具有光聚合物层和PDLC元件的复合玻璃板的制作方法

具有光聚合物层和pdlc元件的复合玻璃板
1.本发明涉及包含具有可电控光学性能的功能元件和全息显示元件的复合玻璃板、利用该复合玻璃板产生视觉信息的方法、该复合玻璃板的用途以及其中安装有该复合玻璃板的运载工具或建筑物。
2.包含具有可电控光学功能元件的复合玻璃板是本身已知的。功能元件的光学性能可以通过所施加的电压来改变。
3.这种功能元件的实例是spd功能元件(spd＝悬浮颗粒装置)。通过施加的电压，可以控制可见光透过spd功能元件的透射率。
4.另一实例是pdlc功能元件(pdlc＝聚合物分散液晶)。在此，活性层包含嵌入聚合物基质中的液晶。
5.另一实例是pnlc功能元件(pnlc＝聚合物网络液晶)。在此，活性层包含嵌入聚合物网络中的液晶，其中作用方式在其它方面类似于pdlc功能元件。
6.spd、pdlc和pnlc功能元件作为功能元件商购可得，其中活性层和施加电压所需的平面电极布置在两个载体膜之间。
7.cn 209195228 u描述了层压pdlc玻璃作为机动车的投影屏的使用。wo 2018/86400 a1涉及用于地铁门多媒体系统的层压pdlc玻璃。
8.同样已知全息显示元件，其在所谓的平视显示器中用作投影面。平视显示器是显示系统，其中观察者可以保持他的视线方向，因为视觉信息被投影到他的视野中。用户主要包括飞行员和汽车驾驶员。
9.us 2019/0101865 a1描述了制造层压全息显示器的方法，其中利用聚合物层将光聚合物层层压在两个玻璃板之间。
10.然而在使用平视显示器时出现特殊的问题。例如，对产生平视显示器的图像的投影器的要求高，以便提供高的对比度，以使得必须使用体积相对大的投影器，其由于高耗电也产生相对多的热量。
11.此外，在平视显示器的情况下难以保护用户的隐私，因为于所使用的投影面从两面看都是透视的。此外，应注意通过避免炫目实现行人的安全。
12.本发明的目的在于，在减小对投影器的要求的情况下，满足对玻璃上或玻璃后方产生的图像的对比度的高要求。此外，应更好地保护用户的隐私。
13.本发明的目的通过根据独立权利要求1的复合玻璃板来实现。本发明还涉及根据其它独立权利要求的利用该复合玻璃板产生视觉信息的方法、该复合玻璃板的用途以及安装在建筑物或运载工具中的本发明复合玻璃板。优选的实施方案由从属权利要求得出。
14.所提出的本发明通过与特殊功能元件，尤其pdlc组合使用全息原理来解决对玻璃上或玻璃后方产生的图像的对比度的高要求的问题，其中利用所述特殊功能元件可控制该玻璃板的光学性能。
15.由此，尤其是当利用功能元件降低复合玻璃板的透明度时，实现了所产生图像的更高对比度。所需的投影器功率由此显著降低，这也可导致投影器的缩小并且因此能够在有限的空间，例如汽车中使用。由于需要较少量的光，也产生较少的热量。
16.此外，本发明还能够通过全息图像显示器保护用户的隐私。通过功能元件，尤其pdlc调节玻璃板的光学性能，运载工具外的行人无法看到玻璃上显示的图像。最后，pdlc和全息膜的组合避免了行人的眩光，其可能由全息图的透过的激光束或光束引起。
17.本发明提供层压在玻璃中的pdlc膜和全息膜的组合。当pdlc层被激活并且因此减少透过的光量时，两个材料叠层的组合能够实现基于全息原理的显示应用的防窥功能。这有助于将全息材料的漫反射用于诸如透明屏幕之类的应用，该透明屏幕对于汽车外的人是不可见的。此外，可切换的背景，例如pdlc增加了由全息图产生的图像的对比度。这有助于可以降低对投影器的要求和/或增大可视范围。
18.本发明的复合玻璃板适合作为平视显示器(hud)的投影面。
19.下面将更详细地解释本发明。下面的说明是关于本发明复合玻璃板或本发明方法或本发明用途或本发明运载工具或建筑物做出的，但只要没有明确指出，在可应用时总是既涉及复合玻璃板本身、方法、用途，又涉及安装有该复合玻璃板的运载工具或建筑物。
20.根据本发明，提供了复合玻璃板，其以如下顺序包括：外玻璃板1、中间层11、选自pdlc功能元件、pnlc功能元件或spd功能元件的具有可电控光学性能的功能元件4、中间层11、全息显示元件3、中间层11和内玻璃板2。
21.该复合玻璃板包括内玻璃板和外玻璃板。内玻璃板和外玻璃板可以是平坦的或弯曲的玻璃板。这些玻璃板可以由无机玻璃和/或有机玻璃(塑料)制成。内玻璃板和外玻璃板例如可以彼此独立地由平板玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、聚碳酸酯和/或聚甲基丙烯酸酯制成。内玻璃板和外玻璃板优选由钠钙玻璃制成。内玻璃板和外玻璃板例如彼此独立地具有0.4至5.0 mm，例如1至3 mm，优选1.6至2.5 mm的厚度。
22.内玻璃板和/或外玻璃板可以具有其它合适的本身已知的涂层，例如防粘涂层、着色涂层、抗反射涂层、抗刮擦涂层或低辐射涂层。内玻璃板和外玻璃板可以被设计为有色或无色的(白色的) 。在一个实施方案中，外玻璃板是例如绿色玻璃板。内玻璃板例如是白色玻璃板，即无色玻璃板。
23.所述功能元件和全息显示元件是平面体，其也可以被称为功能层或全息显示层。包含在复合玻璃板中的聚合物层通常由膜形成。表述“层”和“膜”可互换使用。
24.本发明的复合玻璃板包括具有可电控光学性能的功能元件，其选自pdlc功能元件、pnlc功能元件或spd功能元件。在一个优选实施方案中，具有可电控光学性能的功能元件是pdlc功能元件。
25.这样的功能元件和其作用方式对于本领域技术人员而言本身已知。通过该功能元件，尤其pdlc功能元件，可以根据需要降低该复合玻璃板的透光率，由此获得防窥效果并提高视觉信息的对比度。
26.功能元件，尤其pdlc功能元件通常以如下顺序包括载体层、平面电极、活性层、平面电极和载体层。
27.活性层具有可变的光学性能，该光学性能可以通过施加到活性层上的电压来控制。在本发明的意义上，可电控光学性能尤其被理解为可无级控制的性能，但同样也被理解为可在两个或更多个离散状态之间切换的性能。所述光学性能尤其涉及透光率和/或散射特性。
28.pdlc功能元件的活性层包含嵌入聚合物基质中的液晶。如果没有在平面电极上施
加电压，则液晶无序地取向，这导致透过活性层的光的强散射。如果在平面电极上施加电压，则液晶在共同的方向上取向并且光透过活性层的透射率提高。
29.pnlc功能元件的活性层包含嵌入聚合物网络中的液晶。在其它方面，作用原理类似于pdlc功能元件。spd功能单元的活性层含有悬浮颗粒，其中活性层对光的吸收可利用平面电极上施加的电压来变化。
30.所述功能元件包括用于将电压施加到活性层上的平面电极，这些平面电极布置在载体层和活性层之间。一个平面电极布置在活性层和载体层之间，且一个平面电极布置在活性层和另一载体层之间。平面电极可以在组成和/或厚度方面相同或不同。这些平面电极大多是相同的。
31.所述平面电极优选被设计为透明导电层。所述平面电极优选包含至少一种金属、金属合金或透明导电氧化物(透明导电氧化物，tco)。透明导电氧化物(tco)的实例是锡掺杂的氧化铟(ito，也称为氧化铟锡)、锑或氟掺杂的氧化锡(sno2:f)、镓掺杂的氧化锌或铝掺杂的氧化锌(zno:al)，其中ito是优选的。基于这些透明导电氧化物(tco)的导电层的厚度优选为10 nm至2μm，更优选30 nm至500 nm，特别是30 nm至400 nm。
32.导电层还可以是金属层，优选薄层或包含金属层的薄层堆叠体。在此，金属还包括金属合金。合适的金属例如是ag、al、pd、cu、pd、pt、in、mo、au、ni、cr、w 或其合金。这些金属涂层被称为tcc (透明导电涂层)。单层的典型厚度为2至50 nm。
33.典型地，所述平面电极以导电涂层的形式形成在载体膜或载体层上。这些平面电极优选具有30至400 nm的厚度。
34.所述功能元件还包括两个载体层或载体膜(第一载体层和第二载体层)。载体层尤其由聚合物膜或热塑性膜形成。所述载体层可以在组成和/或厚度方面相同或不同。典型地，这两个载体层由相同组成构成。
35.所述载体层尤其含有热塑性材料或由其构成。热塑性材料可以是热塑性聚合物或两种或更多种热塑性聚合物的混合物。除了热塑性材料之外，载体层还可以含有添加物，例如增塑剂。所述载体层的热塑性材料优选是聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，如在商购可得的功能元件中常见的那样。因此，载体层优选由pet膜形成。
36.所述载体层的热塑性材料还可以包含pet与其它热塑性聚合物的混合物和/或pet共聚物或由其构成。所述载体膜的热塑性材料例如也可以包含pu、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙酸酯树脂、氟化乙烯
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丙烯、聚氟乙烯和/或乙烯
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四氟乙烯或由其构成。
37.各个载体层的厚度例如为0.03 mm至0.4 mm，优选0.04 mm至0.2 mm。载体层的厚度优选为100至200μm。
38.在一个优选的实施方案中，在功能元件中，优选在pdlc功能元件中，载体层由pet膜形成，和/或平面电极由ito层形成。
39.在一个优选实施方案中，在功能元件中，优选在pdlc功能元件中，载体层分别独立地具有100至200μm的厚度，平面电极分别独立地具有30至400 nm的厚度，和/或活性层具有10至30μm的厚度。
40.本发明的复合玻璃板还包括全息显示元件。这样的全息显示元件及其作用方式是本领域技术人员本身已知的。例如，covestro的bayfol
® hx可以用于全息显示元件。全息显
示元件被配置为显示能够被观察者看到的全息图。为了记录，将具有成像单元的全息显示元件（也被称为投影器）的光聚合物层曝光，由此在光聚合物层中提供作为视觉信息的全息图。
41.所述全息显示元件包括布置在覆盖层和基底层之间的光聚合物层。
42.所述光聚合物层包含光聚合物或全息光聚合物。光聚合物通常是在光的作用下通过化学反应进行反应的材料。全息光聚合物记录干涉图案，并因此显示衍射光栅的化学形成。它们例如可以由具有安装到其中的成像组分的交联基质体系形成。通常，聚丙烯酸酯化合物包含在这种光聚合物层中。
43.所述全息显示元件的基底层可以由例如聚酰胺(pa)膜或三乙酸纤维素(tac)膜形成。全息显示元件的覆盖层例如可由聚酰胺(pa)膜、三乙酸纤维素(tac)膜、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜形成。
44.全息显示元件可以适宜地布置在复合玻璃板中，以使得基底层布置在内玻璃板和光聚合物层之间。然而，全息显示元件也可以被布置成使得覆盖层布置在内玻璃板和光聚合物层之间。但在此要注意，在内玻璃板和光聚合物层之间不允许布置双折射层。例如，pmma是双折射材料。如果对于覆盖层使用双折射材料，如pmma，则覆盖层不能布置在内玻璃板和光聚合物层之间。
45.在全息显示元件中，基底层可例如具有50至200μm的厚度。例如，光聚合物层可以具有10至80μm的厚度。覆盖层可以具有50至250μm的厚度。
46.本发明的复合玻璃板还包括三个中间层。也可以含有更多个中间层。中间层可以在组成和/或厚度方面相同或不同。中间层可以通过商业常见的层压膜形成。它们用于胶粘或层压复合玻璃板的组件。通过中间层，内玻璃板和外玻璃板彼此接合，并且功能元件和全息显示元件层压到玻璃中。
47.中间层尤其由聚合物膜，通常热塑性膜形成。中间层例如可以包含聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、乙烯
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乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙酸酯树脂、浇注树脂、丙烯酸酯、氟化乙烯
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丙烯、聚氟乙烯和/或乙烯
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四氟乙烯和/或其混合物和/或共聚物。
48.在一个优选实施方案中，中间层分别独立地由聚乙烯醇缩丁醛(pvb)膜、热塑性聚氨酯(tpu)膜、乙烯
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乙酸乙烯酯共聚物(eva)膜、oca膜或其组合形成。在一个优选实施方案中，中间层由pvb膜形成。oca是“光学透明胶粘剂”的缩写并且是指双面胶带。oca可以膜形式提供并且直接层压，或最初以液体状态存在，其中其首先被涂覆和活化，以便使其例如利用uv辐射、化学物质和/或热量而固化和胶粘。
49.用于形成中间层的至少两个膜优选分别独立地具有0.03 mm至0.9 mm，特别优选200至800μm的厚度，其中所述膜优选是pvb膜。
50.本发明还涉及利用平视显示器产生视觉信息的方法，其包括利用成像单元产生图像，以及将所述图像转向到作为投影面的如前所述的本发明复合玻璃板上，其中所述视觉信息从朝向所述内玻璃板那面的空间被观察。
51.通过利用功能元件，尤其pdlc功能元件来调节透明度，可以根据需要减少透过的光量。由此，一方面能够实现视觉信息中更好的对比度，且另一方面能够实现更好的隐私保护。
52.平视显示器对于本领域技术人员是已知的，并且通常包括成像单元和投影面。成像单元产生图像并且还可以包括光学模块，例如反射镜光学器件，其将图像偏转到投影面上。
53.成像单元包括照明装置，该照明装置例如可以是选自白炽灯、气体放电灯、发光二极管和/或激光光源的一个或多个照明元件。相应地，可见光或激光可用于曝光。
54.所述视觉信息从朝向复合玻璃板的内玻璃板的空间被观察。这通常是观察者所处的内部空间，例如运载工具内部空间。
55.在本发明方法中，可将该复合玻璃板安装在运载工具或建筑物中。
56.本发明还涉及如上所述的本发明复合玻璃板作为平视显示器的投影面的用途。在该用途中，所述复合玻璃板适合地安装在运载工具或建筑物中。
57.如上所述的本发明复合玻璃板优选安装在运载工具或建筑物中。在此，将复合玻璃板安装到运载工具或建筑物上，以使得内玻璃板朝向内部空间。内部空间是当观察者观察由复合玻璃板显示的视觉信息时观察者所处的空间。
58.因此，本发明还涉及运载工具或建筑物，其中安装有如上所述的本发明复合玻璃板。
59.在一个优选实施方案中，运载工具或建筑物是选自机动车，例如载人轿车或运输运载工具，例如公共汽车、火车、飞机或轮船的运载工具。
60.在一个优选的实施方案中，运载工具或建筑物是建筑物，其中该复合玻璃板作为窗户玻璃板或分隔玻璃板安装。分隔玻璃板可用作分隔壁或显示装置。
61.在一个优选的实施方案中，复合玻璃板是运载工具，尤其载人轿车的后玻璃板、侧玻璃板、挡风玻璃板或顶玻璃板。
62.通常，在本发明的运载工具或建筑物中安装平视显示器，该平视显示器包括成像单元，其中所述复合玻璃板用作平视显示器的投影面。
63.下面利用实施例借助附图详细阐述本发明，所述附图不应以任何方式限制本发明。附图是示意性的并且不按真实比例。
64.其中：图1以截面形式示出了具有全息显示元件的根据现有技术的复合玻璃板的一部分，图2以截面形式示出了具有pdlc功能元件的根据现有技术的复合玻璃板的一部分，图3以截面形式示出了本发明复合玻璃板的一部分。
65.图1以截面形式示出了根据现有技术的具有全息显示元件3的复合玻璃板。该复合玻璃板包括外玻璃板1和内玻璃板2，在它们之间层压有全息显示元件3。全息显示元件3以如下顺序由覆盖层5、光聚合物层6和基底层7形成。
66.基底层7例如由pa膜或tac膜形成。覆盖层5例如由pa膜、tac膜、pmma膜或pet膜形成。基底层7具有50至200μm的厚度。光聚合物层6具有10至80μm的厚度。覆盖层5具有在50至250μm的厚度。
67.在外玻璃板1和全息显示元件3之间以及在内玻璃板2和全息显示元件3之间，分别布置将这些玻璃板胶粘或接合的中间层11。中间层优选是pvb膜，其例如具有200至800μm的
厚度。
68.图2以截面形式示出了根据现有技术的具有可电控光学性能的复合玻璃板。该复合玻璃板包括外玻璃板1和内玻璃板2，在它们之间层压有pdlc功能元件4。pdlc功能元件以如下顺序由载体层8、平面电极9、活性pdlc层10、平面电极9和载体层8形成。
69.载体层8由pet膜形成并且例如具有100至200μm的厚度。平面电极9由ito形成并且例如具有30至400 nm的厚度。活性层10例如具有10至30μm的厚度。
70.在外玻璃板1和pdlc元件4之间以及在内玻璃板2和pdlc元件4之间分别布置将这些玻璃板胶粘或接合的中间层11。中间层优选是pvb膜，其例如具有200至800μm的厚度。
71.图3以截面形式示出了本发明复合玻璃板的一部分，该复合玻璃板具有在玻璃中的pdlc膜和全息膜的组合。该复合玻璃板适合作为全息平视显示器(hud)的投影面。该复合玻璃板例如可以用作汽车的挡风玻璃板。
72.本发明复合玻璃板以如下顺序包括外玻璃板1、中间层11、具有可电控光学性能的pdlc功能元件4、中间层11、全息显示元件3、中间层11和内玻璃板2。在一个实施方案中，外玻璃板1是绿色的且内玻璃板2是白色的。两个玻璃板1和2都是透明的。
73.pdlc功能元件4以如下顺序由载体层8、平面电极9、活性pdlc层10、平面电极9和载体层8形成。载体层8由pet膜形成并且例如具有100至200μm的厚度。平面电极9由ito形成并且例如具有30至400 nm的厚度。活性层10例如具有10至30μm的厚度。
74.全息显示元件3以如下顺序由覆盖层5、光聚合物层6和基底层7形成。基底层7例如由pa膜或tac膜形成。覆盖层5例如由pa膜、tac膜、pmma膜或pet膜形成。基底层7具有50至200μm的厚度。光聚合物层6具有10至80μm的厚度。覆盖层5具有50至250μm的厚度。
75.在外玻璃板1和pdlc元件4之间、在内玻璃板2和全息显示元件3之间、以及在pdlc元件4和全息显示元件3之间分别布置将这些玻璃板和元件3和4胶粘或接合的中间层11。中间层优选是pvb膜，其例如具有200至800μm的厚度。
76.附图标记列表1
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外玻璃板2
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内玻璃板3
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全息显示元件4
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具有可电调节光学性能的功能元件，例如pdlc5
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全息显示元件的覆盖层6
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全息显示元件的光聚合物层7
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全息显示元件的基底层8
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功能元件的载体层9
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功能元件的平面电极10
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功能元件的活性层11
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中间层。