Beschreibung Halbdurchlässiger Spiegel

Die Erfindung betrifft einen halbdurchlässigen Spiegel, insbesondere zur Verwendung als Rückblickspiegel im Automobilbereich, insbesondere als Innenraum- Spiegel.

Rückblickspiegel im Automobilbereich werden üblicherweise nach einer Reihe von gängigen Kriterien ausgelegt und optimiert. Für typische bekannte Autospiegel, die beispielsweise auf der Grundlage von Beschichtungen aus den hoch reflektierenden Metallen Silber und/oder Aluminium aufgebaut sind, kommt dabei als wesentliches Auslegungs- und Optimierungskriterium die Erzielung besonders hoher Reflexionswerte in Betracht. Darüber hinaus werden in modernen Konzepten für Automobil-Rückblickspiegel aber auch noch eine Reihe weiterer Kriterien berücksichtigt, die für den Fahrer eine besonders hohe Wiedergabetreue auch bei wechselnden Umgebungs- oder Lichtverhältnissen und auch eine möglichst weitgehende Blendfreiheit oder -armut bei Nachtfahrten gewährleisten sollen. Hierbei können als Auslegungskriterien unter anderem die spektralen Reflexionseigenschaften, die Farbwiedergabe, die Blendarmut oder dergleichen berücksichtigt werden.

Derartige Aspekte werden üblicherweise zur Auslegung von Automobil- Rückblickspiegeln herangezogen, die ausschließlich eine Spiegelfunktion haben sollen. Dabei wird insbesondere - unter Vernachlässigung möglicher Absorptionseffekte - von einer mehr oder weniger vollständigen Reflexion des auf den Spiegel einfallenden Lichtstroms ausgegangen. Gerade in modernen Cockpit- oder Anzeigesystemen für Kraftfahrzeuge bestehen aber Bestrebungen, Spiegelelemente, insbesondere den Innenraumspiegel, über die eigentliche Spiegelfunktion hinaus mit weiteren Anzeige- oder Displayfunktionalitäten zu kombinieren. Dazu soll insbesondere das eigentliche Spiegelelement durch ein vom Betrachter aus gesehen dahinter angeordnetes Display- oder Anzeigeelement ergänzt werden, so dass

dem Betrachter zusätzlich zum gespiegelten Bild über eine geeignete Ansteuerung der Anzeige- oder Displayeinheit noch weitere Informationen im selben Blickfeld angezeigt werden können. Die genannten herkömmlichen Automobil- Rückblickspiegel sind für einen derartigen kombinierten Aufbau nicht geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen halbdurchlässigen Spiegel, insbesondere zur Verwendung als Kraftfahrzeug-Rückblickspiegel oder Kraftfahrzeug-Innenraumspiegel, anzugeben, der für eine kombinierte Verwendung mit einem nachgeordneten Anzeige- oder Displayelement besonders geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der halbdurchlässige Spiegel derart ausgelegt ist, dass er bei senkrechtem Lichteinfall unter Normlichtart C an seiner Vorderseite einen Lichtreflexionsgrad von mindestens 60 %, vorzugsweise von mindestens 65 %, und an seiner Rückseite einen Lichtreflexionsgrad von höchstens 25 %, vorzugsweise von höchstens 20 %, sowie einen Lichttransmissionsgrad von mindestens 20 %, vorzugsweise von mindestens 25 %, aufweist.

Der Lichtreflexionsgrad ist dabei insbesondere als der integrale Reflexionswert entsprechend der Augenempfindlichkeitskurve gemäß CIE 1951 auszuwerten. Als dazugehörige Lichtart nach CIE 1971 ist dabei Normlichtart C, also ein dem Tageslicht-Spektrum entsprechendes Lichtspektrum, zugrunde zu legen. Mit „Vorderseite" ist dabei die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch dem Betrachter zugewandte Seite oder auch die Lichteinfallseite bezeichnet, die beim Einsatz als Kraftfahrzeug-Innenraumspiegel dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt ist. Als „Rückseite" ist hingegen die bei bestimmunsgemäßen Gebrauch vom Betrachter abgewandt und insbesondere bei einer kombinierten Verwendung mit einem nachgeordneten Anzeige- oder Displayelement diesem zugewandte Seite spezifiziert.

Die Erfindung geht von der überlegung aus, dass der Spiegel für eine geeignete Kombinierbarkeit mit weiteren Anzeige- oder Displayelementen in der Art eines Strahlteilers als halbdurchlässiger Spiegel ausgestaltet sein sollte, der gezielt an die Erfordernisse für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich angepasst ist. Dabei sollte einerseits die Hauptfunktion des Spiegels, nämlich eine vergleichsweise hohe Reflexion unter den üblichen Betriebsbedingungen im Kraftfahrzeug, weitgehend erhalten bleiben, wobei andererseits eine geeignete Transmission zur ausreichenden Displaybeleuchtung eingestellt werden sollte. Bei der Auswahl und Vorgabe des Transmissionsgrades sollte zudem berücksichtigt werden, dass zwar einerseits eine ausreichend wirksame Displaybeleuchtung gewünscht ist, wobei andererseits aber auch die hinter dem Spiegel liegenden Bauteile für den Fahrer möglichst wenig wahrnehmbar oder sogar unsichtbar gehalten werden sollten. Des Weiteren sollte für den genannten Einsatzzweck die Reflexion an der Rückseite besonders klein gehalten sein, um Streulicht zu absorbieren und somit den Kontrast der nachfolgenden Displayeinheit zu verbessern.

Im Hinblick auf eine besonders günstige Anpassung der Spiegeleigenschaften an typische Beleuchtungsumfelder und eine geeignete Wiedergabetreue und Blendarmut sollte der halbdurchlässige Spiegel auch hinsichtlich seiner Farbeigenschaften geeignet ausgelegt sein. Die Farbe soll dabei in Reflexion und in Transmission möglichst neutral sein. Dazu ist der halbdurchlässige Spiegel vorzugsweise derart ausgestaltet, dass seine Farbwerte a* (C, 2°) und b ^* (C, 2°) jeweils in Reflexion an der Vorderseite oder Lichteinfallsseite sowie in Transmission bei senkrechtem Lichteinfall unter Normlichtart C und bei einem Beobachterwinkel von 2° einen absoluten Betrag von höchstens 10 aufweisen. Zur Definition der Farbeigenschaften wird dabei zurückgegriffen auf die für die quantitative und/oder qualitative Charakterisierung von Farbeigenschaften üblicherweise verwendeten, von der internationalen Beleuchtungskommission (Commission international de I' eclairage CIE) vorgegebenen Farbkoordinaten L*, a* und b* im sogenannten L ^* a ^* b ^* -Farbraum. Die für den Rückblickspiegel charakteristischen Farbkoordina-

ten werden dabei vorliegend bei senkrechtem Lichteinfall auf den Rückblickspiegel gemessen.

Vorteilhafterweise ist der halbdurchlässige Spiegel aus einer auf einem transparenten Substrat, vorzugsweise aus Kalk-Natron-Glas, aufgebrachten Beschichtung in der Form eines Mehrschicht- oder Mehrlagensystems aufgebaut. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei berücksichtigt, dass bekannte dielektrische Strahlteiler bei gegebener Reflexion üblicherweise eine zu hohe Transmission aufweisen, so dass hinter dem Spiegelsystem liegende Teile in unerwünschter Weise sichtbar sind, und dass die rückseitige Reflexion dabei unerwünscht hoch ist, so dass Streulicht bei Mehrfachreflexion den Kontrast mindern kann. Demgegenüber erreichen metallische Strahlteiler wie beispielsweise dünne Chromschichten bei gegebener Transmission nicht die erwünschte hohe Reflexion und sind zudem vergleichsweise kratzempfindlich. Dünne Metallschichten mit einer zusätzlichen Verspiegelungsschicht erfüllen hingegen die optischen Anforderungen zwar teilweise, jedoch ist die Absorption bei derartigen Systemen bei gegebener Reflexion noch zu hoch, und die Spiegel sind sehr kratzempfindlich, so dass eine Nutzung in hoher Stückzahl bei hoher betrieblicher Zuverlässigkeit nicht in Betracht kommt.

Um unter Berücksichtigung dieser Aspekte dennoch das genannte Auslegungskriterium zuverlässig zu erfüllen, ist in besonders vorteilhafter Ausgestaltung das für den halbdurchlässigen Spiegel vorgesehene mehrlagige Schichtsystem aus einer besonders geeignet gewählten Kombination von Schichten aus hochbrechendem Material einerseits, insbesondere mit einem Brechungsindex von mindestens zwei, niedrigbrechendem Material andererseits, insbesondere mit einem Brechungsindex von höchstens zwei, und einer metallischen Schicht aufgebaut. Dabei ist vorzugsweise eine Doppellage aus dem niedrigbrechenden Material einerseits und der metallischen Schicht andererseits in der Art einer Sandwichbauweise beidseitig von jeweils einer angrenzenden Schicht aus dem hochbrechendem Material begrenzt. Die gewünschten optischen Eigenschaften sind dabei ins-

besondere erreichbar, indem in Eintrittsrichtung des Lichts gesehen die Schicht aus niedrigbrechendem Material vor der Metallschicht angeordnet ist.

Der Spiegel kann dabei als Spiegel als sogenannter Position 1 - Spiegel, bei dem die Beschichtung auf Position 1 , also auf der Seite des Betrachters oder der Lichteintrittsseite angeordnet ist, und das Substrat die Rückseite bildet oder auch als so genannter Position 2 - Spiegel, bei dem das Substrat die Vorderseite bildet und die Beschichtung in Position 2 auf der vom Lichteinfall abgewandten Seite und möglichen Anzeigeelementen zugewandt angeordnet ist, ausgeführt sein.

Für eine Anordnung als Position 1 - Spiegel, bei der das Substrat die Rückseite des Spiegels bildet und die Beschichtung an der Seite des Betrachters oder der Lichteintrittsseite aufgebracht ist, ist dabei in besonders vorteilhafter Ausgestaltung die Schichtenfolge Substrat/H/M/L/H vorgesehen, wobei H eine Schicht aus hochbrechendem Material mit einem Brechungsindex von mindestens zwei, L eine Schicht aus niedrigbrechendem Material mit einem Brechungsindex von höchstens zwei und M eine metallische Schicht ist. Die beiden Schichten H aus hochbrechenden Material können dabei hinsichtlich ihrer Parameter, insbesondere hinsichtlich Materialwahl, Dicke und dergleichen, zueinander gleich oder auch voneinander verschieden sein. Der Brechungsindex ist dabei auszuwerten bei einer Wellenlänge von 550 nm.

Besonders gute optische Eigenschaften sind dabei erreichbar, indem der Rückspiegel hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften besonders auf eine so genannte Designwellenlänge hin ausgelegt ist, die in besonderem Maße an die Empfindlichkeitskurve des Auges angepasst ist. Als besonders geeignete Design- Wellenlänge ist dabei eine Wellenlänge von etwa 550 nm gewählt, die dem Maximum der spektralen Augen-Empfindlichkeitskurve für Tagessehen entspricht. Um eine besonders geeignete Anpassung des Schichtsystems an diese Designwellenlänge zu gewährleisten, sind vorzugsweise die Schichtdicken, insbesondere die

so genannte optische Schichtdicke, also das Produkt aus tatsächlicher Schichtdicke und Brechzahl, der dielektrischen Schichten jeweils geeignet gewählt.

Vorzugsweise weist dabei bei einer Wellenlänge von 550 nm die dem Substrat benachbarte Schicht H eine optische Schichtdicke von 98 nm bis 394 nm, vorzugsweise von höchstens 344 nm, die Schicht L eine optische Schichtdicke von 58 bis 203 nm, vorzugsweise von höchstens 189 nm, die weitere Schicht H eine optische Schichtdicke von 48 nm bis 238 nm, vorzugsweise 190 nm, und die Schicht M eine Dicke von 2 nm bis 7 nm auf.

In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung kann der halbdurchlässige Spiegel auch für eine Verwendung als Position 2 - Spiegel, bei der das Substrat die Vorderseite bildet und die mehrlagige Beschichtung auf der vom Betrachter oder vom einfallenden Licht abgewandten Seite des Substrats angeordnet ist, ausgestaltet sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist in besonders vorteilhafter Ausgestaltung auf dem Substrat licht-austrittseitig eine mehrlagige Beschichtung mit der Schichtenfolge Substrat/H/L/M/H aufgebracht, wobei H eine Schicht aus hochbrechendem Material mit einem Brechungsindex von mindestens zwei, L eine Schicht aus niedrigbrechendem Material mit einem Brechungsindex von höchstens zwei und M eine metallische Schicht ist. Die beiden Schichten H aus hochbrechenden Material können dabei hinsichtlich ihrer Parameter, insbesondere hinsichtlich Materialwahl, Dicke und dergleichen, zueinander gleich oder auch voneinander verschieden sein. Um die genannte besonders bevorzugte Anpassung an eine als geeignet angesehene Designwellenlänge zu gewährleisten, ist dieser halbdurchlässige Spiegel in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung derart ausgestaltet, dass bei einer Wellenlänge von 550 nm die dem Substrat benachbarte Schicht H eine optische Schichtdicke von 49 nm bis 344 nm, vorzugsweise von höchstens 246 nm, die Schicht L eine optische Schichtdicke 4 von 44 nm bis 203 nm, vorzugsweise von höchstens 174 nm, die weitere Schicht H eine optische Schichtdicke von 95 nm bis 167 nm und die Schicht M eine Dicke von 3 nm bis 9 nm aufweist.

Besonders günstige Eigenschaften sind für beide genannten Varianten erreichbar, in dem in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Brechungsindex des niedrigbrechenden Materials mindestens um 0,2, vorzugsweise mindestens um 0,5, geringer ist als der Brechungsindex des hochbrechenden Materials.

Besonders hochwertige und für den Einsatz im Kraftfahrzeug-Bereich gut geeignete Spiegelsysteme sind erreichbar, indem in vorteilhafter Ausgestaltung das die Schichten H bildende hochbrechende Material Titandioxid (TiO ₂ ) und/oder Niob- oxid (Nb ₂ O ₅ ), das die Schicht L bildende niedrigbrechende Material Siliziumdioxid (SiO ₂ ) und/oder das die Schicht M bildende Metall Nickel (Ni), Chrom (Cr) und/oder Titan (Ti) umfasst.

Vorteilhafterweise ist der halbdurchlässige Spiegel als Spiegel in einem Kraftfahrzeug, insbesondere als Kraftfahrzeug-Innenraumspiegel, eingesetzt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die gezielte Vorgabe der optischen Eigenschaften des halbdurchlässigen Spiegels und insbesondere durch deren Umsetzung unter Rückgriff auf die genannten Schichtenfolgen ein auch unter alltäglichen Betriebsbedingungen besonders langlebiger und zuverlässiger Spiegel bereitstellbar ist, der für den Einsatz in Kombination mit zugeordneten Display- oder Anzeigeelementen besonders geeignet ist. Insbesondere ist es durch die genannte Kombination der optischen Eigenschaften möglich, gerade im vergleichsweise anspruchsvollen Umfeld der Kraftfahrzeug-Innenraumspiegel sämtliche dort bestehenden Anforderungen in besonders weitgehendem Maße zu erfüllen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1, 2: jeweils schematisch im Ausschnitt einen Rückblickspiegel für Kraftfahrzeuge.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1, 2 jeweils ausschnittsweise im Querschnitt gezeigte Rückblickspiegel 1, 1' ist jeweils als halbdurchlässiger Spiegel zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Er umfasst jeweils einen Schichtträger oder ein Substrat 2, das im Ausführungsbeispiel transparent und aus Natrium-Silikatglas ausgeführt ist. Um die spiegelnden Eigenschaften sicherzustellen, ist jeweils ein teilweise reflektierendes mehrlagiges Beschichtungssystem 4 vorgesehen, wobei der Rückblickspiegel 1 gemäß Fig. 1 für eine Verwendung in sogenannter Position zwei vorgesehen ist und das Substrat 2 die Vorderseite bildet, wobei die Beschichtung 4 auf der vom durch den Pfeil 6 angedeuteten einfallenden Licht abgewandten Seite des Substrats 2 angeordnet ist. Dem gegenüber ist der Rückblickspiegel 1' gemäß Fig. 2 für eine Verwendung in der sogenannten Position eins vorgesehen, bei der das Substrat 2 die Rückseite bildet und die Beschichtung 4 auf der dem durch den Pfeil 6 angedeuteten einfallenden Licht zugewandten Seite des Substrats 2 angeordnet ist.

Der Rückblickspiegel 1, 1' ist jeweils in besonderem Maße für eine Eignung zur Verwendung als Kraftfahrzeug-Innenraumspiegel ausgestaltet, bei dem eine Kombination mit einem nachgelagerten Display oder einer Anzeigeeinheit realisiert werden soll. Dazu ist der Rückblickspiegel 1 , 1' jeweils als halbdurchlässiger Spiegel ausgestaltet, dessen optische Eigenschaften spezifisch an die hierdurch bedingten Erfordernisse, nämlich eine insgesamt hohe Reflexion und eine dennoch ausreichend hohe Transmission für eine ausreichende Displaybeleuchtung sowie für eine ausreichend geringe Reflexion an der Rückseite zur Vermeidung von unerwünschtem Streulicht, angepasst ist. Dazu ist der Spiegel 1, 1' jeweils für einen Lichtreflexionsgrad an der Vorderseite bei Normlichtart C von mindestens 60 %, einem Lichtreflexionsgrad an der Rückseite bei Normlichtart C von höchstens 25 % und einen Lichttransmissionsgrad von mindestens 20 % ausgelegt.

Um diese Auslegungsziele zu erreichen, ist das mehrlagige Schichtsystem 4 jeweils als eine geeignete Kombination aus einer Schicht 10 aus niedrigbrechendem Material L mit einem Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm von weniger als zwei und einer sich in Transmissionsrichtung des Lichts anschließenden Schicht 12 aus metallischem Material M ausgelegt, wobei die hierdurch gegebene Doppelschicht in der Art einer Sandwichbauweise beidseitig von jeweils einer Schicht 14 bzw. 16 aus hochbrechendem Material H mit Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm von mehr als zwei gegeben ist. Das die Schichten 14, 16 bildende hochbrechende Material H umfasst dabei bevorzugt die Materialien TiO ₂ und/oder Nb ₂ Os. Das die Schicht 10 bildende niedrigbrechende Material L umfasst vorzugsweise SiO ₂ . Das die Schicht 12 bildende Metall M umfasst vorzugsweise Ni, Cr und/oder Ti.

In der folgenden Tabelle 1 sind halbdurchlässige Spiegelsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich charakteristischer optischer Daten näher aufgeführt. Die mit * gekennzeichneten Bespiele sind dabei lediglich Vergleichsbeispiele.

Die wiedergegebenen Parameter spezifizieren die tatsächlichen Schichtdicken der einzelnen Schichten zusammen mit dem jeweils verwendeten Material. Die optische Schichtdicke kann hieraus für die genannten Materialien durch Multiplikation mit der jeweiligen Brechzahl bei einer Wellenlänge von 550 mn, also für Tiθ2 mit 2,46, für Nb ₂ O ₅ mit 2,38 und für SiO ₂ mit 1,45, ermittelt werden. Des Weiteren

sind die Reflexionsgrade bei Normlichtart C an der Vorderseite des Spiegels und an dessen Rückseite sowie der Transmissionsgrad bei Normlichtart C angegeben. Im Hinblick auf wichtige lichttechnische Größen wird dabei auf folgende Normen verwiesen:

- DIN 5031-3 (März 1982) Tabelle Augenempfindlichkeitskurve V (λ) photopisch Tagessehen)

- DIN 5033-2 (Mai 1992) Farbmetrischer Normalbeobachter 2° CIE 1931 und 2° - Norm valenzsystem

- DIN 5033-3 (Juli 1992) L*a*b*-Farbenraum CIE 1976

- DIN 5033-7 (Juli 1983) Tabelle Strahlungsfunktion S (λ) der Normlichtart C

- DIN 5036-1 (Juli 1978)

Lichtreflexionsgrad

p (λ) spektraler Reflexionsgrad

Bei Verwendung von Normlichtart C ist der wellenlängenabhängige Lichtstrom φ _eλ durch S(λ) ersetzbar dto. Lichttransmissionsgrad

Bezugszeichen liste

i, r halbdurchlässiger Spiegel

2 Substrat

4 Beschichtungssystem

6 Pfeil

10 Schicht

12 Schicht

14, 16 Schicht

L niedrigbrechendes Material

M metallisches Material

H hochbrechendes Material