ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ ПЛЕНКА ДЛЯ ЛАМИНИРОВАННОГО ОКОННОГО СТЕКЛА
THERMOPLASTIC FILM FOR LAMINATED WINDOW GLASS

Изобретение относится к термопластичной пленке, пригодной для использования в качестве промежуточного слоя ламинированного многослойного оконного стекла, способу ее производства, ламинированному оконному стеклу, а также к способу его производства и его использованию.
Ламинированные оконные стекла в настоящее время находят широкое применение, в частности, в транспортном машиностроении. Термин «транспортное средство» толкуется расширительно и относится, помимо прочего, к дорожным транспортным средствам, самолетам, судам, сельскохозяйственным машинам или другому рабочему оборудованию.
Ламинированное оконное стекло также используется в других отраслях. К ним относятся, например, архитектурное остекление, а также информационные дисплеи, например, в музеях, а также рекламные дисплеи.
Как правило, ламинированное оконное стекло включает две стеклянные поверхности, наложенные на промежуточный слой. Сами стеклянные поверхности могут быть изогнутыми и обычно имеют постоянную толщину. Промежуточный слой обычно содержит термопластичный материал, как правило, поливинилбутираль (PVB), заданной толщины, например, 0,76 мм.
Поскольку ламинированное оконное стекло обычно наклонено относительно наблюдателя, возникает двойное изображение. Причиной двойного изображения является то, что падающий свет обычно не проходит полностью сквозь обе стеклянные поверхности, напротив, по меньшей мере, часть света сначала отражается, и только после этого проходит сквозь вторую стеклянную поверхность.
Двойное изображение заметно, в частности, в темноте, особенно при наличии сильных источников света, таких как, например, фары встречных автомобилей.
Двойное изображение является чрезвычайно отвлекающим. В частности, двойное изображение в области окна камеры приводит к искажению информации. Окном камеры называют область окна, за которой установлена фотокамера, регистрирующая изображение окружающей обстановки. Окна камеры имеют большое значение, например, в области самоуправляющихся транспортных средств.
Ламинированное оконное стекло также часто используют для дисплеев на ветровом стекле (head–up display – HUD), предназначенных для отображения информации. В этом случае изображение проецируют при помощи проекционного аппарата на ламинированное оконное стекло с целью введения данных в поле зрения наблюдателя. В области автомобилестроения проекционный аппарат устанавливают, например, на приборной панели так, что проецируемое изображение отражается от ближайшей стеклянной поверхности ламинированного оконного стекла, наклоненного в направлении наблюдателя.
Однако, и в этом случае часть света проходит в ламинированное оконное стекло и затем отражается, например, от внутреннего пограничного слоя стеклянной поверхности, более удаленной от точки зрения наблюдателя, и от промежуточного слоя, и затем выходит из ламинированного оконного стекла со смещением.
При этом также возникает эффект фантомного изображения, соотносящегося с подлежащим отображению изображением.
Обычная компенсация фантомных изображений посредством клинообразной пленки с переменным углом клина приводит к тому, что в проходящем свете наблюдается сверхкомпенсация двойного изображения. В результате, соответствующий наблюдатель может быть сбит с толку или, в худшем случае, получить ложную информацию. К настоящему времени уже сделаны попытки решить эту проблему путем расположения поверхностей стекла не параллельно, как раньше, а под заданным углом. Для этого, например, применяют промежуточный слой, имеющий линейно и/или нелинейно увеличивающуюся и/или уменьшающуюся толщину. В области автомобилестроения эту толщину, обычно, изменяют так, что наименьшая толщина соответствует нижнему концу ламинированного окна, обращенного к отсеку двигателя, и увеличивается в направлении крыши, другими словами, промежуточный слой имеет клинообразную форму.
Ламинированные оконные стекла этого типа с клинообразным промежуточным слоем и оптические принципы, на которых они основаны, сами по себе известны и описаны, например, в международных патентных заявках WO 2015/086234 A1, WO 2015/086233 A1 и WO 2009/071135 A1, американских патентах US 8,451,541 B2, US 7,060,343 B2, US 6,881,472 B2, US 6,636,370 B2 и US 5,013,134 или германских опубликованных заявках на патент DE 196 11 483 A1 и DE 195 35 053 A1.
Необходимое изменение угла клина и получаемого в результате профиля толщины промежуточного слоя необходимо рассчитывать отдельно для каждого варианта формы окна. К настоящему времени, профиль толщины, соответствующий изобретению, получают при помощи надлежащих щелевых сопел в ходе экструзии пленки или путем селективного вытягивания нагретой пленки с определенным профилем температуры. Эти способы также могут быть объединены, например, путем создания профиля толщины в одном направлении, используя соответствующее щелевое сопло во время экструзии, и последующего вытягивания пленки в другом направлении.
Однако, производство такого типа сопряжено с проблемами.
Когда полученную пленку сматывают в рулон для хранения и транспортировки, рулоны имеют выраженную коническую форму, из–за чего возникают трудности в обращении с ними и при транспортировке. Чтобы исключить эти проблемы, в европейском патенте ЕР 0 647 329 B1 предложено производить пленку, имеющую одинаковый профиль толщины на обоих концах по ширине, по меньшей мере, на 20% всей ширины, после чего следует клинообразный профиль толщины, который в каждом случае доходит до центра полотна пленки.
Из европейского патента ЕР 1 063 205 B1 известен способ производства пленки для промежуточного слоя ламинированного стекла, при этом, исходный состав для изготовления пленки промежуточного слоя подают в производственную систему, которая включает экструдер, экструзионную головку, первый охлаждающий прижимной ролик, второй охлаждающий прижимной ролик, при этом, каждый из двух прижимных роликов имеет габаритную ширину, отрегулированную в соответствии с необходимым профилем поперечного сечения производимой пленки для промежуточного слоя. Однако, при этом имеется риск того, что термопластичный материал слишком охладится на охлаждающих прижимных роликах, и будет получен неудовлетворительный результат.
Еще одним недостатком, свойственным известным клинообразным термопластичным пленкам, является то, что зона клинообразного профиля в смотровом окне HUD намного больше, чем необходимо для оптимального подавления фантомных изображений. Кроме этого, производство пленки с двумя областями с различным образом изменяющимся углом клина, как это необходимо, например, в варианте применения ламинированного оконного стекла в зоне HUD и окне камеры, очень сложно. В европейском патенте ЕР 2 883 693 A1 предлагается отрезать часть, предназначенную для области HUD, от пленки, после чего заменять ее областью с клинообразным профилем. Однако предложений по выполнению клинообразного профиля не сделано. Кроме этого, в точках соединения пленок образуются отвлекающие видимые переходы.
Целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованной термопластичной пленки, имеющей, по меньшей мере, одну область с переменным углом клина, и способа ее производства.
Эта цель, в соответствии с изобретением, достигается посредством пленки, соответствующей независимому пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения отражены в зависимых пунктах формулы изобретения.
max
max
Изобретением обеспечивается термопластичная пленка (F), пригодная для производства ламинированного оконного стекла, включающая, по меньшей мере, заданную область, предусмотренную для окна камеры или области HUD (дисплея на ветровом стекле). Заданная область характеризуется отличным от нуля углом клина. Угол клина в заданной области может быть постоянным. Этот вариант особенно прост в производстве. Предпочтительно, угол клина в заданной области переменный. Так, толщина h2 термопластичной пленки в заданной области также изменяется. Максимальную толщину, h2, измеряют в точке, где термопластичная пленка в заданной области наиболее толстая. Вблизи заданной области расположена окружающая область, в которой термопластичная пленка имеет постоянную толщину h1. Максимальная толщина, h2, в заданной области меньше, чем толщина h1 термопластичной пленки в окружающей области. Пленка, соответствующая изобретению, таким образом, имеет, по существу, постоянную толщину h1 за исключением, по меньшей мере, одной заданной области, в которой пленка тоньше, чем где–либо в окружающей области. Предпочтительно, заданная область со всех сторон охватывается окружающей областью, другими словами, заданная область окружена окружающей областью. Относительно случая установки в готовом окне автомобиля это означает, что заданная область непосредственно граничит с окружающей областью вверху (край крыши), внизу, справа и слева.
Особенно хорошие результаты получены при использовании пленки, соответствующей изобретению, в качестве промежуточного слоя ламинированного оконного стекла, поскольку толщина ламинированного оконного стекла изменяется только в заданной области, и увеличения толщины не происходит. В частности, в тех случаях, когда заданная область в ламинированном оконном стекле предназначена для краевой области (10% расстояния от края стекла относительно общей высоты идущего далее стекла), такое увеличение толщины могло бы вызывать проблемы. В частности, возникают зрительные преимущества, поскольку, например, переход к корпусу автомобиля по краю крыши должен происходить насколько это возможно гладко. В случае окон, которые у верхнего края толще, чем у нижнего, для компенсации различий нужны сложные мероприятия.
Угол клина представляет собой угол между поверхностями пленки, измеренный в определенной точке. Тот факт, что угол клина в заданной области не равен нулю, означает, что, по существу, угол клина в заданной области отличен от нуля. Это не исключает тот факт, что в заданной области имеются индивидуальные точки, в которых угол клина равен нулю. В случае профиля с переменным углом клина, после увеличения угла клина происходит переход к уменьшению угла клина в соответствующей точке перегиба, в точке, где угол клина равен нулю.
Толщина термопластичной пленки в заданной области непостоянна, напротив, она изменяется. Угол клина в заданной области, предпочтительно, переменный и изменяется в зависимости от места. Предпочтительно, угол клина изменяется в двух направлениях, идущих перпендикулярно друг другу (двунаправленный клин). В случае последующего использования в качестве ветрового стекла, эти два направления соответствуют вертикальному направлению (от края крыши к капоту двигателя, т.е., сверху вниз) и горизонтальному направлению (справа налево).
Окружающая область является областью, непосредственно прилегающей к заданной области. Заданная область охватывается окружающей областью. Обычно, площадь окружающей области больше, чем площадь заданной области.
В окружающей области термопластичная пленка имеет, по существу, постоянную толщину. Это не исключает тот факт, что пленка имеет некоторые, связанные с процессом производства неровности в окружающей области. Однако, связанные с процессом производства неровности отличаются от запланированного уменьшения толщины в смежной области. Толщина h1 в окружающей области составляет, предпочтительно, от 50 мкм до 2000 мкм, особенно предпочтительно, от 300 мкм до 850 мкм, обычно, от 380 мкм до 760 мкм. Пленки такой толщины позволяют получить особенно прочное ламинированное оконное стекло.
Термопластичная пленка, соответствующая изобретению, включает одну или множество заданных областей, в которых профиль угла клина модифицирован по необходимости.
При использовании в ламинированном оконном стекле, термопластичная пленка, соответствующая изобретению, простирается на всю поверхность оконного стекла. Размеры определяются соответствующим предполагаемым применением и размером готового ламинированного оконного стекла. Предпочтительно, эти размеры составляют: в длину от 0,25 м до 5 м, в ширину от 0,25 м до 4 м.
Термопластичная пленка может быть образована из одной или множества плоских термопластичных пленок, размещенных одна поверх другой.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения термопластичная пленка содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилбутираля (PVB), этиленвинилацетата (EVA), полиэтилентерефталата (PET), полиуретана (PU), полипропилена (PP), полиакрилата, полиэтилена (PE), поликарбоната (PC), полиметилметакрилата, поливинилхлорида, полиацетальных смол, герметизирующих смол, полиакрилатов, фторированных сополимеров этилен–пропилен, поливинилфторида, сополимеров этилен–тетрафторэтилен, а также их сополимеров и смесей. Особенно предпочтительно, термопластичная пленка изготовлена, по существу, из PVB. В том случае она особенно хорошо подходит для использования в качестве промежуточного слоя для ламинированного оконного стекла и обеспечивает хорошие результаты.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения термопластичная пленка обладает шумоподавляющим эффектом. В результате, передача шумов через ламинированное оконное стекло, снабженное такой термопластичной пленкой, может быть выгодным образом уменьшена, что означает, что может быть уменьшено отвлекающее воздействие шумов окружающей среды и дорожного движения. Такой эффект может быть достигнут посредством многослойной пленки, например, трехслойной термопластичной пленки, в которой внутренний слой (акустический слой) обладает большей пластичностью или эластичностью, чем другие окружающие его слои, например, в результате более высокого содержания пластификаторов. Особенно предпочтительно, термопластичная пленка имеет многослойную структуру, в частности, трехслойную структуру.
min
В предпочтительном варианте осуществления изобретения разность толщины Δh2 между толщиной h1 термопластичной пленки в окружающей области и толщиной в точке с наименьшей толщиной в заданной области составляет от 0,10 мм до 0,30 мм, предпочтительно, от 0,15 мм до 0,25 мм. Благодаря такой минимальной разности толщины ламинированное оконное стекло может быть ламинировано идеально без создания критических напряжений.
2
2
Заданная область, предназначенная для HUD, предпочтительно, занимает площадь от 10000 мм до 200000 мм. Предпочтительно, в ветровом стекле для автомобилей область HUD расположена на стороне водителя.
Область HUD обычно располагают на стороне водителя в области сквозной видимости ламинированного оконного стекла. Термин «область сквозной видимости» означает область окна, предназначенную и пригодную для сквозного обзора. В частности, область сквозной видимости окна является прозрачной, не имеет матовых участков, покрытий, таких как обычный периферический маскирующий растровый оттиск в краевой области. В контексте изобретения, «прозрачный» означает стекло с коэффициентом пропускания в видимом диапазоне спектра >70%.
Предпочтительно, в готовом ламинированном оконном стекле угол клина в заданной области сначала медленно увеличивается снизу вверх, чтобы исключить искажение изображения вследствие резкого увеличения. Затем, в центральной области, угол клина увеличивается в соответствии с ранее оптимизированным профилем с целью оптимального подавления появления фантомных изображений. Затем следует область, в которой угол клина медленно уменьшается для совершения обратного перехода к начальной термопластичной пленке, по возможности наименее заметной. Такое изменение угла клина пригодно для окон камеры и области HUD.
2–10000
2
Заданная область для окна камеры, предпочтительно, занимает площадь 2000 мм мм. В случае ветрового стекла автомобиля окно камеры находится, предпочтительно, вблизи края крыши. Обычно эта область уже не является частью области сквозной видимости.
Термопластичная пленка имеет первую поверхность и противоположную ей вторую поверхность. В окружающей области с постоянной толщиной h1 плоскости первой поверхности и второй поверхности расположены параллельно друг другу. В предпочтительном варианте осуществления изобретения плоскость второй поверхности в заданной области всегда параллельна плоскости первой поверхности в окружающей области (см. вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 4), другими словами, в заданной области материал удаляется только со стороны первой поверхности относительно окружающей области. Следовательно, в заданной области первая поверхность не всегда параллельна плоскости второй поверхности в окружающей области. Пленка может быть произведена за одну стадию.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения в заданной области первая поверхность и вторая поверхность не параллельны плоскостям первой и второй поверхности в окружающей области. В этом случае материал удален со стороны первой поверхности и со стороны второй поверхности. Особенно предпочтительно, удаление материала произведено симметрично, т.е., в каждой точке точно настолько же со стороны первой поверхности, насколько и со стороны второй поверхности (см. вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 10). В результате, в заданной области термопластичная пленка имеет зеркальную плоскость/плоскость симметрии. Плоскость симметрии расположена параллельно плоскостям первой поверхности и второй поверхности в окружающей области по центру между этими плоскостями. Симметричный дизайн дает особенно хорошие результаты. Этот вариант осуществления изобретения обладает особыми преимуществами в сочетании с многослойными термопластичными пленками, так как в каждом случае затрагиваются только наружные слои при меньшем удалении материала, чем когда материал удаляется только с одной стороны пленки.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения термопластичная пленка включает более одной заданной области, предпочтительно, две заданных области. В этом случае первая заданная область, особенно предпочтительно, выполняет роль области HUD и находится в области сквозной видимости оконного стекла, а вторая заданная область выполняет роль фотолюка и находится в верхней трети оконного стекла. Поскольку в термопластичной пленке, соответствующей изобретению, изменение угла клина в заданных областях реализуется посредством уменьшения толщины, множество заданных областей может быть выполнено без создания повышенных напряжений в готовом ламинированном оконном стекле.
В одном из вариантов осуществления изобретения термопластичная пленка может иметь, по меньшей мере, одну тонированную область. Такая тонированная область у верхнего края окна известна специалистам в данной сфере, например, как «затененная полоса» – она может уменьшать ослепление водителя солнечным светом.
В одном из вариантов осуществления изобретения термопластичная пленка может выполнять солнцезащитную или термозащитную функцию. Например, термопластичная пленка может включать покрытие, отражающее в инфракрасном диапазоне, или добавки, поглощающие ИК–излучение.
Изобретением также обеспечивается способ производства термопластичной пленки, соответствующей изобретению, пригодной для использования в качестве промежуточного слоя ламинированного оконного стекла. На первой стадии способа, соответствующего изобретению, обеспечивают термопластичную пленку, по существу, постоянной толщины h1. Такие пленки, пригодные для использования в качестве промежуточного слоя ламинированного оконного стекла, известны. На второй стадии удаляют термопластичный полимер в заранее заданной области при помощи лазера. Создают заранее определенный профиль угла клина. При использовании лазера возможно точно воспроизвести профиль угла клина, заранее рассчитанный при помощи средств моделирования для термопластичной пленки постоянной толщины. Особые преимущества могут быть получены в случае относительно сложных профилей угла клина, которые ранее известными способами нельзя было воспроизвести с такой точностью.
Способ, соответствующий изобретению, отличается гибкостью, поскольку положение заданной области можно выбирать произвольно. Так, например, может быть произведена надлежащая пленка с областью HUD для автомобилей с правым рулем или с левым рулем путем удаления термопластичного полимера в соответствующем месте. Поскольку угол клина воспроизводится путем удаления материала, не возникает несовместимости материалов. Кром этого, уменьшаются оптические дефекты по краям, когда, например, заданные области выполняют по отдельности и вставляют в углубления пленки. Способ, соответствующий изобретению, особенно хорошо подходит для обработки пленок, состоящих из множества слоев разного состава. Одним из примеров является промежуточный слой, обладающий шумоподавляющим эффектом. Поскольку удалению подлежит лишь небольшое количество материала, такие пленки с изменяющимся углом клина могут быть произведены без отвлекающих оптических дефектов. Предпочтительно, промежуточный слой с шумоподавляющим эффектом включает три слоя. Предпочтительно, способом, соответствующим изобретению, удаляют столько материала, что внутренний слой не затрагивается. Внутренний слой может обладать иным коэффициентом преломления, так что, если материал удаляют из этого слоя, могут возникнуть отвлекающие оптические дефекты. Способ, соответствующий изобретению, особенно хорошо подходит для производства термопластичных пленок, в которых, по меньшей мере, одна заданная область окружена со всех сторон окружающей областью. Такую термопластичную пленку невозможно изготовить способами известного уровня техники, например, описанными в ЕР 0 647 329 B1. Используя описанный способ, можно получить только термопластичные пленки, в которых область с переменным углом клина доходит до края термопластичной пленки. Однако, уже указанным выше недостатком ее использования в ламинированном оконном стекле является то, что толщина оконного стекла изменяется от верхнего края к нижнему.
При изменении угла клина в двух направлениях, двойное изображение и фантомные изображения могут быть эффективным образом исключены или ослаблены. Взаимосвязь между изменением угла клина и предотвращением и ослаблением фантомных изображений и двойного изображения уже известна и описана, например, в WO2015086234A1 и WO2015086233A1. Предпочтительно, оптимальное изменение угла клина определяют заранее при помощи средств моделирования с целью исключения фантомных изображений и двойного изображения.
В предпочтительном варианте осуществления способа, соответствующего изобретению, первую поверхность необработанной термопластичной пленки сначала обрабатывают в заданной области лазером и удаляют из нее полимер. Затем, обрабатывают лазером вторую поверхность термопластичной пленки в той же заданной области. Предпочтительно, в каждом случае с обеих сторон удаляют одинаковое количество полимера (зеркально симметрично). Таким образом, с одной стороны может быть удалено уменьшенное количество материала, и в каждом случае полимер нужно удалять лишь поверхностно. В случае многослойных пленок, удаление материала из множества слоев исключено. Таким образом, оптические дефекты, вызванные удалением, остаются незначительными.
В предпочтительном варианте осуществления способа, соответствующего изобретению, глубина удаления составляет от 0,10 мм до 0,30 мм, предпочтительно, 0,15 мм до 0,25 мм. Глубина удаления представляет собой глубину, на которую происходит удаление материала вследствие взаимодействия лазера и материала. В случае указанной глубины удаления материал удаляют лишь поверхностно. Следовательно, изменение толщины по всей пленке небольшое, поэтому пленка хорошо подходит для использования в качестве промежуточного слоя ламинированного оконного стекла. Кроме того, при указанной глубине удаления многослойные пленки, в частности, пленки с эффектом шумоподавления, также могут быть модифицированы без возникновения отвлекающих оптических дефектов на краях заданной области.
Изобретением также обеспечивается ламинированное оконное стекло, включающее термопластичную пленку, соответствующую изобретению.
Ламинированное оконное стекло, соответствующее изобретению, включает, по меньшей мере, первое стекло, второе стекло и термопластичную пленку, соответствующую изобретению, при этом, термопластичная пленка размещена между первым стеклом и вторым стеклом. Ламинированное оконное стекло, соответствующее изобретению, с локальной заданной областью, характеризующейся переменным углом клина, отличается прочностью, так как изменение толщины пленки происходит только в относительно небольшой области. В случае пленок известного уровня техники с постоянным углом клина толщина изменяется в вертикальном и/или горизонтальном направлении по всей высоте и/или ширине стекла, из–за чего возникают напряжения. Толщина такого ламинированного оконного стекла известного уровня техники больше у верхнего края, чем у нижнего края. Это различие в толщине также является причиной оптических дефектов, возникающих после установки стекла, так как более толстый край стекла иногда выступает в месте перехода к краю крыши. При использовании термопластичной пленки, соответствующей изобретению, толщина ламинированного оконного стекла, соответствующего изобретению, одинакова у верхнего и нижнего края.
Общая толщина ламинированного оконного стекла в преимущественном варианте осуществления изобретения составляет от 3,5 мм до 6,0 мм, предпочтительно, от 4,0 мм до 6,0 мм, особенно предпочтительно, от 4,4 мм до 5,6 мм. Ламинированные оконные стекла такой толщины обладают адекватной механической устойчивостью и прочностью и полезными акустическими свойствами с точки зрения экранирования окружающего шума. Однако, с другой стороны, они не слишком толстые и тяжелые для использования в качестве ветрового стекла типичных транспортных средств, в частности, автомобилей.
Наружное стекло и внутреннее стекло, предпочтительно, имеют постоянную толщину и, по существу, плоскопараллельные первичные поверхности и соединяющие их периферические боковые кромки.
Толщена внутреннего стекла в преимущественном варианте осуществления изобретения составляет от 0,3 мм до 3,5 мм, предпочтительно, от 0,7 мм до 2,6 мм.
Толщина наружного стекла в преимущественном варианте осуществления изобретения составляет, по меньшей мере, 1,8 мм, предпочтительно, 2,1 мм. Толщина наружного стекла составляет, предпочтительно, самое большее, 4,5 мм, предпочтительно, самое большее, 3,5 мм. Толщина наружного стекла в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения составляет от 2,1 мм до 4,5 мм, например, от 2,1 мм до 3,5 мм или от 2,5 мм до 4,5 мм, предпочтительно, от 2,5 мм до 3,5 мм. В этом диапазоне ламинированное оконное стекло обладает выигрышной механической прочностью и шумоподавляющими свойствами, но, тем не менее, остается достаточно тонким и легким для использования в качестве ветрового стекла.
Наружное стекло и внутреннее стекло, предпочтительно, изготовлены из стекла, в частности, натриево-кальциевого стекла, обычно применяемого для окон. Однако, в принципе, стекла также могут быть изготовлены из стекла других типов (например, боросиликатного стекла, кварцевого стекла, алюмосиликатного стекла) или из прозрачной пластмассы (например, полиметилметакрилата или поликарбоната).
Наружное стекло и внутреннее стекло, независимо друг от друга, могут быть незакаленными, частично закаленными или закаленными. Если, по меньшей мере, одно из стекол подлежит закалке, это может быть выполнено термическим или химическим способом.
Изобретением также обеспечивается способ производства ламинированного оконного стекла. Обеспечивают два стекла. Помещают термопластичную пленку, соответствующую изобретению, между двумя стеклами, комплект из двух стекол и термопластичной пленки, соответствующей изобретению, скрепляют. Предпочтительно, скрепление выполняют в процессе ламинирования. Пригодные способы ламинирования, например, автоклавный способ или способ вакуумного мешка, известны специалистам в данной области.
Изобретением также обеспечивается система с дисплеем на ветровом стекле, система с камерой и применение ламинированного оконного стекла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны для примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
Фиг. 1: основная концепция появления двойного изображения в проходящем свете,
Фиг. 2: основная концепция появления фантомных изображений в отраженном свете,
Фиг. 3: примерная структура ламинированного оконного стекла с клинообразным промежуточным слоем,
Фиг. 4: поперечное сечение области термопластичной пленки, соответствующей изобретению,
Фиг. 5: вид сверху ламинированного оконного стекла, соответствующего изобретению, с окном камеры,
Фиг. 6: принципиальная схема размещения камеры,
Фиг. 7: вид сверху ламинированного оконного стекла, соответствующего изобретению, с областью HUD,
Фиг. 8: схема способа, соответствующего изобретению,
Фиг. 9: схематичный вид сверху заданной области в ходе осуществления этого способа,
Фиг. 10: поперечное сечение области термопластичной пленки, соответствующей изобретению, и
Фиг. 11: поперечное сечение области термопластичной пленки, соответствующей изобретению.
На фиг. 1 показана основная концепция появления двойного изображения в проходящем свете со ссылкой на изображение луча. Предполагается наличие изогнутого оконного стекла 1. Изогнутое стекло в точке вхождения луча в изогнутое стекло 1 характеризуется радиусом кривизны (R+D). Свет излучается источником 3 света. Свет падает на стекло и отражается в соответствии с известными законами отражения при переходе из воздуха в стекло на первой граничной поверхности и из стекла в воздух на второй граничной поверхности и достигает глаза 2 наблюдателя. Этот луч показан сплошной линией Р. Относительно наблюдателя источник 3 света кажется расположенным в точке 3’. Это показано как луч P’. Помимо этого луч Р также именуется первичным лучом, однако этот луч только частично преломляется на второй граничной поверхности газ/воздух, как описано выше; небольшая часть отражается от второй граничной поверхности и снова отражается от первой граничной поверхности, после чего луч проходит через вторую граничную поверхность и достигает глаза 2 наблюдателя. Этот луч, также именуемый «вторичный луч», показан пунктирной линией S. С точки зрения наблюдателя источник 3 света кажется находящимся в точке 3”. Угол η между первичным лучом P’ и вторичным лучом S представляет собой, так называемый, «угол двойного изображения».
Для борьбы с двойным изображением необходимо предусмотреть наличие угла клина между двумя граничными слоями, которые на фиг. 1 приняты за, по существу, параллельные.
В соответствии с J.P. Aclocque "Doppelbilder als störender optischer Fehler der Windschutzscheibe" [Двойные изображения как мешающие оптические дефекты ветровых стекол]” в Z. Glastechn. Ber. 193 (1970) pp. 193–198, угол двойного изображения может быть рассчитан как функция радиуса кривизны стекла и угла падения светового луча в соответствии со следующим уравнением:
где
η означает угол двойного изображения, n означает коэффициент преломления стекла, d означает толщину стекла, R означает радиус кривизны стекла в точке падения светового луча, ϕ означает угол падения светового луча относительно перпендикуляра к касательной к стеклу.
В случае плоских стекол угол двойного изображения η в соответствии со следующей формулой
является функцией угла δ клина, образованного поверхностями стекла.
Таким образом, приравнивая указанные формулы, можно рассчитать угол клина, необходимый для исключения двойного изображения:
.
1
2
1
2
Обычно, угол клина создают тем, что в ламинированном оконном стекле 1 между первым слоем GS стекла и вторым слоем GS стекла помещают клинообразный промежуточный слой F, см. фиг. 3. Обычно, для упрощения можно предположить, что коэффициент преломления n постоянен, поскольку разница индекса преломления промежуточного слоя F и стекол GS, GS довольно мала, так что это едва ли имеет влияние из–за малости различия.
Эта идея также может быть применена к изогнутым ветровым стеклам. Обычно, для простоты угол падения и радиус кривизны берут для базовой точки зрения, а определенный с их помощью угол клина используют для всего ветрового стекла.
Однако, в случае больших ламинированных оконных стекол 1, так называемых, «панорамных окон» и/или сильнее изогнутых ламинированных оконных стекол 1 этот подход уже неприменим, поэтому в этом случае, обычно, нужно определять угол клина, изменяющийся в вертикальном направлении.
Так, возможно, например, путем поточечного вычисления вдоль воображаемой вертикальной центральной линии ламинированного оконного стекла и возможной интерполяции, определить профиль компенсационного угла клина δ. После определения профиля компенсационного угла клина может быть изготовлен соответствующий промежуточный слой F.
В отношении дисплея на ветровом стекле возникает проблема, аналогичная явлению двойного изображения, именуемая фантомное изображение.
i
r
y
j
j
r
y
На фиг. 2 представлена основная концепция появления фантомных изображений в отраженном свете со ссылкой на изображение луча. Предполагается наличие изогнутого оконного стекла 1. Изогнутое оконное стекло 1 характеризуется радиусом кривизны R в точке вхождения луча в изогнутое оконное стекло 1. Свет исходит из источника 3 света, характерного HUD. Свет падает на стекло 1 изнутри вдоль луча R под углом Θ и отражается под тем же углом Θ. Отраженный луч R достигает глаза 2 наблюдателя. Траектория этого луча показана сплошной линией. С точки зрения наблюдателя источник 3 света кажется расположенным в точке 3’, т.е., перед стеклом 1. Это показано как луч R. Помимо этого первого луча, глаза 2 наблюдателя достигает другой луч. Этот луч R’ также исходит из источника 3 света. Однако, луч R’, в соответствии с известными законами преломления, проникает в стекло 1 на внутренней граничной поверхности воздух/стекло и отражается от наружной граничной поверхности стекло/воздух, после чего луч проходит сквозь внутреннюю граничную поверхность и достигает глаза 2 наблюдателя как луч R’. Термин «внутренняя граничная поверхность» означает граничную поверхность, расположенную ближе к наблюдателю, тогда как термин «наружная граничная поверхность» означает граничную поверхность, которая находится дальше от наблюдателя. Траектория этого луча показана пунктирной линией. С точки зрения наблюдателя источник 3 света кажется расположенным в точке 3”, т.е., также перед стеклом 1. Это показано как луч R’.
r
r
Для устранения этой проблемы угол клина можно изменить так, чтобы луч R’, отраженный от наружной граничной поверхности, и луч R, отраженный от внутренней граничной поверхности, совпадали относительно глаза 2 наблюдателя, т.е., луч, отраженный от наружной граничной поверхности, исходил из точки отражения луча, падающего на внутреннюю граничную поверхность.
Однако, если сделать это только для единственного положения глаза, полученный таким образом угол клина будет неоптимальным. Помимо прочего, это можно объяснить тем фактом, что размер тела водителей, для кого в первую очередь предназначена отображаемая HUD информация, и их поза за рулем очень разные, поэтому возможно большое количество положений глаза наблюдателя. Таким образом, виртуальный дисплей находится в разных местах в зависимости от положения глаза, следовательно, для каждого из этих положений иногда нужна иная величина оптимизированного угла клина. Кроме того, угол клина, оптимизированный исключительно ввиду подавления фантомных изображений, иногда приводит к сверхкомпенсации двойного изображения, так что возникающие двойные изображения снова являются нерешенной проблемой и для восприятия наблюдателем и/или соблюдения нормативных технических требований к испытаниям и/или соответствия потребностям покупателя в отношении двойных изображений.
Профили угла клина, в которых принимаются во внимание и разные положения глаза, т.е., и компенсация двойных изображений в области HUD, непостоянны как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Соответствующие профили толщины промежуточного слоя F нельзя реализовать простым способом экструзии.
min
min
max
На фиг. 4 в поперечном сечении показана область термопластичной пленки F, соответствующей изобретению. Термопластичная пленка F в данном примере изготовлена из PVB. В окружающей области А толщина h1 составляет 0,76 мм и, по существу, постоянна. В заданной области К толщина уменьшается. В точке наименьшей толщины термопластичная пленка F имеет толщину 0,56 мм. Другими словами, разность толщины Δh2 между толщиной в окружающей области и в точке с наименьшей толщиной в заданной области составляет 0,76 мм – 0,56 мм=0,20 мм = Δh2. Пленка F тоньше в заданной области, чем в окружающей области, другими словами, даже в точке с наибольшей толщиной толщина h2 меньше, чем толщина h1. В заданной области К угол клина в первой граничной области g1 сначала медленно увеличивается, затем, в центральной области увеличивается в соответствии с ранее оптимизированным профилем. После этого угол клина снова медленно уменьшается во второй граничной области g2, чтобы переход к окружающей области А был по возможности наименее заметен. Следовательно, толщина пленки сначала медленно уменьшается в первой граничной области g1, затем в центральной области изменяется в соответствии с ранее оптимизированным профилем, затем снова медленно уменьшается во второй граничной области g2. Конфигурация с двумя граничными областями, в которых угол клина медленно увеличивается или уменьшается вверх и вниз или вправо и влево относительно установленного ветрового стекла, особенно выгодна с точки зрения сведения к минимуму оптического дефекта в месте перехода между окружающей областью А и заданной областью К. На поперечном сечении видно, что вдоль второй поверхности 10.2 материал не удаляют, другими словами, в заданной области вторая поверхность остается той же плоскостью, что и в окружающей области А, параллельной первой поверхности 10.1 в окружающей области. Таким образом, в заданной области материал удаляют только со стороны первой поверхности 10.1.
На фиг. 5 представлен вид сверху ламинированного оконного стекла 1, соответствующего изобретению. Это ламинированное оконное стекло представляет собой ветровое стекло пассажирского автомобиля. Верхний край на чертеже граничит с краем крыши автомобиля, нижний край граничит с двигателем. Окно  камеры К расположено в верхней трети ламинированного оконного стекла вне области сквозной видимости. Ветровое стекло, предпочтительно, в верхней краевой области снабжено маскирующим оттиском 9. Маскирующие оттиски широко применяют на окнах автомобилей вне центрального поля зрения, чтобы скрыть крепежные детали или защитить клей, при помощи которого стекло соединено с кузовом автомобиля, от УФ–излучения. Маскирующий оттиск обычно состоит из черной или темной эмали, наносимой и обжигаемой способом трафаретной печати. В данном примере маскирующий оттиск 9 обрамляет окно камеры К оконного стекла по окружности, чтобы скрыть камеру, расположенную за ним. Ламинированное оконное стекло состоит из двух слоев стекла, GS1 и GS2, и термопластичной пленки F, которая расположена между слоями стекла. Слои стекла GS1 и GS2 изготовлены из натриево-кальциевого стекла и имеют толщину 2,1 мм. Термопластичную пленку F изготавливают, как описано со ссылкой на фиг. 4. Фиксированная область К образует окно камеры.
На фиг. 6 показана возможная система 6 размещения камеры, состоящая из описанного ламинированного оконного стекла 1 и камеры 7. Слой GS1 стекла ламинированного оконного стекла 1 обращен вовне автомобиля, слой GS2 стекла обращен внутрь. Камера 7 расположена внутри автомобиля и воспринимает лучи света, проходящие сквозь ламинированное оконное стекло 1 извне внутрь. Камера направлена на заданную область; это означает, что она установлена так, что лучи света проходят сквозь область с оптимизированным профилем угла клина. Таким образом двойные изображения в проходящем свете эффективным образом подавляются. Это может быть с успехом использовано, например, в зоне систем контроля рядности.
На фиг. 7 показан вид ламинированного оконного стекла 1, соответствующего изобретению, с областью HUD, которая со всех сторон окружена окружающей областью А. Область HUD находится в заданной области К, где профиль угла клина оптимизирован с целью исключения фантомных изображений и двойных изображений. В показанном примере область HUD находится на левой стороне ветрового стекла в области сквозной видимости. В ходе изготовления ламинированного оконного стекла 1 из слоя GS1 стекла и слоя GS2 стекла и термопластичной пленки F, соответствующей изобретению, эта конструкция может быть без труда адаптирована для автомобиля с правым рулем путем удаления термопластичного полимера на правой стороне в заданной области К в соответствии с ранее оптимизированным профилем угла клина.
На фиг. 8 для примера представлен технологический цикл способа, соответствующего изобретению. На стадии I обеспечивают термопластичную пленку, имеющую, по существу, постоянную толщину 4. На стадии II лазер 8 размещают на расстоянии, примерно, 1700 мм от поверхности 10 термопластичной пленки, имеющей постоянную толщину 4 в заданной области К. В качестве лазеров пригоден, например, лазер на диоксиде углерода с длиной волны 10,6 мкм и мощностью 250 Вт. Лазерный луч пересекает заданную область по линиям 11 (см. фиг. 9). На фиг. 9 показан вид сверху заданной области К, линейно обрабатываемой лазером. Вначале мощность лазера небольшая, затем ее постепенно увеличивают. При скорости v 10 м/с полимер удаляют в заданной области линейно. По завершении линии лазер смещают каждый раз на 0,1 мм и удаляют полимер вдоль следующей линии. Через, примерно, 50 линий (5 мм), мощность Р лазера увеличивают, чтобы удалять больше полимера. При этом также увеличивается глубина удаления. Эту операцию выполняют до тех пор, пока не будет получен заданный профиль. Посредством ступенчатого увеличения мощности возможно точно воспроизвести заданный угол клина.
На фиг. 10 показана термопластичная пленка F, прошедшая обработку лазером в заданной области на первой поверхности 10.1 и на второй поверхности 10.2. В данном случае выполнено симметричное удаление термопластичного полимера. Таким образом, можно получить больший угол клина, хотя абсолютная глубина удаления на обеих поверхностях меньше, чем при удалении только с одной поверхности.
На фиг. 11 показана термопластичная пленка F, прошедшая обработку лазером в заданной области, как и на фиг. 10, на первой поверхности 10.1 и на второй поверхности 10.2. Отличается только характер изменения угла клина в заданной области К. В данном случае одинаковое количество материала удалено с каждой поверхности 10.1 и 10.2. В результате в заданной области К получена зеркальная симметрия поверхностей 10.1 и 10.2. При этом, зеркальная плоскость/плоскость симметрии S является плоскостью, идущей параллельно плоскостям первой поверхности 10.1 и второй поверхности 10.2 в окружающей области по центру между ними. Зеркальная плоскость S, таким образом, проходит на расстоянии 1/2h1 параллельно плоскости первой поверхности 10.1 и параллельно плоскости второй поверхности 10.2 в окружающей области А.
ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ НА ЧЕРТЕЖАХ
GS1 – слой 1 стекла, стекло 1
GS2 – слой 2 стекла, стекло 2
F – термопластичная пленка
K – заданная область
A – окружающая область
g1 – первая граничная область
g2 – вторая граничная область
h1 – толщина необработанной термопластичной пленки, толщина термопластичной пленки в окружающей области А
h2 – толщина термопластичной пленки в заданной области
max
h2 – максимальная толщина термопластичной пленки в заданной области
S – плоскость симметрии, зеркальная плоскость
1 – стекло
2 – глаз
3 – источник света, проектор HUD
4 – термопластичная пленка с постоянной толщиной, необработанная термопластичная пленка
5 – система размещения HUD
6 – система размещения камеры
7 – камера
8 – лазер
9 – маскирующий оттиск
10 – поверхность термопластичной пленки
10.1 – первая поверхность термопластичной пленки
10.2 – вторая поверхность термопластичной пленки
11 – линия