-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, deren Lichtdurchlässigkeit veränderbar ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Bauteil, insbesondere für eine Fahrzeugscheibe, zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit. Schließlich ist ein Verfahren zum Betreiben einer transparenten Scheibenanordnung, insbesondere einer Fahrzeugscheibe offenbart.
-
Heutige Kraftfahrzeuge weisen eine Fahrgastzelle auf, die u. a. durch transparente Scheiben begrenzt wird. Diese Scheiben sind lichtdurchlässig, damit der Fahrer bzw. die übrigen Fahrzeuginsassen die Umgebung des Fahrzeugs beobachten können. In modernen Fahrzeugen befindet sich bisweilen auch eine transparente Scheibe im Fahrzeugdach, durch die Sonnenlicht von oben in die Fahrgastzelle gelangen kann, um den Fahrzeuginsassen ein naturnäheres Fahrempfinden zu vermitteln. Zum Verringern oder Verhindern der Sonneneinstrahlung über die transparente Scheibe im Fahrzeugdach sind in der Regel mechanische Blenden vorgesehen, die zur teilweisen oder vollständigen Überlappung der transparenten Scheibe im Fahrzeugdach verschiebbar sind.
-
Es ist jedoch auch denkbar, anstelle mechanischer verschiebbarer Einrichtungen zum Bewirken eines Blendschutzes schaltbare Verglasungen (im Englischen auch als Smart Glass = intelligentes Glas bekannt) zu verwenden. Dabei kann die Lichtdurchlässigkeit einer derartigen schaltbaren Verglasung durch Anlegen einer Spannung an eine entsprechende Funktionsschicht in der Verglasung eine Veränderung der Lichtdurchlässigkeit, und somit auch einen Blendschutz bewirken. Nachteilig bei derartigen schaltbaren Verglasungen ist, dass diese bei niedrigen Temperaturen, insbesondere unterhalb 0° C, eine lange Schaltzeit bzw. Reaktionszeit aufweist oder unterhalb bestimmten Temperaturen gar nicht mehr funktioniert.
-
Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, den Betrieb einer elektrisch schaltbaren transparenten Scheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sicherzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Fahrzeugscheibe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug geschaffen. Dabei kann es sich insbesondere um eine Fahrzeugscheibe zum Begrenzen einer Fahrgastzelle handeln, einschließlich einer Scheibe im Dach des Fahrzeugs. Diese Fahrzeugscheibe hat eine erste transparente Scheibe und eine zweite transparente Scheibe. Außerdem hat sie ein zwischen der ersten und der zweiten transparenten Scheibe angeordnetes optisches Bauteil zur Steuerung einer Lichtdurchlässigkeit der Fahrzeugscheibe. Dieses optische Bauteil umfasst eine optisch aktive Schicht, deren Lichtdurchlässigkeit durch Anlegen einer Spannung reversibel veränderbar ist. Ferner hat es eine erste elektrisch leitende Schicht als erste Elektrode, die auf einer ersten Seite der optisch aktiven Schicht angeordnet ist. Außerdem hat sie eine zweite elektrisch leitende Schicht als zweite Elektrode, die auf einer zweiten Seite der optisch aktiven Schicht angeordnet ist, wobei durch die erste und die zweite elektrisch leitende Schicht eine Spannung an die optisch aktive Schicht anlegbar ist. Schließlich hat die Fensterscheibe eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht. Auf diese Weise ist es möglich, dass der optisch aktiven Schicht auch bei geringen Umgebungstemperaturen der Fensterscheibe Wärme zuführbar ist, um einen zuverlässigen Betrieb der Fahrzeugscheibe, und insbesondere der optisch aktiven Schicht zu gewährleisten, d. h., eine gewünschte Änderung der Lichtdurchlässigkeit der optisch aktiven Schichten und somit der Fensterscheibe sicherzustellen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Fahrzeugscheibe bzw. des optischen Bauteils hat nur die erste oder nur die zweite elektrisch leitende Schicht oder jeweils beide Schichten einen jeweiligen ersten elektrischen Anschluss an einer ersten Schichtbegrenzung sowie einen jeweiligen zweiten elektrischen Anschluss an einer zweiten Schichtbegrenzung, um einen elektrischen Strom durch die erste bzw. die zweite elektrisch leitende Schicht oder durch beide elektrisch leitenden Schichten in der Schichtebene zu leiten. Auf diese Weise wird der ohmsche Widerstand einer jeweiligen elektrisch leitenden Schicht dazu genutzt, damit durch diesen bedingte Verlustwärme beim Leiten des elektrischen Stroms entsteht, um so die Heizeinrichtung zu realisieren und die optisch aktive Schicht zu erwärmen. Bei dieser Ausgestaltung erhält somit zumindest eine der ersten oder zweiten elektrisch leitenden Schichten eine Doppelfunktion, nämlich zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung zum Verändern der Lichtdurchlässigkeit der optisch aktiven Schicht, und zum anderen als Heizeinrichtung zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht, wenn ein elektrischer Strom in der Schichtebene fließt. Auf diese Weise kann nur durch das Vorsehen eines ersten und zweiten elektrischen Anschlusses an einer elektrisch leitenden Schicht eine kostengünstige und platzsparende Heizeinrichtung realisiert werden, durch die weder die Abmessungen des optischen Bauelements oder der Fahrzeugscheibe vergrößert werden.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der gerade erwähnten Fahrzeugscheibe wird an der ersten Schichtbegrenzung der ersten oder der zweiten oder an beiden elektrisch leitenden Schichten ein mit dem ersten elektrischen Anschluss verbundenes und sich zumindest über einen bestimmten Teilbereich der Schichtbegrenzung ausdehnendes erstes niederohmiges Element vorgesehen. Entsprechend ist an der jeweiligen zweiten Schichtbegrenzung der ersten oder der zweiten oder an beiden elektrisch leitenden Schichten ein mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbundenes und sich zumindest über einen bestimmten Teilbereich der Schichtbegrenzungen ausdehnendes zweites niederohmiges Element vorgesehen. Das erste bzw. zweite niederohmige Element hat dabei einen geringeren Widerstand als die jeweiligen elektrisch leitenden Schichten. Beispielsweise kann ein niederohmiges Element durch eine Kupferschicht oder ein Kupferelement realisiert sein, das in elektrischem Kontakt zu einer Schichtbegrenzung einer jeweiligen elektrisch leitenden Schicht steht. Zwischen einem jeweiligen ersten und zweiten niederohmigen Element kann auf diese Weise ein Flächenstrom innerhalb einer entsprechenden elektrisch leitenden Schicht erzeugt werden, durch dessen Verlustwärme die optisch aktive Schicht erwärmt wird. Wie bereits erwähnt, kann sich ein jeweiliges niederohmiges Element über einen bestimmten Teilbereich einer Schichtbegrenzung ausdehnen oder entlang der gesamten Schichtbegrenzung.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Fahrzeugscheibe bzw. des optischen Bauelements hat die erste elektrisch leitende Schicht oder die zweite elektrisch leitende Schicht oder beide Schichten an eine der optisch aktiven Schicht abgewandten Seite eine weitere elektrisch leitende Schicht bzw. weitere Elektrode. In dieser weiteren elektrisch leitenden Schicht ist ein weiterer erster elektrischer Anschluss an einer weiteren ersten Schichtbegrenzung und ein weiterer zweiter elektrischer Anschluss an einer weiteren zweiten Schichtbegrenzung vorgesehen, so dass auf diese Weise ein elektrischer Strom durch die weitere elektrische leitende Schicht in der Schichtebene fließen kann. Somit kann auf diese Weise durch eine durch den ohmschen Widerstand der weiteren elektrisch leitenden Schicht bedingte Verlustwärme die Heizeinrichtung zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht realisiert werden. Auch auf diese Weise kann eine sehr platzsparende Möglichkeit zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht realisiert werden.
-
Es ist dabei möglich, dass die weitere elektrisch leitende Schicht als eine Schicht oder ein Schichtsystem zur Reflexion bzw. Blockierung von infraroter (IR) oder ultravioletter (UV) Strahlung ausgebildet sein kann. Die Blockierung vor IR-Strahlung kann dabei insbesondere bei Fahrzeugen der Verhinderung des Aufheizens der Fahrgastzelle dienen, während die Blockierung vor der UV-Strahlung insbesondere für die Fahrzeuginsassen aus gesundheitlichen Gründen von Vorteil sein kann. Auf diese Weise hat die weitere elektrisch leitende Schicht nicht nur die Funktion einer Heizeinrichtung, sondern kann auch noch andere schützende Funktionen erfüllen.
-
Es ferner denkbar, die weitere elektrisch leitende Schicht im sichtbaren Spektralbereich von Licht als transparent auszubilden. Außerdem ist es denkbar, zwischen der weiteren elektrisch leitenden Schicht sowie der ersten elektrisch leitende Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht ein Füllmaterial, beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material einzubringen. Bei dem Füllmaterial kann es sich um einen Klebstoff handeln. Es ist überdies denkbar, dass die weitere elektrisch leitende Schicht an einer der optisch aktiven Schicht zugewandten Seite der ersten transparenten Scheibe und/oder der zweiten transparenten Scheibe aufgedampft ist, so dass die weitere elektrisch leitende Schicht durch die erste und/oder zweite transparente Scheibe vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt ist. Ferner ist es denkbar, wie bei den ersten und zweiten elektrisch leitenden Schichten an der weiteren elektrisch leitenden Schicht an deren Schichtbegrenzungen ein weiteres niederohmiges Element vorzusehen, das mit einem jeweiligen weiteren elektrischen Anschluss kontaktiert ist, um auch an der weiteren elektrisch leitenden Schicht einen Flächenstrom bereitzustellen. Dabei kann sich das jeweilige weitere niederohmige Element teilweise oder vollständig über die entsprechende Schichtbegrenzung ausdehnen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Fahrzeugscheibe bzw. des optischen Elements weist die erste elektrisch leitende Schicht einen dritten elektrischen Anschluss und weist die zweite elektrisch leitende Schicht einen vierten elektrischen Anschluss auf, wobei über den dritten und vierten elektrischen Anschluss ein elektrisches Wechselfeld in die optisch aktive Schicht einbringbar ist, um auf diese Weise durch eine durch dielektrische Erwärmung der optisch aktiven Schicht bedingte Verlustwärme die Heizeinrichtung zu realisieren. Es ist auf diese Weise somit auch möglich, direkt in der optisch aktiven Schicht durch dielektrische Verluste beim Anlegen des Wechselfelds Wärme zu erzeugen. Auch auf diese Weise kann wiederum eine platzsparende Möglichkeit zur Realisierung einer Heizeinrichtung für die optisch aktive Schicht erreicht werden, insbesondere da die elektrisch leitenden Schichten zum Bereitstellen einer Spannung für die optisch aktive Schicht für eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit eine weitere Funktion ausüben, nämlich als Heizeinrichtung für die optisch aktive Schicht.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die optisch aktive Schicht in einer Flüssigkeit oder einem Film suspendierte Partikel auf, die durch eine angelegte Spannung ausgerichtet werden können, um dadurch die Lichtdurchlässigkeit der optisch aktiven Schicht zu verändern. Insbesondere derartige optisch aktive Schichten mit beweglichen Partikeln weisen eine verminderte Funktion bei niedrigen Temperaturen auf, da bei derartigen niedrigen Temperaturen sich die Partikel nur noch schwer oder gar nicht mehr bezüglich ihrer Umgebung bewegen und ausrichten können. Somit ist das Vorsehen einer Heizeinrichtung gemäß einer vorliegenden Erfindung hier besonders sinnvoll und vorteilhaft.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der optisch aktiven Schicht können sich die Partikel in einem ersten Zustand, bei dem keine Spannung angelegt ist ungeordnet in der optisch aktiven Schicht verteilen, und so einen Lichtdurchtritt durch die optisch aktive Schicht verhindern, während sie in einem zweiten Zustand, bei dem eine Spannung angelegt ist, sich in Reihen ausrichten, zwischen welchen das Licht hindurchtreten kann.
-
Als elektrisch leitende Schichten bzw. Elektroden werden insbesondere transparente (im sichtbaren Spektralbereich von Licht transparent) elektrisch leitende Schichten oder transparente Elektroden verwendet, die eine vergleichsweise geringe Absorption von elektromagnetischen Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts aufweisen. Sie können aus speziellen Materialien, wie aus transparenten elektrisch leitfähigen Oxiden, insbesondere Indiumzinnoxid (ITO) bestehen.
-
Die erste und die zweite transparente Scheibe, die quasi als Trägerschichten dienen, können als transparente Trägerschichten beispielsweise aus Glas oder jedoch auch aus Kunststoffmaterialien, wie Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET) oder ähnlichem hergestellt sein.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optisches Bauteil, insbesondere für eine Fahrzeugscheibe, zur Steuerung einer Lichtdurchlässigkeit geschaffen. Dieses optische Bauteil umfasst eine optisch aktive Schicht, deren Lichtdurchlässigkeit durch Anlegen einer Spannung bzw. eines elektrischen Potentials reversibel veränderbar ist. Außerdem hat das optische Bauteil eine erste elektrisch leitende Schicht, die auf einer ersten Seite der optisch aktiven Schicht angeordnet ist, und hat eine zweite elektrisch leitende Schicht, die auf einer zweiten Seite der optisch aktiven Schicht angeordnet ist, wobei durch die erste und die zweite elektrisch leitende Schicht eine Spannung an die optisch aktive Schicht anlegbar ist. Ferner ist in dem optischen Bauteil eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der optischen Schicht realisiert, nämlich durch eine durch den ohmschen Widerstand bedingte Verlustwärme der zumindest einer der elektrisch leitenden Schichten, oder durch eine dielektrische Erwärmung der optisch aktiven Schicht mittels eines elektrischen Wechselfelds zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Schicht. Auf diese Weise wird ein optisches Bauteil insbesondere zur Verwendung mit einer Trägerschicht aus Glas oder Kunststoff (wie oben erwähnt) geschaffen. Der Anwendungsbereich erstreckt sich dabei auf Fahrzeugscheiben, Fensterscheiben oder sonstigen transparenten Scheiben, deren Lichtdurchlässigkeit veränderbar sein soll. Insbesondere durch die Verwendung der elektrisch leitenden Schichten nicht nur zum Verändern der Lichtdurchlässigkeit der optisch aktiven Schicht, sondern auch als Heizeinrichtungen, führt zu einer besonders platzsparenden, einfachen und kostengünstigen Realisierung eines optischen Bauteils.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer transparenten Scheibenanordnung, insbesondere einer Fahrzeugscheibe geschaffen, die aus einer ersten transparenten Scheibe und einer zweiten transparenten Scheibe, sowie einem zwischen diesen Scheiben angeordneten optischen Bauteil zur Steuerung einer Lichtdurchlässigkeit besteht, wobei das optische Bauteil eine optisch aktive Schicht aufweist, deren Lichtdurchlässigkeit durch Anliegen einer Spannung reversibel veränderbar ist, eine erste elektrisch leitende Schicht aufweist, die auf einer ersten Seite der optisch aktiven Schicht angeordnet ist und eine zweite elektrisch leitende Schicht aufweist, die auf einer zweiten Seite der optisch aktiven Schicht angeordnet ist, wobei durch die erste und die zweite elektrisch leitende Schicht eine Spannung an die optisch aktive Schicht anlegbar ist. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Es wird in einem ersten Schritt eine Umgebungstemperatur der transparenten Scheibenanordnung ermittelt. In einem zweiten Schritt wird die optisch aktive Schicht dann erwärmt, wenn die ermittelte Umgebungstemperatur kleiner als ein vorbestimmter Temperaturwert ist. Dann kann, insbesondere wenn eine bestimmte Wärmemenge in die optische Schicht eingebracht worden ist oder diese eine bestimmte Temperatur erreicht hat (beispielsweise nach Erwärmen über ein vorbestimmtes Zeitintervall), an die optisch aktive Schicht eine Spannung angelegt werden, um die Lichtdurchlässigkeit von dieser zu verändern. Auf diese Weise wird somit ein sicherer Betrieb einer transparenten Scheibenanordnung auch bei tiefen Umgebungstemperaturen sichergestellt.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schritt des Erwärmens der optisch aktiven Schicht durchgeführt durch: Erzeugen eines elektrischen Stroms durch die erste und/oder zweite elektrisch leitende Schicht, oder durch eine dielektrische Erwärmung der optisch aktiven Schicht mittels eines elektrischen Wechselfeldes zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Schicht. Somit kann durch Nutzung der Elektroden ferner als Heizeinrichtung eine kostengünstige und vorrichtungstechnisch einfache Möglichkeit zur Erwärmung der optisch aktiven Schicht erreicht werden.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Fahrzeugscheibe sind, soweit auf das optische Bauteil und das Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des optischen Bauteils und des Verfahrens anzusehen, und umgekehrt.
-
Im Folgenden sollen nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine schematische Querschnittansicht einer Fahrzeugscheibe für ein Kraftfahrzeug zur Darstellung der wesentlichen Komponenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Fahrzeugscheibe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (insbesondere nach 1), die hier als transparente Scheibe im Fahrzeugdach realisiert ist;
-
3 eine schematische Darstellung eines optischen Bauelements zur Veränderung der Lichtdurchlässigkeit mit einer Heizeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
-
4 ein optisches Bauelement zum Verändern der Lichtdurchlässigkeit mit einer Heizeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
-
5 eine schematische Querschnittansicht einer Fahrzeugscheibe für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
Es sei zunächst auf 1 verwiesen, in der eine schematische Querschnittdarstellung einer transparenten Scheibenanordnung SA mit einem optischen Bauteil OB zum Verändern der Lichtdurchlässigkeit der transparenten Scheibenanordnung gezeigt ist. Eine derartige transparente Scheibenanordnung kann beispielsweise als eine Fahrzeugscheibe bzw. ein Fahrzeugfenster ausgeführt sein. Wie es an der folgenden Erläuterung des Aufbaus zu erkennen ist, ist die transparente Scheibenanordnung als ein sog. Smart-Glass (intelligentes Glas) oder Smart-Window (intelligentes Fenster) ausgebildet. Von außen nach innen betrachtet weist die Scheibenanordnung SA eine erste transparente Scheibe TS1 und eine zweite transparente Scheibe TS2 auf, die aufgrund ihrer Dicke bzw. Festigkeit quasi als Trägerschichten dienen. Die erste und zweite transparente Scheibe können beispielsweise aus Glas oder aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Dabei ist auf der ersten transparenten Scheibe TS1 ein erstes Füllmaterial in Form eines Klebstoffs und ist auf der zweiten transparenten Scheibe TS2 ein zweites Füllmaterial FM2 ebenso als Klebstoff vorgesehen. Mit dem ersten Füllmaterial FM1 ist dann eine erste elektrisch leitende Schicht ELS1 verbunden, während mit dem zweiten Füllmaterial FM2 eine zweite elektrisch leitende Schicht ELS2 verbunden ist. Diese beiden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 dienen dabei als Elektroden, und sind transparent, beispielsweise als ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid, wie Indiumzinnoxid ausgebildet. Zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 ist dann eine optisch aktive Schicht OAS ausgebildet, die durch Anlegen einer Spannung in ihre Lichtdurchlässigkeit reversibel veränderbar ist. Diese Spannung bzw. dieses elektrische Potential zum Beeinflussen der optisch aktiven Schicht OAS wird durch die elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 bereitgestellt, die hierzu mit jeweiligen elektrischen Anschlüssen (wie es in 3 und 4 gezeigt ist) verbunden sind.
-
Die optisch aktive Schicht OAS kann hierbei als eine SPD(SPD = suspended particel device, Bauteile mit suspendierten Partikeln)-Schicht ausgebildet sein. Liegt in einem ersten Zustand dieser SPD-Schicht keine Spannung an, so ordnen sich in einem Film oder einer Flüssigkeit der Schicht frei bewegbare Partikel ungeordnet und zufällig an. Auf diese Weise wird ein Lichtdurchtritt senkrecht zur optisch aktiven Schicht OAS, d. h. von oben nach unten in der Figur, weitgehend bzw. im starken Maß unterbunden oder ganz verhindert. Wie es in Figur zu Zwecken der Erläuterung gezeigt ist, ist von oben nach unten in die erste transparente Scheibe TS1 mit hoher Intensität eintretendes Licht LIE dargestellt. Es sei angenommen, dass sich die optisch aktive Schicht im ersten Zustand befindet, in dem keine Spannung angelegt ist. Entsprechend wird durch die optisch aktive Schicht OAS ein Großteil des einfallenden Lichts absorbiert, so dass aus der zweiten transparenten Scheibe TS2 Licht LIA mit geringer (d.h. insbesondere im Vergleich zum einfallenden Licht LIE mit verringerter) Intensität austritt. Der Unterschied der jeweiligen eintretenden zu austretenden Lichtintensität soll durch die jeweilige Größe der Pfeile LIE zu den kleineren Pfeilen LIA symbolisiert werden.
-
In einem zweiten Zustand der optisch aktiven Schicht OAS, bei dem eine Spannung durch die elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 an der optisch aktiven Schicht OAS angelegt ist, richten sich die in der optischen Schicht befindlichen Partikel entsprechend der angelegten Spannung bzw. dem dadurch erzeugten elektrischen Feld aus und bilden quasi Reihen, zwischen denen Licht senkrecht zur optisch aktiven Schicht OAS hindurchtreten kann. In einem derartigen Fall, wären dann die in die erste transparente Scheibe TS1 eintretenden Lichtstrahlen in ihrer Intensität ungefähr gleich den aus der zweiten transparenten Schicht TS2 austretenden Lichtstrahlen, so dass die Scheibenanordnung SA zumindest transparent bzw. durchsichtig scheint.
-
Die optisch aktive Schicht OAS mit den sie umgebenden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 dienen somit als ein optisches Bauteil OB zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit.
-
Aufgrund der Beschaffenheit der optisch aktiven Schicht OAS als eine Schicht mit bewegbaren bzw. ausrichtbaren Partikeln besteht hier das Problem, dass die Beweglichkeit dieser Partikel bei niedrigen Temperaturen stark abnimmt und somit eine Reaktionszeit auf ein Anliegen einer Spannung an die optisch aktive Schicht OAS bei niedrigen Temperaturen stark verlängert wird. Zu diesem Zweck ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung eine Heizeinrichtung in das optische Bauteil integriert, die dazu dient, die optisch aktive Schicht OAS zu erwärmen, und die Beweglichkeit der Partikel zu erhöhen. Wie es in den 3 und 4 noch gezeigt wird, bilden dabei die elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 samt den entsprechenden elektrischen Anschlüssen jeweilige Heizeinrichtungen HE gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.
-
Es sei nun auf 2 verwiesen, in der ein Kraftfahrzeug FZ dargestellt ist. Dieses Kraftfahrzeug hat eine mit einem Dach DA abgedeckte Fahrgastzelle, in dem ein Dachfenster DF vorgesehen ist. Dieses Dachfenster DF kann beispielsweise eine Scheibenanordnung SA (vgl. die von 1) als Fahrzeugscheibe umfassen, um auf diese Weise Sonnenlicht, das von oben durch das Dachfenster DF in die Fahrgastzelle einstrahlt, in seiner Intensität zu steuern. Während das Dachfenster DF im transparenten Zustand (bei dem beispielsweise eine Spannung an die optisch aktive Schicht OAS angelegt ist) Licht quasi ungehindert in die Fahrgastzelle eindringen lässt, um so dem Benutzer ein naturnahes Gefühl zu vermitteln, heizt dieses Sonnenlicht auch die Fahrgastzelle auf. Wird es den Fahrzeuginsassen zu warm, so können sie durch Abschalten der Spannung an der optisch aktiven Schicht OAS die in dieser Schicht vorgesehene Partikel in einen ungeordneten Zustand bringen, so dass die Lichtdurchlässigkeit der optisch aktiven Schicht verringert oder ganz unterbunden wird. Auf diese Weise wird Sonnenlicht, das von oben auf das Fahrzeug FZ trifft, daran gehindert, in die Fahrgastzelle einzudringen.
-
Es sei nun auf 3 verwiesen, in der eine erste Ausführungsform der Erfindung zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht OAS gezeigt ist. Zur Kennzeichnung, dass es sich hier bei dem optischen Bauteil um eine erste Ausführungsform der vorgesehenen Heizeinrichtung handelt, sei das in 1 bezeichnete optische Bauteil OB in 3 mit OB1 bezeichnet. Wie auch schon in 1 umfasst das optische Bauteil OB1 eine optisch aktive Schicht OAS mit entsprechenden Partikeln P. Zum Ausrichten dieser Partikel P hat das optische Bauteil OB1 ferner eine erste elektrisch leitende Schicht ELS1 und eine zweite elektrisch leitende Schicht ELS2, mittels derer eine Spannung an die optisch aktive Schicht OAS anlegbar ist. Das Anlegen dieser elektrischen Spannung kann beispielsweise über einen ersten Anschluss A11 der ersten elektrisch leitenden Schicht ELS1 und über einen ersten elektrischen Anschluss A21 der zweiten elektrisch leitenden Schicht ELS2 geschehen. Dabei ist der elektrische Anschluss A11 über eine Leitung L11 mit einem Steuergerät STG verbunden und ist der elektrische Anschluss A21 über eine weitere Leitung L21 mit dem Steuergerät STG verbunden.
-
Die beiden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 sollen gemäß dieser Ausführungsform nicht nur die Funktion zum Ausrichten der Partikel P der optisch aktiven Schicht OAS inne haben, sondern auch eine Heizeinrichtung für die optisch aktive Schicht OAS dienen. Zu diesem Zweck hat die erste elektrisch leitende Schicht ELS1 einen zweiten elektrischen Anschluss A12, der über eine Leitung L12 mit dem Steuergerät STG verbunden ist. Entsprechend hat die zweite elektrisch leitende Schicht ELS2 einen zweiten elektrischen Anschluss A22, der über eine Leitung L22 mit dem Steuergerät STG verbunden ist.
-
Betrachtet man nun die erste elektrisch leitende Schicht ELS1 näher, da die Blickrichtung der Figur zur besseren Erläuterung auf diese Schicht gerichtet ist, so erkennt man, dass an einer ersten Begrenzung BG1 diese Schicht, d. h. der im Bild von links nach rechts laufenden Begrenzungslinie, ein erstes niederohmiges Element NO1 angeordnet bzw. aufgebracht ist, das mit dem ersten elektrischen Anschluss A11 der elektrisch leitenden Schicht ELS1 verbunden ist. An einer zweiten Schichtbegrenzung, einer der ersten Schichtbegrenzung BG1 gegenüberliegenden Begrenzung BG2 ist ein zweites niederohmiges Element NO2 vorgesehen, das mit dem zweiten Anschluss A12 der ersten elektrisch leitenden Schicht ELS1 verbunden ist. Dabei ist der ohmsche Widerstand der niederohmigen Elemente NO1 und NO2 geringer als der ohmsche Widerstand der elektrisch leitenden Schicht ELS1. Insbesondere können metallische Werkstoffe, wie Kupfer, usw. als niederohmige Elemente verwendet werden. Durch das Vorsehen der niederohmigen Elemente, wie es in der Figur gezeigt ist entlang der gesamten Ausdehnung der jeweiligen ersten und zweiten Schichtbegrenzung BG1 und BG2 wird erreicht, dass ein elektrischer Strom ES, in Form eines Flächenstroms durch die erste elektrisch leitende Schicht ELS1 zwischen den niederohmigen Elementen NO1 innerhalb der ersten elektrisch leitenden Schicht ELS1 fließt. Durch die durch den ohmschen Widerstand bedingte Verlustwärme an der ersten elektrisch leitenden Schicht ELS1 wird auf diese Weise die darunterliegende optisch aktive Schicht OAS erwärmt, um so sicherzustellen, dass sich die darin befindlichen Partikel P ordnungsgemäß bewegen und ausrichten können.
-
Wie es in 3 gezeigt ist, ist es denkbar, nicht nur durch die erste elektrisch leitende Schicht ELS1 einen Flächenstrom zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht OAS bereitzustellen, sondern auch die zweite elektrisch leitende Schicht ELS2 zur Erwärmung der optisch aktiven Schicht OAS2 zu nutzen. Hierzu kann ein entsprechender Aufbau verwendet werden, wie er gerade bezüglich der ersten elektrisch leitenden Schicht ELS1 erläutert worden ist. Wie es ferner in 3 zu sehen ist, sind für einen derartigen Aufbau schon Anschlüsse A21 bzw. A22 vorgesehen, die über entsprechende Leitungen L21 und L22 eine Stromversorgung bereitstellen.
-
Die entsprechende Ansteuerung der Anschlüsse A11 und A12 bzw. A21 und A22 erfolgt über das Steuergerät STG. Dieses kann von einer nicht dargestellten Benutzerschnittstelle Anweisungen eines Benutzers erhalten, eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit herbeizuführen. Entsprechend kann das Steuergerät vor oder während einer Änderung der Lichtdurchlässigkeit eine Erwärmung der optischen Schicht OAS durchführen, um sicher zu gewährleisten, dass eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit durchführbar ist.
-
Es ist auch denkbar, dass das Steuergerät STG vor dem Durchführen einer Änderung der Lichtdurchlässigkeit die Umgebungstemperatur des optischen Bauelements OB1 oder einer diesem zugeordneten Scheibenanordnung mittels damit verbundener Temperatursensoren ermittelt, und entsprechend bei einer Temperatur unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwerts eine Erwärmung der optisch aktiven Schicht OAS durchzuführt. Hat das Steuergerät STG mit einem Heizstrom über eine oder beide elektrisch leitende Schichten ELS1 bzw. ELS2 für ein vorbestimmtes Zeitintervall eine Erwärmung der optisch aktiven Schicht OAS durchgeführt und somit eine definierte Wärmemenge in die optisch aktive Schicht OAS eingebracht), so wi sie nun die entsprechende Änderung der Lichtdurchlässigkeit des optischen Bauteils durchführen.
-
Es sei nun auf 4 verwiesen, in der eine zweite Ausführungsform eines optischen Elements OB2 in einer zweiten Möglichkeit zum Realisieren einer Heizeinrichtung dargestellt ist. Dieses optische Bauteil OB2 weist wiederum eine optisch aktive Schicht OAS sowie damit verbundene elektrisch leitende Schichten ELS1 und ELS2 auf, die in der Figur oberhalb und unterhalb der optischen Schicht OAS angeordnet sind.
-
Da der Aufbau des optischen Bauteils OB2 dem des optischen Bauteils von OB1 entspricht, sei für eine nähere Erläuterung der einzelnen Komponenten auf die Erläuterung von 3 verwiesen.
-
Das Steuergerät STG sei nun derart ausgelegt, dass es über die jeweiligen Leitungen L11 und/oder L12 mit Bezug auf die erste elektrisch leitende Schicht ELS1 und die Leitungen L21 und/oder L22 mit Bezug auf die zweite elektrisch leitende Schicht ein elektrisches Wechselfeld zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 erzeugen kann. Dabei kann das Wechselfeld eine Frequenz im MHz- oder GHz-Bereich haben. Da es sich bei der optisch aktiven Schicht OAS quasi um einen Nichtleiter handelt, in dem keine Strömen fließen können, jedoch Ladungsträger in den Molekülen bzw. Partikeln P der optisch aktiven Schicht OAS mit einiger Verzögerung der Richtungsänderungen des Hochfrequenzwechselfeldes folgen, steigt die Temperatur im Inneren der aktiven Schicht und es kommt somit zu einer dielektrischen Erwärmung.
-
Insbesondere bei tiefen Temperaturen kann auf diese Weise wiederum mittels der elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 Energie an die optisch aktive Schicht eingebracht werden, um die Beweglichkeit der Partikel P sicherzustellen.
-
Wie es auch in 1 erläutert worden ist, ist es denkbar, dass das Steuergerät beispielsweise nach Erhalt einer Benutzeranweisung zunächst die Temperatur der Umgebung des optischen Bauteils OB2 ermittelt und entsprechend bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Mindesttemperatur zunächst die optisch aktive Schicht OAS, wie gerade beschrieben, erwärmt und dann eine Spannungsänderung über die elektrisch leitenden Schichten durchführt, z.B. über einen längeren Zeitraum dauerhaft Spannung über die erste und die zweite elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 anlegt, um eine Veränderung der Lichtdurchlässigkeit zu bewirken.
-
Da es sich bei der optisch aktiven Schicht der optischen Bauteile OB1 und OB2 lediglich um eine Schicht im Bereich von ca. 100 µm handelt, reicht zum Erwärmen dieser Schicht nur ein geringer Energieeintrag durch eines der gerade in 3 und 4 dargestellten Verfahren.
-
Es sei nun auf 5 verwiesen, in der eine schematische Querschnittdarstellung einer transparenten Scheibenanordnung SA5 mit einem optischen Bauteil OB zum Verändern der Lichtdurchlässigkeit der transparenten Scheibenanordnung wie in 1 gezeigt ist. Diese in 5 dargestellte Ausführungsform einer transparenten Scheibenanordnung SA5 entspricht im wesentlichen der Scheibenanordnung SA von 1. Kennzeichen ist eine weitere elektrisch leitende Schicht WE1 und WE2 jeweils an der Innenseite einer transparenten Scheibe TS1 und TS2.
-
Eine derartige transparente Scheibenanordnung SA5 kann beispielsweise wieder als eine Fahrzeugscheibe bzw. ein Fahrzeugfenster ausgeführt sein. Wie es an der folgenden Erläuterung des Aufbaus zu erkennen ist, ist die transparente Scheibenanordnung als ein sog. Smart-Glass (intelligentes Glas) oder Smart-Window (intelligentes Fenster) ausgebildet. Von außen nach innen betrachtet weist die Scheibenanordnung SA5 eine erste transparente Scheibe TS1 und eine zweite transparente Scheibe TS2 auf, die aufgrund ihrer Dicke bzw. Festigkeit quasi als Trägerschichten dienen. Die erste und zweite transparente Scheibe können beispielsweise aus Glas oder aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein.
-
Auf der Innenseite der jeweiligen transparenten Scheiben TS1 und TS2 ist nun eine elektrisch leitende Schicht WE1 bzw. WE2 als eine Schicht zur Reflexion bzw. Blockierung von infraroter (IR) oder ultravioletter (UV) Strahlung ausgebildet, insbesondere aufgedampft. Es ist dabei denkbar, dass gemäß einer Ausgestaltung hiervon nur eine der Schichten WE1 oder WE2 ausgebildet ist. Die schichten WE1 und WE2 sollen im sichtbaren Spektralbereich von Licht transparent sein.
-
Ferner ist auf der ersten transparenten Scheibe TS1 bzw. der Schicht WE1 ein erstes Füllmaterial FM1 in Form eines Klebstoffs und ist auf der zweiten transparenten Scheibe TS2 bzw. der Schicht WE2 ein zweites Füllmaterial FM2 ebenso als Klebstoff vorgesehen. Mit dem ersten Füllmaterial FM1 ist dann eine erste elektrisch leitende Schicht ELS1 verbunden, während mit dem zweiten Füllmaterial FM2 eine zweite elektrisch leitende Schicht ELS2 verbunden ist. Diese beiden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 dienen dabei als Elektroden, und sind transparent, beispielsweise als ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid, wie Indiumzinnoxid ausgebildet. Zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 ist dann eine optisch aktive Schicht OAS ausgebildet, die durch Anlegen einer Spannung in ihre Lichtdurchlässigkeit reversibel veränderbar ist. Diese Spannung bzw. dieses elektrische Potential zum Beeinflussen der optisch aktiven Schicht OAS wird durch die elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 bereitgestellt, die hierzu mit jeweiligen elektrischen Anschlüssen (beispielsweise wie es in 3 und 4 gezeigt ist) verbunden sind.
-
Die optisch aktive Schicht OAS kann hierbei als eine SPD(SPD = suspended particel device, Bauteile mit suspendierten Partikeln)-Schicht ausgebildet sein. Liegt in einem ersten Zustand dieser SPD-Schicht keine Spannung an, so ordnen sich in einem Film oder einer Flüssigkeit der Schicht frei bewegbare Partikel ungeordnet und zufällig an. Auf diese Weise wird ein Lichtdurchtritt senkrecht zur optisch aktiven Schicht OAS, d. h. von oben nach unten in der Figur, weitgehend bzw. im starken Maß unterbunden oder ganz verhindert. Wie es in Figur zu Zwecken der Erläuterung gezeigt ist, ist von oben nach unten in die erste transparente Scheibe TS1 mit hoher Intensität eintretendes Licht LIE dargestellt. Es sei angenommen, dass sich die optisch aktive Schicht im ersten Zustand befindet, in dem keine Spannung angelegt ist. Entsprechend wird durch die optisch aktive Schicht OAS ein Großteil des einfallenden Lichts absorbiert, so dass aus der zweiten transparenten Scheibe TS2 Licht LIA mit geringer (d.h. insbesondere im Vergleich zum einfallenden Licht LIE mit verringerter) Intensität austritt. Der Unterschied der jeweiligen eintretenden zu austretenden Lichtintensität soll durch die jeweilige Größe der Pfeile LIE zu den kleineren Pfeilen LIA symbolisiert werden.
-
In einem zweiten Zustand der optisch aktiven Schicht OAS, bei dem eine Spannung durch die elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 an der optisch aktiven Schicht OAS angelegt ist, richten sich die in der optischen Schicht befindlichen Partikel entsprechend der angelegten Spannung bzw. dem dadurch erzeugten elektrischen Feld aus und bilden quasi Reihen, zwischen denen Licht senkrecht zur optisch aktiven Schicht OAS hindurchtreten kann. In einem derartigen Fall, wären dann die in die erste transparente Scheibe TS1 eintretenden Lichtstrahlen in ihrer Intensität ungefähr gleich den aus der zweiten transparenten Schicht TS2 austretenden Lichtstrahlen, so dass die Scheibenanordnung SA zumindest transparent bzw. durchsichtig scheint.
-
Die optisch aktive Schicht OAS mit den sie umgebenden elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 dienen somit als ein optisches Bauteil OB zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit.
-
Aufgrund der Beschaffenheit der optisch aktiven Schicht OAS als eine Schicht mit bewegbaren bzw. ausrichtbaren Partikeln besteht hier das Problem, dass die Beweglichkeit dieser Partikel bei niedrigen Temperaturen stark abnimmt und somit eine Reaktionszeit auf ein Anliegen einer Spannung an die optisch aktive Schicht OAS bei niedrigen Temperaturen stark verlängert wird.
-
Zu diesem Zweck ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung möglich, eine Heizeinrichtung in das optische Bauteil zu integrieren, die dazu dient, die optisch aktive Schicht OAS zu erwärmen, und die Beweglichkeit der Partikel zu erhöhen. Wie es in den 3 und 4 noch gezeigt wird, bilden dabei die elektrisch leitenden Schichten ELS1 und ELS2 samt den entsprechenden elektrischen Anschlüssen jeweilige Heizeinrichtungen HE gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.
-
Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich oder anstelle einer Heizeinrichtung in dem optischen Bauteil, an zumindest einer der elektrisch leitenden Schichten WE1 oder WE2 (oder in beiden Schichten WE1 und WE2) einen weiteren ersten elektrischen Anschluss an einer ersten jeweiligen Schichtbegrenzung und einen weiteren zweiten elektrischer Anschluss an einer weiteren zweiten jeweiligen Schichtbegrenzung (der Schichten WE1 und/oder WE2) vorzusehen, so dass auf diese Weise ein elektrischer Strom durch die Schicht WE1 und/oder WE2 in der Schichtebene fließen kann. Somit kann auf diese Weise durch eine durch den ohmschen Widerstand der Schicht WE1 und/oder WE2 bedingte Verlustwärme die Heizeinrichtung zum Erwärmen der Scheibenanordnung SA5 und somit auch der optisch aktiven Schicht realisiert werden.
-
Ferner ist es denkbar, die elektrischen Anschlüsse derart auszubilden, dass sie sich zumindest über einen bestimmten Teilbereich der Schichtbegrenzungen ausdehnen, so dass auf diese Weise ein Flächenstrom innerhalb einer entsprechenden Schicht WE1 und/oder WE2 erzeugt werden kann, durch dessen Verlustwärme die Scheibenanordnung SA5 und somit auch die optisch aktive Schicht erwärmt wird.
-
Zusammenfassend zeigt 5 eine Fahrzeugscheibe bzw. Scheibenanordnung SA5, insbesondere für eine Kraftfahrzeug mit einer ersten transparenten Scheibe TS1 und einer zweiten transparenten Scheibe TS2, einem zwischen der ersten und der zweiten transparenten Scheibe angeordneten optischen Bauteil OB zur Steuerung einer Lichtdurchlässigkeit, umfassend eine optische aktive Schicht OAS, deren Lichtdurchlässigkeit durch Anlegen einer Spannung reversibel veränderbar ist, einer ersten elektrisch leitenden Schicht ELS1, die auf einer ersten Seite der optisch aktiven Schicht OAS angeordnet ist und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht ELS2, die auf einer zweiten Seite der optisch aktiven Schicht OAS angeordnet ist, wobei durch die erste und die zweite elektrisch leitenden Schicht eine Spannung an die optisch aktive Schicht anlegbar ist. Ferner umfasst die Scheibenanordnung eine Heizeinrichtung HE zum Erwärmen der optisch aktiven Schicht OAS, die entweder durch die erste und/oder zweite elektrisch leitenden Schicht realisiert ist (durch Erzeugen eines elektrischen Stromes durch die erste und/oder zweite elektrisch leitende Schicht oder durch eine dielektrische Erwärmung der optisch aktiven Schicht mittels eines elektrischen Wechselfeldes zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Schicht). Die Heizeinrichtung kann jedoch zusätzlich oder alternativ durch eine weitere elektrisch leitende Schicht WE1, WE2 realisiert sein, die an einer der optisch aktiven Schicht OAS abgewandten Seite der ersten ELS1 und/oder zweiten ELS2 elektrisch leitende Schicht (bzw. an der Innenseite einer jeweiligen transparenten Scheibe TS1 und/oder TS2) angeordnet ist. Diese weitere elektrisch leitende Schicht weist einen entsprechenden ersten elektrischen Anschluss an einer ersten Schichtbegrenzung und ein entsprechenden zweiten elektrischen Anschluss an einer zweiten Schichtbegrenzung zum Leiten eines elektrischen Stroms durch die weitere elektrische leitende Schicht WE1, WE2 auf, um auf diese Weise durch eine durch den ohmschen Widerstand bedingte Verlustwärme die Heizeinrichtung zu realisieren. Die weitere elektrisch leitende Schicht kann als eine Schicht oder ein Schichtsystem zur Reflexion bzw. Blockierung von infraroter (IR) oder ultravioletter (UV) Strahlung ausgebildet sein. Außerdem ist es denkbar, zwischen der weiteren elektrisch leitenden Schicht sowie der ersten elektrisch leitende Schicht und/oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht ein Füllmaterial, beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material einzubringen. Bei dem Füllmaterial kann es sich um einen Klebstoff handeln.
