоя 3 и поэтому всей композитной панели 10 остекления возрастает от низа к верху.
Кроме того, композитная панель 10 остекления включает в себя электропроводное покрытие 20, которое нанесено на поверхность III внешней стороны внутренней панели 2 остекления и образовано, например, как отражающее инфракрасное излучение покрытие или как нагреваемое покрытие. Композитная панель остекления также включает в себя просветляющее покрытие 30, которое нанесено на поверхность IV внутренней стороны внутренней панели 2 остекления.
На фиг. 2 показана проекционная система согласно изобретению для индикатора на лобовом стекле. В дополнение к композитной панели 10 остекления фиг. 1 проекционная система включает в себя проектор 4, который направлен в область В композитной панели 10 остекления. В области В, обычно называемой областью отображения на лобовом стекле, проектор 4 может создавать изображения, которые воспринимаются наблюдателем 5 (водителем автомобиля) как виртуальные изображения на стороне композитной панели 10 остекления, обращенной от него, если его глаза находятся внутри так называемой визирной рамки Е.
В типичных проекционных системах свет проектора 4 в каждом случае частично отражается на поверхности IV внутренней стороны внутренней панели 2 остекления (первичное отражение) и на поверхности I внешней стороны внешней панели 1 остекления (вторичное отражение). В композитной панели 10 остекления предшествующего уровня техники два отражения приводят к двум проекциям визуальных изображений на лобовом стекле, смещенным относительно друг друга (первичного изображения и так называемого паразитного изображения), и это рассеивает внимание наблюдателя 5. С помощью просветляющего покрытия 30 отражение на поверхности IV внутренней стороны внутренней панели 2 остекления существенно снижается. Как и в случае поверхностей стекла, только поверхность I внешней стороны внешней панели 1 остекления вносит вклад в изображение, генерируемое на индикаторе на лобовом стекле. Вследствие двух внешних поверхностей I, IV стекла воспринимаемое паразитное изображение отсутствует или паразитное изображение является всего лишь слабо воспринимаемым.
Однако электропроводное покрытие 20 на поверхности II внешней стороны внутренней панели 2 остекления создает дополнительную отражающую поверхность для света проектора 4. В композитных панелях остекления с параллельными поверхностями предшествующего уровня техники это также будет приводить к образованию паразитного изображения. Чтобы исключить или по меньшей мере ослабить его, промежуточный слой 3 является клиновидным. Толщина промежуточного слоя 3 непрерывно возрастает в пределах вертикальной протяженности его от нижнего края U к верхнему краю О. На чертежах для простоты показано линейное возрастание толщины, но также могут иметься более сложные профили. Угол α клина представляет собой угол между двумя поверхностями промежуточного слоя и составляет, например, около 0,5 мрад. Вследствие клиновидного промежуточного слоя, который приводит к расположению под углом двух отражающих поверхностей I, IV, первичное изображение и паразитное изображение идеально точно накладываются или по меньшей мере расстояние между ними уменьшается.
На фиг. 3 показан вид сверху композитной панели 10 остекления фиг. 1. Видны верхний край О, нижний край U и область В отображения на лобовом стекле.
Свет проектора 4 содержит смесь s-поляризованных и p-поляризованных компонентов. Поскольку проектор 4 облучает композитную панель 10 остекления при угле падения около 65°, который близок к углу Брюстера, s-поляризованные компоненты света отражаются преимущественно поверхностями композитной панели 10 остекления. С другой стороны, электропроводное покрытие 20 оптимизировано для отражения p-поляризованных компонентов света. Следовательно, наблюдатель 5 с поляризационно-селективными солнцезащитными очками, которые обеспечивают прохождение только p-поляризованного света, может воспринимать проекцию визуального изображения на индикаторе на лобовом стекле. Дело обстоит не так в случае проекционных систем предшествующего уровня техники, которые работают только при s-поляризованном свете. Наблюдатель 5 без солнечных очков видит сумму s-поляризованного и p-поляризованного света, так что для него не снижается интенсивность проекции визуального изображения на индикаторе на лобовом стекле.
Покрытие 20 является особенно оптимизированным для отражения p-поляризованного света, если всего лишь один локальный максимум отражения p-поляризованного света спектрального диапазона от 400 нм до 650 нм находится в пределах от 510 нм до 550 нм.
На фиг. 4 показана последовательность слоев электропроводного покрытия 20 согласно варианту осуществления, которое оптимизировано для отражения p-поляризованного света. Покрытие 20 содержит четыре электропроводных слоя 21 (21.1, 21.2, 21.3, 21.4). В каждом случае каждый электропроводный слой 21 расположен между двумя из суммарных пяти просветляющих слоев 22 (22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5). В каждом случае просветляющие слои 22.2, 22.3, 22.4, которые расположены между двумя электропроводными слоями 21, разделены на диэлектрический слой 22а (22а.2, 22а.3, 22а.4) и слой 22b (22b.2, 22b.3, 22b.4) с высоким преломлением света. Кроме того, покрытие 20 содержит три сглаживающих слоя 23 (23.2, 23.3, 23.4), четыре первых согласующих слоя 24 (24.1, 24.2, 24.3, 24.4), четыре вторых согласующих слоя 25 (25.2, 25.3, 25.4, 25.5) и четыре блокирующих слоя 26 (26.1, 26.2, 26.3, 26.4).
Последовательность слоев можно схематично видеть на чертеже. Кроме того, последовательность слоев композитной панели 10 остекления с покрытием 20 на поверхности III внешней стороны внутренней панели 2 остекления представлена наряду с материалами и толщиной отдельных слоев в таблице 1 (в столбце «пример»). В таблице 1 также представлена последовательность слоев электропроводного покрытия, используемого в настоящее время (в столбце «сравнительный пример»). Можно видеть, что предпочтительные отражающие свойства покрытия 20 достигаются путем соответствующей оптимизации толщины отдельных слоев.
На фиг. 5 показана последовательность слоев просветляющего покрытия 30, содержащего два слоя 31 (31.1, 31.2) с высоким преломлением и два слоя 32 (32.1, 32.2) с низким преломлением. На чертеже можно схематично видеть последовательность слоев. Последовательность слоев композитной панели 10 остекления согласно изобретению с электропроводным покрытием 20 на поверхности III внешней стороны внутренней панели 2 остекления и просветляющим покрытием 30 на поверхности IV внутренней стороны внутренней панели 2 остекления также представлена в таблице 2 наряду с материалами и толщиной отдельных слоев. Просветляющее покрытие 30 выполнено так, что оно не сдвигает существенно спектр отражения композитной панели 10 остекления в случае p-поляризованного света, в результате чего предпочтительные свойства, связанные с p-поляризованным светом, все же сохраняются.
Таблица 1
| Материал | Номер позиции | Толщина слоя | ||
| Пример | Сравнительный пример | |||
| Стекло | 1 | |||
| ПВБ | 3 | |||
| SiZrN | 20 | 22.5 | 12,3 нм | 25,2 нм |
| ZnO | 25.5 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| NiCr | 26.4 | 0,2 нм | 0,2 нм | |
| Ag | 21.4 | 5,3 нм | 14,1 нм | |
| ZnO | 24.4 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| SnZnO:Sb | 23.4 | 7,0 нм | 7,0 нм | |
| SiZrN | 22b.4 | 22.4 | 15,0 | 22,9 нм |
| SiN | 22a.4 | 5,2 нм | 29,8 нм | |
| ZnO | 25.4 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| NiCr | 26.3 | 0,2 нм | 0,2 нм | |
| Ag | 21.3 | 9,6 нм | 14,2 нм | |
| ZnO | 24.3 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| SnZnO:Sb | 23.3 | 7,0 нм | 7,0 нм | |
| SiZrN | 22b.3 | 22.3 | 15,0 нм | 20,1 нм |
| SiN | 22a.3 | 35,1 нм | 29,6 нм | |
| ZnO | 25.3 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| NiCr | 26.2 | 0,2 нм | 0,2 нм | |
| Ag | 21.2 | 12,4 нм | 17,1 нм | |
| ZnO | 24.2 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| SnZnO:Sb | 23.2 | 7,0 нм | 7,0 нм | |
| SiZrN | 22b.2 | 22.2 | 15,0 нм | 19,4 нм |
| SiN | 22a.2 | 15,5 нм | 34,1 нм | |
| ZnO | 25.2 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| NiCr | 26.1 | 0,2 нм | 0,2 нм | |
| Ag | 21.1 | 9,5 нм | 11,7 нм | |
| ZnO | 24.1 | 10,0 нм | 10,0 нм | |
| SiN | 22.1 | 21,2 нм | 28,8 нм | |
| Стекло | 2 | 1,6 нм | 1,6 нм |
Таблица 2
| Материал | Номер позиции | Толщина слоя | |
| SiO | 330 | 32.2 | 92,7 нм |
| SiN | 31.2 | 102,2 нм | |
| SiO | 32.1 | 20,5 нм | |
| SiN | 31.1 | 19,9 нм | |
| Стекло | 2 | ||
| 20 | (См. таблицу 1) | ||
| ПВБ | 3 | ||
| Стекло | 1 |
На фиг. 6 показан спектр отражения композитной панели 10 остекления с проводящим покрытием 20 предшествующего уровня техники согласно сравнительному примеру и предпочтительным проводящим покрытием 20 согласно примеру (сравните с таблицей 1) в случае p-поляризованного света (часть а) и в случае s-поляризованного света (часть b). Спектры измеряли на внутренней стороне при угле падения 65°, тем самым моделировали характеристику отражения для проектора индикатора на лобовом стекле.
Покрытие предшествующего уровня техники согласно сравнительному примеру, используемое в настоящее время, имеет в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм в случае p-поляризованного света два локальных максимума отражения: при 476 нм и при 600 нм. Различие между отражательной способностью при локальном максимуме отражения и минимальной наблюдаемой отражательной способностью в случае p-поляризованного света в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм значительно больше чем 10%.
В противоположность этому предпочтительное покрытие согласно примеру имеет в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм в случае p-поляризованного света только один локальный максимум отражения. Локальный максимум отражения находится при 516 нм, то есть в спектральном диапазоне зеленого света, в котором глаз человека является особенно чувствительным. Различие между отражательной способностью при локальном максимуме отражения и минимальной наблюдаемой отражательной способностью в случае p-поляризованного света в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм составляет только 6,7%.
Кроме того, в случае s-поляризованного света спектр отражения предпочтительного покрытия является значительно более плоским, чем спектр отражения покрытия предшествующего уровня техники в спектральном диапазоне от 450 нм до 660 нм. Различие между максимальной наблюдаемой отражательной способностью и средним значением составляет 0,4%; различие между минимальной наблюдаемой отражательной способностью и средним значением составляет 0,3%.
При помощи предпочтительного варианта осуществления покрытия из примера образуют изображение с нейтральными цветами на индикаторе на лобовом стекле. Кроме того, относительные пропорции s-поляризованного и p-поляризованного света можно свободно выбирать вне связи со смещением цвета или другими нежелательными эффектами. Поэтому компоненты света являются регулируемыми специалистами в данной области техники в соответствии с требованиями отдельного случая без наложения ограничений, связанных с покрытием. Отношение можно задавать таким, при котором достигается оптимальная интенсивность проекции изображения на индикаторе на лобовом стекле для водителей с поляризационно-селективными солнечными очками и без них.
В таблице 3 представлена суммарная отражательная способность при различных пропорциях поляризации света проектора, с одной стороны, для композитной панели остекления предшествующего уровня техники (покрытие 20 точно определено в таблице 1 в столбце «сравнительный пример», просветляющее покрытие 30 отсутствует), с другой стороны, для композитной панели остекления согласно изобретению (покрытие 20 точно определено в таблице 1 в столбце «пример», структура с просветляющим покрытием 30 точно определена в таблице 2). Ясно видно, что отражательная способность в случае p-поляризованного света (воспринимаемого наблюдателем с поляризационно-селективными солнечными очками) значительно повышается при любом поляризационном отношении. Отражательная способность в случае s- и p-поляризованного света (воспринимаемого наблюдателем без поляризационно-селективных солнечных очков) также повышается, начиная с пропорции p-поляризации, составляющей 50%. В целом получается более интенсивное изображение.
Таблица 3
| Компоненты света проектора | Суммарная отражательная способность, % | ||||
| Сравнительный пример | Пример | ||||
| p | S | s+p | p | s+p | p |
| 0 | 100 | 33,1 | 0 | 26,4 | 0,0 |
| 10 | 90 | 30,5 | 0,7 | 25,4 | 1,6 |
| 20 | 80 | 27.9 | 1,4 | 24,4 | 3,3 |
| 30 | 70 | 25,3 | 2,1 | 23,4 | 4,9 |
| 40 | 60 | 22,7 | 2,8 | 22,4 | 6,6 |
| 50 | 50 | 20,1 | 3,5 | 21,4 | 8,2 |
| 60 | 40 | 17,4 | 4,2 | 20,4 | 9,8 |
| 70 | 30 | 14,8 | 4,9 | 19,4 | 11,5 |
| 80 | 20 | 12,2 | 5,6 | 18,4 | 13,1 |
| 90 | 10 | 9,6 | 6,3 | 17,4 | 14,8 |
| 100 | 0 | 7,0 | 7,0 | 16,4 | 16,4 |
Перечень позиций:
(10) - композитная панель остекления;
(1) - внешняя панель остекления;
(2) - внутренняя панель остекления;
(3) - термопластичный промежуточный слой;
(3а) - слой термопластичного материала, относящийся к промежуточному слою;
(4) - проектор;
(5) - наблюдатель/водитель автомобиля;
(20) - электропроводное покрытие;
(21) - электропроводный слой
(21.1), (21.2), (21.3), (21.4) → 1., 2., 3., 4. - электропроводный слой;
(22) - просветляющий слой;
(22.1), (22.2), (22.3), (22.4), (22.5) → 1., 2., 3., 4., 5. - просветляющий слой;
(22а) - диэлектрический слой просветляющего слоя 4;
(22a.2), (22a.3), (22a.4) → 1., 2., 3. - диэлектрический слой;
(22b) - слой с высоким преломлением света просветляющего слоя 4;
(22b.2), (22b.3), (22b.4) → 1., 2., 3. - слой с высоким преломлением света;
(23) - сглаживающий слой;
(23.2), (23.3), (23.4) → 1., 2., 3. сглаживающий слой;
(24) - первый согласующий слой;
(24.1), (24.2), (24.3), (24.4) → 1., 2., 3., 4. - первый согласующий слой;
(25) - второй согласующий слой;
(25.2), (25.3), (25.4), (25.5) → 1., 2., 3., 4. - второй согласующий слой;
(26) - блокирующий слой;
(26.1), (26.2), (26.3), (26.4) → 1., 2., 3., 4. - блокирующий слой;
(30) - просветляющее покрытие;
(31) - слой с высоким преломлением просветляющего покрытия 30;
(31.1), (31.2) → 1., 2. - слой с высоким преломлением;
(32) - слой с низким преломлением просветляющего покрытия 30;
(32.1), (32.2) → 1., 2. - слой с низким преломлением;
(О) - верхний край композитной панели 10 остекления;
(U) - нижний край композитной панели 10 остекления;
(В) - область отображения на лобовом стекле композитной панели 10 остекления;
(Е) - визирная рамка;
(I) - поверхность внешней стороны внешней панели 1 остекления, обращенная от промежуточного слоя 3;
(II) - поверхность внутренней стороны внешней панели 1 остекления, обращенная к промежуточному слою 3;
(III) - поверхность внешней стороны внутренней панели 2 остекления, обращенная к промежуточному слою 3;
(IV) - поверхность внутренней стороны внутренней панели 2 остекления, обращенная от промежуточного слоя 3;
α - угол клина.
1. Композитная панель (10) с верхним краем (О), нижним краем (U) и областью (В) отображения на лобовом стекле для индикатора на лобовом стекле,
содержащая по меньшей мере внешнюю панель (1) остекления и внутреннюю панель (2) остекления, которые соединены друг с другом термопластичным промежуточным слоем (3), и прозрачное электропроводное покрытие (20) на поверхности (III) внутренней панели (2) остекления, обращенной к промежуточному слою (3), или внутри промежуточного слоя (3),
в которой промежуточный слой (3) образован по меньшей мере одним слоем (3а) термопластичного материала, который расположен между электропроводным покрытием (20) и внешней панелью (1) остекления,
в которой толщина слоя (3а) термопластичного материала является переменной с углом (α) клина в пределах его вертикальной протяженности между нижним краем (U) и верхним краем (О), по меньшей мере в области (В) отображения на лобовом стекле, и
в которой просветляющее покрытие (30) нанесено на поверхность (IV) внутренней панели (2) остекления, обращенную от промежуточного слоя (3).
2. Композитная панель (10) остекления по п. 1, в которой угол (α) клина является надлежащим для наложения отражений на электропроводном покрытии (20) и на поверхности (I) внешней стороны внешней панели (1) остекления или для по меньшей мере уменьшения расстояния между ними.
3. Композитная панель (10) остекления по п. 1 или 2, в которой электропроводное покрытие (20) включает в себя по меньшей мере два, предпочтительно по меньшей мере три, особенно предпочтительно по меньшей мере четыре электропроводных слоя (21), которые в каждом случае расположены между двумя диэлектрическими слоями или последовательностями слоев.
4. Композитная панель (10) остекления по одному из пп. 1-3, в которой просветляющее покрытие (30) образовано из расположенных с чередованием слоев с различными показателями преломления.
5. Проекционная система для индикатора на лобовом стекле (ИЛС), содержащая по меньшей мере композитную панель (10) остекления по одному из пп. 1-4 и проектор (4), который направлен на область (В) отображения на лобовом стекле.
6. Проекционная система по п. 5, в которой свет проектора (4) имеет по меньшей мере один p-поляризованный компонент и в которой композитная панель (10) остекления в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм имеет только один локальный максимум отражения p-поляризованного света, который находится в пределах от 510 нм до 550 нм.
7. Проекционная система по п. 6, в которой в спектральном диапазоне от 400 нм до 650 нм различие между отражательной способностью при локальном максимуме отражения и минимальной наблюдаемой отражательной способностью в случае p-поляризованного света составляет самое большее 10%, предпочтительно самое большее 8%.
8. Проекционная система по п. 6 или 7, в которой отражательная способность в случае s-поляризованного света в спектральном диапазоне от 450 нм до 600 нм является по существу постоянной, так что различие между максимальной наблюдаемой отражательной способностью и средним значением, а также различие между минимальной наблюдаемой отражательной способностью и средним значением составляет самое большее 5%, предпочтительно самое большее 3%, особенно предпочтительно самое большее 1%.
9. Проекционная система по одному из пп. 5-8, в которой пропорция p-поляризованного света в суммарном свете проектора (4) составляет от 20% до 80%, особенно предпочтительно от 50% до 80%.
10. Проекционная система по одному из пп. 5-9, в которой электропроводное покрытие (20) включает в себя по меньшей мере четыре электропроводных слоя (21), которые в каждом случае расположены между двумя диэлектрическими слоями или последовательностями слоев.
11. Проекционная система по п. 10, в которой электропроводные слои (21) основаны на серебре и в каждом случае имеют толщину от 5 до 15 нм, при этом суммарная толщина всех электропроводных слоев (21) составляет от 20 нм до 50 нм.
12. Проекционная система по п. 10 или 11, в которой каждая последовательность диэлектрических слоев включает в себя просветляющий слой (22) и в которой
просветляющий слой (22.1) ниже первого электропроводного слоя (21.1) имеет толщину от 15 нм до 25 нм,
просветляющий слой (22.2) между первым и вторым электропроводными слоями (21.1, 21.2) имеет толщину от 25 до 35 нм,
просветляющий слой (22.3) между вторым и третьим электропроводными слоями (21.2, 21.3) имеет толщину от 45 нм до 55 нм,
просветляющий слой (22.4) между третьим и четвертым электропроводными слоями (21.3, 21.4) имеет толщину от 15 нм до 25 нм и
просветляющий слой (22.5) выше четвертого электропроводного слоя (21.4) имеет толщину от 8 нм до 18 нм.
13. Проекционная система по одному из пп. 10-12, в которой все просветляющие слои (22.2, 22.3, 22.4), которые расположены между двумя электропроводными слоями (21), разделены на диэлектрический слой (22а), имеющий показатель преломления меньше чем 2,1, предпочтительно на основе нитрида кремния, и слой (22b) с высоким преломлением света, имеющий показатель преломления больше чем или равный 2,1, предпочтительно на основе смешанного нитрида кремния/металла, такого как нитрид кремния-циркония или нитрид кремния-гафния.
14. Проекционная система по одному из пп. 5-13, в которой просветляющее покрытие (30) включает в себя следующие слои, начиная от внутренней панели (2) остекления:
слой (31.1) с высоким преломлением на основе нитрида кремния толщиной от 15 нм до 25 нм, предпочтительно от 18 нм до 22 нм,
слой (32.1) с низким преломлением на основе диоксида кремния толщиной от 15 нм до 25 нм, предпочтительно от 18 нм до 22 нм,
слой (31.2) с высоким преломлением на основе нитрида кремния толщиной от 90 нм до 110 нм, предпочтительно от 95 нм до 105 нм,
слой (32.2) с низким преломлением на основе диоксида кремния толщиной от 80 нм до 100 нм, предпочтительно от 85 нм до 95 нм.
15. Применение композитной панели остекления по одному из пп. 1-4 в автомобиле, предпочтительно в легковом автомобиле, в качестве ветрового стекла, которое служит поверхностью проецирования изображения на лобовое стекло.
