DE202021004291U1

DE202021004291U1 - Verglasung mit Lichtquelle

Info

Publication number: DE202021004291U1
Application number: DE202021004291.1U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2031-12-17
Also published as: WO2022136107A1; CN114981078A

Abstract

Verglasung (100), welche umfasst:
- mindestens eine Scheibe (103-2), insbesondere eine Glasscheibe,
- mindestens eine an der Scheibe (103-2) angeordnete Lichtquelle (101) zum Einkoppeln von Licht in die Scheibe (103-2), wobei die Scheibe (103-2) mindestens einen Lichtauskoppelbereich (105) zum Auskoppeln von in der Scheibe (103-2) totalreflektierten Lichts aus der Scheibe (103-2) aufweist, wobei die Verglasung (100) und bevorzugt die Scheibe (103-2) mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht (107-1, 107-2, 107-3) und/oder mindestens ein elektrooptisches Funktionselement (111) zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Scheibenherstellung und betrifft eine Verglasung mit mindestens einer Scheibe und einer Lichtquelle zum Einkoppeln von Licht in die Scheibe.
Verglasungen in Gebäuden und Fahrzeugen werden zunehmend mit großflächigen, elektrisch leitfähigen und für sichtbares Licht transparenten Schichten versehen, die bestimmte Funktionen zu erfüllen haben. Diese Schichten sind in aller Regel metallbasiert, d.h. weisen zumindest eine Schicht aus einem metallischen Material auf, und werden gemeinhin als Funktionsschichten bezeichnet.
Beispielsweise werden aus Gründen der Energieeinsparung und des Komforts an Verglasungen hohe Anforderungen bezüglich ihrer wärmeisolierenden Eigenschaften gestellt. So ist es wünschenswert, einen hohen Wärmeeintrag durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden, was zu einem übermäßigen Aufheizen des Innenraums führt und wiederum hohe Energiekosten für die notwendige Klimatisierung zur Folge hat.
Bekannt ist auch die Verwendung von Wärmestrahlung reflektierenden Schichten (Low-E-Schichten). Eine Low-E-Schicht reflektiert einen erheblichen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung, vor allem im Infrarotbereich, was im Sommer zu einer verringerten Erwärmung des Innenraums führt. Die Low-E-Schicht verringert außerdem die Aussendung von langwelliger Wärmestrahlung einer erwärmten Scheibe in den Innenraum hinein, wenn die Low-E-Schicht auf der dem Innenraum zugewandten Oberfläche einer Scheibe aufgebracht ist. Im Winter wird bei niedrigen Außentemperaturen die Abstrahlung der Wärme des Innenraums an die äußere Umgebung verhindert. Low-E-Schichten beispielsweise auf Basis von Niob, Tantal, Nickel, Chrom, Zirkonium oder Legierungen daraus, sind dem Fachmann wohlbekannt, beispielsweise aus US7592068 B2 , US7923131 B2 und WO2004076174 A1 .
Eine andere Anwendung von metallbasierten Funktionsschichten zielt darauf ab, das Sichtfeld einer Fahrzeugscheibe frei von Eis und Beschlag zu halten. Bekannt sind elektrische Heizschichten, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine gezielte Erwärmung der Fahrzeugscheibe bewirken (siehe z.B. WO 2010/043598 A1 ).
Bei einer weiteren Anwendung wird die metallbasierte Funktionsschicht als Flächenantenne in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dazu wird die metallbasierte Funktionsschicht mit einer Koppelelektrode galvanisch oder kapazitiv gekoppelt und das Antennensignal im Randbereich der Scheibe zur Verfügung gestellt. Das von der Flächenantenne ausgekoppelte Antennensignal wird einem Antennenverstärker zugeführt, der in Kraftfahrzeugen mit der metallischen Karosserie verbunden ist, wodurch ein hochfrequenztechnisch wirksames Bezugspotenzial für das Antennensignal vorgegeben wird. Derartige Flächenantennen sind beispielsweise aus DE 10106125 A1 , DE 10319606 A1 , EP 0720249 A2 , US 2003/0112190 A1 und DE 19843338 C2 bekannt.
Bekannt ist auch die Verwendung von elektrooptischen Funktionselementen. Hierbei handelt es sich um flächenhafte Strukturen mit elektrisch regelbaren optischen Eigenschaften einer aktiven Schicht. Das heißt, die optischen Eigenschaften der aktiven Schicht und insbesondere deren Transparenz, Streuverhalten oder Leuchtkraft sind durch eine elektrische Spannung steuerbar. Beispiele für elektrooptische Funktionselemente sind SPD-Funktionselemente (SPD = Suspended Particle Device), die beispielsweise aus EP 0876608 B1 und WO 2011033313 A1 bekannt sind, und PDLC-Funktionselemente (PDLC = Polymer Dispersed Liquid Crystal), die beispielsweise aus DE 102008026339 A1 bekannt sind.
Elektrooptische Funktionselemente, wie SPD- oder PDLC-Funktionselemente, sind als Mehrschichtfolie kommerziell erhältlich, wobei die aktive Schicht zwischen zwei Flächenelektroden angeordnet ist, die zum Anlegen einer Spannung zur Steuerung der aktiven Schicht dienen. In aller Regel sind die beiden Flächenelektroden zwischen zwei Trägerfolien, typischerweise aus PET, angeordnet. Kommerziell erhältliche Mehrschichtfolien werden zudem beidseitig mit einer Schutzfolie aus Polypropylen oder Polyethylen abgedeckt, welche dazu dienen, die Trägerfolien vor Verschmutzungen oder Verkratzungen zu schützen. Insbesondere bei der Herstellung einer Verbundscheibe wird das elektrooptische Funktionselement in der gewünschten Größe und Form aus der Mehrschichtfolie ausgeschnitten und zwischen die Folien einer Zwischenschicht eingelegt, mittels derer zwei Glasscheiben miteinander zur Verbundscheibe laminiert werden. Eine typische Anwendung sind Windschutzscheiben mit elektrisch regelbaren Sonnenblenden, welche beispielsweise aus DE 102013001334 A1 , DE 102005049081 B3 , DE 102005007427 A1 und DE 102007027296 A1 bekannt sind.
Vorrichtungen zum Einkoppeln von Licht in eine Scheibe sind beispielsweise aus WO 2015/101744 A1 , WO 2015/118279 A1 , WO 2016/102799 A1 , WO 2016/102800 A1 , WO 2019/105855 A1 oder CN 109 606 251 A bekannt.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Verglasung mit einer metallbasierten Funktionsschicht und/oder einem elektrooptischen Funktionselement zur Verfügung zu stellen, wobei vorzugsweise die Sichtbarkeit von ausgekoppeltem Licht auf einer Innenseite der Verglasung verbessert werden soll. Die Verglasung soll in der industriellen Serienfertigung einfach und kostengünstig herzustellen sein.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Verglasung gemäß dem unabhängigen Schutzanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine Verglasung gezeigt. Die Verglasung umfasst mindestens eine Scheibe, bevorzugt eine Glasscheibe. Die Verglasung verfügt weiterhin über mindestens eine an der Scheibe angeordnete Lichtquelle zum Einkoppeln von Licht in die Scheibe, wobei die Scheibe mindestens einen Lichtauskoppelbereich zum Auskoppeln von in der Scheibe totalreflektierten Lichts aus der Scheibe aufweist. Zudem weist die Verglasung und bevorzugt die Scheibe mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht und/oder mindestens ein elektrooptisches Funktionselement zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften der Scheibe auf.
Vorteilhafterweise ist die metallbasierte Funktionsschicht unmittelbar auf der Scheibe angeordnet oder über eine oder mehrere, bevorzugt polymere, Träger- und/oder Klebeschichten mit der Scheibe verbunden. Vorteilhafterweise ist das elektrooptische Funktionselement mit der Scheibe unmittelbar oder über eine oder mehrere, bevorzugt polymere, Träger- und/oder Klebeschichten verbunden. Die Klebeschichten können auch optische transparente Kleber (sogenannte OCA, optical clear adhesive) enthalten oder daraus bestehen.
In vorteilhafter Weise kann der Kontrast des ausgekoppelten Lichts durch die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht und/oder das mindestens eine elektrooptische Funktionselement zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften der Verglasung und bevorzgut der Scheibe verbessert werden, um so insbesondere die optische Erkennbarkeit einer durch das ausgekoppelte Licht vermittelten Information zu erhöhen.
Das Licht der mindestens einen Lichtquelle wird in die Scheibe eingekoppelt, wobei die Lichtquelle zu diesem Zweck in geeigneter Weise relativ zur Scheibe angeordnet ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Lichtquelle seitlich zur Scheibe, d.h. an deren Kante, angeordnet, was eine gute Einkopplung von Licht in die Scheibe ermöglicht. Gleichermaßen bevorzugt ist die Anordnung der mindestens einen Lichtquelle in einer Aussparung oder Durchbrechung der Scheibe, was ebenso eine gute Einkopplung von Licht in die Scheibe ermöglicht. Das in die Scheibe eingekoppelte Licht wird in der Scheibe totalreflektiert, bis es an dem mindestens einen Lichtauskoppelbereich aus der Scheibe ausgekoppelt wird.
Der mindestens eine Lichtauskoppelbereich ist zum Auskoppeln von in der Scheibe totalreflektierten Lichts geeignet ausgebildet. Der Lichtauskoppelbereich weist zu diesem Zweck bevorzugt eine höhere Rauigkeit auf, als Bereiche der Scheibe, die nicht zum Auskoppeln von in der Scheibe totalreflektierten Lichts dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung weist der mindestens eine Lichtauskoppelbereich eine auf die Scheibenoberfläche aufgedruckte und eingebrannte, nicht-opake Paste auf. Die Paste ist zumindest semi-transparent oder transparent für das in der Scheibe total reflektierte Licht. Die aufgedruckte und eingebrannte Paste erhöht die Rauigkeit der Scheibe, so dass in der Scheibe totalreflektiertes Licht effektiv ausgekoppelt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung ist der mindestens eine Lichtauskoppelbereich durch mechanisches Aufrauen der Scheibenoberfläche selbst, beispielsweise mittels eines Lasers, ausgebildet. Auch durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass in der Scheibe totalreflektiertes Licht effektiv ausgekoppelt werden kann.
Das Auskoppeln des Lichts kann auf einer oder beiden Seiten der Scheibe erfolgen. Vorteilhaft erfolgt die Lichtauskopplung auf einer Scheibenseite, welche in Einbaulage einem Innenraum zugewandt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung ist das mindestens eine elektrooptische Funktionselement zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften ein Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC)- oder ein Suspended Particle Device (SPD)-Funktionselement) ist, welches insbesondere in Folienform bereitgestellt wird. Wie eingangs bereits erläutert, sind solche elektrooptischen Funktionselemente dem Fachmann wohlbekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. In der Praxis zeigt sich, dass elektrooptische Funktionselemente zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften der Scheibe eine „milchige“ Anmutung geben, wodurch jedoch in vorteilhafter Weise der Kontrast in Bezug auf das aus der Scheibe ausgekoppelte Licht verbessert wird, so dass die durch das ausgekoppelte Licht vermittelte Information besser erkennbar wird.
Ein weiteres Beispiel elektrooptische Funktionselemente sind PNLC-Funktionselemente (PNLC = polymer network liquid crystal). Die aktive Schicht enthält dabei Flüssigkristalle, welche in ein Polymernetzwerk eingelagert sind, wobei die Funktionsweise ansonsten analog wie bei den PDLC-Funktionselementen ist. Weitere Beispiele sind elektrochrome Funktionselemente oder Funktionselemente mit Flüssigkristall-Farbstoffzellen (sogenannte Guest-Host-Zellen).
SPD-, PDLC und PNLC-Funktionselemente, elektrochrome Funktionselemente sowie Funktionselemente mit Flüssigkristall-Farbstoffzellen sind als Funktionselemente kommerziell erhältlich.
Die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht kann grundsätzlich in beliebiger Weise ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung ist die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht dazu ausgebildet ist, Wärmestrahlung bei Raumtemperatur und insbesondere Infrarotstrahlung, die längerwellig ist als der Infrarotanteil der Sonnenstrahlung, zu reflektieren (sogenannte Beschichtung niedriger Emissivität (Low-E-Beschichtung)) und/oder auftreffendes Infrarotlicht, insbesondere den Infrarotanteil der Sonnenstrahlung, zu reflektieren oder zu absorbieren. Vorteilhaft handelt es sich um eine elektrisch leitfähige und für sichtbares Licht transparente Beschichtung.
Die metallbasierte Funktionsschicht kann aus einer Einzelschicht bzw. Lage aus einem selben Material bestehen, wobei gleichermaßen möglich ist, dass sie aus mehreren Einzelschichten bzw. Lagen aus zumindest zwei verschiedenen Materialien besteht. Die Funktionsschicht kann somit aus einer Einzelschicht bzw. Lage aus einem selben Material bestehen. Alternativ kann die Funktionsschicht aus einer mehreren Einzelschichten bzw. Lagen aus zumindest zwei verschiedenen Materialien bestehen. Wie eingangs dargestellt, ist es gängige Praxis eine metallbasierte Funktionsschicht in Form eines Schichtensystems aus voneinander verschiedenen Einzelschichten auszubilden.
Die metallbasierte Funktionsschicht wird vorzugsweise großflächig auf die Scheibe aufgebracht. Die metallbasierte Funktionsschicht ist auf einer Oberfläche der Scheibe angeordnet und bedeckt bzw. überdeckt die Oberfläche der Scheibe vollständig oder teilweise, jedoch vorzugsweise großflächig. Der Ausdruck „großflächig“ bedeutet, dass mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 75% oder bevorzugt mindestens 90% der Oberfläche der Scheibe von der metallbasierten Funktionsschicht bedeckt sind. Die metallbasierte Funktionsschicht kann sich aber auch über kleinere Anteile der Oberfläche der Scheibe erstrecken.
Die metallbasierte Funktionsschicht ist eine Einzelschicht oder ein Schichtaufbau aus mehreren Einzelschichten mit einer Gesamtdicke von beispielsweise kleiner oder gleich 2 µm, bevorzugt kleiner oder gleich 1 µm. Vorteilhaft weist die metallbasierte Funktionsschicht eine Dicke von 80 nm bis 1000 nm, insbesondere von 80 nm bis 600 n, bevorzugt von 140 nm bis 400 nm, auf.
Im Sinne vorliegender Erfindung bedeutet „transparent“, dass die Gesamttransmission der Scheibe und insbesondere der Verglasung den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben und vordere Seitenscheiben entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 70% und insbesondere von mehr als 75% aufweist. Für hintere Seitenscheiben und Heckscheiben kann „transparent“ auch 10% bis 70% Lichttransmission bedeuten. Entsprechend bedeutet „opak“ eine Lichttransmission von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere 0%.
Beispielsweise enthält eine transparente, elektrisch leitfähige Funktionsschicht mindestens ein Metall, beispielsweise Silber, Nickel, Chrom, Niob, Zinn, Titan, Kupfer, Palladium, Zink, Gold, Cadmium, Aluminium, Silizium, Wolfram oder Legierungen daraus, und/oder mindestens eine Metalloxidschicht, bevorzugt Zinn-dotiertes Indiumoxid (ITO), Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, SnO2:F) oder Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, SnO2:Sb). Solche Funktionsschichten sind beispielsweise aus DE 20 2008 017 611 U1 und EP 0 847 965 B1 bekannt. Sie bestehen beispielsweise aus einer Metallschicht wie einer Silberschicht oder einer Schicht aus einer silberhaltigen Metalllegierung. Typische Silberschichten weisen bevorzugt Dicken von 5 nm bis 15 nm auf, besonders bevorzugt von 8 nm bis 12 nm. Die Metallschicht kann zwischen mindestens zwei Schichten aus dielektrischem Material vom Typ Metalloxid eingebettet sein. Das Metalloxid enthält bevorzugt Zinkoxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen sowie Kombinationen von einem oder mehreren daraus. Das dielektrische Material kann auch Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid sowie Kombinationen von einem oder mehreren davon enthalten.
Transparente, elektrisch leitfähige Funktionsschichten haben beispielsweise einen Flächenwiderstand von 0,1 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat, besonders bevorzugt von 1 Ohm/Quadrat bis 50 Ohm/Quadrat und ganz besonders bevorzugt von 1 Ohm/Quadrat bis 10 Ohm/Quadrat.
Beispielsweise dient die transparente, elektrisch leitfähige Funktionsschicht als Antennenschicht (Flächenantenne).
Vorzugsweise ist die metallbasierte Funktionsschicht eine Funktionsschicht mit SonnenschutzWirkung. Eine solche Schicht mit Sonnenschutzwirkung weist reflektierende Eigenschaften im Infrarot-Bereich und damit im Bereich der Sonneneinstrahlung auf, wodurch ein Aufheizen des Innenraums eines Gebäudes oder Kraftfahrzeugs infolge von Sonnenstrahlung vorteilhaft vermindert wird. Der TTS-Wert einer mit der Beschichtung versehenen Fahrzeugverbundscheibe beträgt dabei bevorzugt kleiner 50%, besonders bevorzugt kleiner 45%, ganz besonders bevorzugt kleiner 40 %. Mit TTS-Wert wird die insgesamt transmittierte Sonnenenergie, gemessen nach ISO 13837, bezeichnet - er ist ein Maß für den thermischen Komfort. Die Beschichtung kann auch als Heizbeschichtung verwendet werden, wenn sie elektrisch kontaktiert wird, so dass ein Strom durch sie fließt, welcher die Beschichtung erwärmt. Funktionsschichten mit Sonnenschutzwirkung sind dem Fachmann wohlbekannt und enthalten typischerweise zumindest ein Metall, insbesondere Silber oder eine silberhaltige Legierung. Die Schicht mit Sonnenschutzwirkung kann eine Abfolge mehrerer Einzelschichten umfassen, insbesondere zumindest eine metallische Schicht und dielektrische Schichten, die beispielsweise zumindest ein Metalloxid enthalten. Das Metalloxid enthält bevorzugt Zinkoxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen sowie Kombinationen von einem oder mehreren daraus. Das dielektrische Material enthält beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder Aluminiumnitrid. Schichten mit Sonnenschutzwirkung sind beispielsweise bekannt aus DE 102009006062 A1 , WO 2007/101964 A1 , EP 0 912 455 B1 , DE 199 27 683 C1 , EP 1 218 307 B1 und EP 1 917 222 B1 .
Die Dicke einer Funktionsschicht mit Sonnenschutzwirkung kann breit variieren und den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden, wobei eine Schichtdicke von 10 nm bis 5 µm und insbesondere von 30 nm bis 1 µm bevorzugt ist. Der Flächenwiderstand einer Funktionsschicht mit Sonnenschutzwirkung beträgt bevorzugt von 0,35 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat, bevorzugt 0,5 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat, ganz besonders bevorzugt von 0,6 Ohm/Quadrat bis 30 Ohm/Quadrat, und insbesondere von 2 Ohm/Quadrat bis 20 Ohm/Quadrat. Die Metallbasierte Funktionsschicht mit Sonnenschutzwirkung weist beispielsweise gute infrarotreflektierende Eigenschaften und/oder besonders niedrige Emissivitäten (Low-E) auf.
Die metallbasierte Funktionsschicht kann beispielsweise auch eine elektrisch beheizbare Schicht sein, durch welche die Scheibe mit einer Heizfunktion versehen wird. Solche beheizbaren Schichten sind dem Fachmann an sich bekannt. Sie enthalten typischerweise eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier elektrisch leitfähige Schichten. Diese Schichten enthalten oder bestehen bevorzugt aus zumindest einem Metall, beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel und/oder Chrom, oder einer Metalllegierung und enthalten bevorzugt mindestens 90 Gew.-% des Metalls, insbesondere mindestens 99,9 Gew.-% des Metalls. Solche Schichten weisen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Transmission im sichtbaren Spektralbereich auf. Die Dicke einer Einzelschicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm. Bei einer solchen Dicke wird eine vorteilhaft hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit erreicht.
Die metallbasierte Funktionsschicht wird durch an sich bekannte Verfahren abgeschieden, beispielsweise durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung, was besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache, schnelle, kostengünstige und gleichmäßige Beschichtung der Scheibe ist. Die Kathodenzerstäubung erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, beziehungsweise in einer Reaktivgasatmosphäre, beispielsweise durch Zugabe von Sauerstoff, einem Kohlenwasserstoff (beispielsweise Methan) oder Stickstoff. Die metallbasierte Funktionsschicht kann aber auch durch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), durch Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren.
Die mindesens eine Scheibe enthält oder besteht aus nichtvorgespanntem, teilvorgespanntem oder vorgespanntem Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas. Alternativ enthält oder besteht die Scheibe aus klaren Kunststoffen, bevorzugt starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon. Geeignete Gläser sind beispielsweise aus EP 0847965 B1 bekannt.
Die Dicke der mindestens einen Scheibe kann breit variieren und den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Beispielsweise wird eine Scheibe mit einer Standardstärke von 1,0 mm bis 25 mm verwendet. Beispielsweise beträgt die Dicke von 0,5 mm bis 15 mm, insbesondere von 1 mm bis 5 mm. Die Größe der Scheibe kann breit variieren und richtet sich nach der Verwendung.
Die mindestens einen Scheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Bevorzugt ist die Scheibe planar oder leicht oder stark in eine Richtung oder in mehrere Richtungen des Raumes gebogen.
Bei einem Biegeprozess wird die Scheibe im erhitzten Zustand in eine oder mehrere Richtungen des Raumes gebogen. Die Temperatur, auf die die Scheibe erhitzt wird, beträgt bevorzugt von 500°C bis 700°C. Es versteht sich, dass zeitlich vor oder nach dem Biegeprozess weitere Temperaturbehandlungsschritte der Scheibe erfolgen können.
Die Scheibe kann farblos oder gefärbt sein.
Die erfindungsgemäße Verglasung dient vorzugsweise der Abtrennung eines Innenraums von einer äußeren Umgebung. Die Verglasung umfasst mindestens eine Scheibe. Die Verglasung kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein, insbesondere als Isolierverglasung, bei der mindestens zwei Scheiben durch mindestens einen Abstandhalter in einem Abstand zueinander angeordnet sind, oder als thermisch vorgespanntes Einscheibensicherheitsglas oder als Verbundscheibe.
Bevorzugt ist die Verglasung als Verbundscheibe ausgebildet und umfasst eine erste Scheibe mit Außenseite und Innenseite sowie eine zweite Scheibe mit Innenseite und Außenseite, welche durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht (Klebeschicht) fest miteinander verbunden sind. Die erste Scheibe kann auch als Außenscheibe oder Innenscheibe, die zweite Scheibe dementsprechend als Innenscheibe oder Außenscheibe bezeichnet werden. Die Oberflächen bzw. Seiten der beiden Einzelscheiben werden von außen nach innen üblicherweise als Seite I, Seite II, Seite III und Seite IV bezeichnet. Die beiden Innenseiten der Scheiben sind durch die mindestens eine thermoplastische Klebeschicht fest miteinander verbunden.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält oder besteht aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die thermoplastische Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharz, Acrylat, fluorinierte Ethylen-Propylen, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder ein Copolymer oder Gemisch davon enthalten. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine oder mehrere übereinander angeordnete thermoplastische Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke einer thermoplastischen Folie beispielsweise von 0,25 mm bis 1 mm beträgt.
Der mindestens eine Lichtauskoppelbereich zum Auskoppeln von in der Scheibe totalreflektierten Lichts aus der Scheibe ist auf der Außenseite der ersten Scheibe und/oder auf der Außenseite der zweiten Scheibe ausgebildet. Vorzugsweise ist der mindestens eine Lichtauskoppelbereich auf der Außenseite jener Scheibe (d.h. Innenscheibe) ausgebildet, welche einem Innenraum zugewandt ist (z.B. zweite Scheibe)
Vorteilhaft ist das mindestens eine elektrooptische Funktionselement zwischen der ersten Scheibe der zweiten Scheibe angeordnet, so dass es gut vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Gleichermaßen vorteilhaft ist die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht, welche dazu ausgebildet ist, auftreffendes Infrarotlicht zu reflektieren oder zu absorbieren, zwischen der ersten Scheibe der zweiten Scheibe angeordnet, was ebenfalls dazu führt, dass sie gut vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht, welche dazu ausgebildet ist, Wärmestrahlung bei Raumtemperatur zu reflektieren, ist vorteilhaft auf der Außenseite der zweiten Scheibe angeordnet, welche einem Innenraum zugewandt ist. Dies ermöglicht eine besonders gute Funktion dieser Funktionsschicht.
Eine erfindungsgemäße Verglasung kann mit folgendem Verfahren hergestellt werden:

Das Verfahren umfasst das Bereitstellen mindestens einer Scheibe und Anordnen mindestens einer metallbasierten Funktionsschicht und/oder mindestens eines elektrooptischen Funktionselement zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen mindestens eines Lichtauskoppelbereichs zum Auskoppeln von in der Scheibe totalreflektierten Lichts aus der Scheibe.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mindestens eine Durchbrechung oder Aussparung zum Aufnehmen mindestens einer Lichtquelle in der Scheibe erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der mindestens eine Lichtauskoppelbereich durch Entfernen der metallbasierten Funktionsschicht von der Scheibe mittels eines Lasers erzeugt. Durch diese Maßnahme kann nicht nur die metallbasierte Funktionsschicht im Lichtauskoppelbereich entfernt, sondern gleichzeitig die Oberfläche der Scheibe aufgeraut werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden eine erste Scheibe Außenseite und Innenseite und eine zweite Scheibe mit Innenseite und Außenseite, wobei die Innenseiten der beiden Scheiben zueinander weisen, durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht fest miteinander verbunden.
Demnach dient das beschriebene Verfahren zum Herstellen einer Verglasung vorzugsweise der Herstellung einer Verbundscheibe. Für die Herstellung einer Verbundscheibe werden mindestens zwei Scheiben bevorzugt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck durch mindestens eine thermoplastische Klebeschicht miteinander verbunden (laminiert). Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130 °C bis 145 °C. Die beiden Scheiben und die thermoplastische Zwischenschicht können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Verbundscheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundscheiben bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die erste Scheibe und die zweite Scheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden können.
Die erfindungsgemäße Verglasung wird vorzugsweise in Gebäuden, insbesondere im Zugangs- oder Fensterbereich, als Einbauteil in Möbeln und Geräten, oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Zügen, Schiffen und Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheibe verwendet.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:

1 eine schematische Darstellung einer Verglasung;
2 eine weitere schematische Darstellung einer Verglasung;
3 eine weitere schematische Darstellung einer Verglasung;
4 eine Darstellung einer Scheibe mit Lichtauskoppelbereichen.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verglasung 100. Die Verglasung 100 umfasst eine seitlich angeordnete Lichtquelle 101 zum Einkoppeln von Licht in eine Scheibe 103-2. Die Lichtquelle 101 kann beispielsweise durch eine Leuchtdiode (LED) gebildet sein, die im Bereich neben der Scheibe 103-2 angeordnet ist. Alternativ kann die Lichtquelle 101 in einer Aussparung oder Durchbrechung der Scheibe 103-2 angeordnet sein. Die Strahlung der Lichtquelle 101 kann direkt in die Scheibe 103-2 eingekoppelt werden oder auch über ein Reflexionselement 115, so dass die Lichtquelle 101 auch außerhalb der Ebene der Scheibe 103-2 angeordnet sein kann. Zum Einkoppeln des Lichts umfasst die Scheibe 103-2 einen seitlichen Lichteinkoppelbereich 117, der durch die seitliche Kante der Scheibe 103-2 gebildet ist.
Innerhalb der Scheibe 103-2 findet eine Totalreflexion des eingekoppelten Lichtes statt, bis das Licht auf einen Lichtauskoppelbereich 105 trifft. In diesem Fall wird das Licht an dieser Stelle aus der Scheibe 103-2 ausgekoppelt und nach außen gestreut. Durch den Lichtauskoppelbereich 105 lassen sich sichtbare Lichtmuster auf der Scheibe 103-2 erzeugen. Der Lichtauskoppelbereich 105 ist beispielsweise eine lichtdiffundierende Beschichtung, z.B. in Form einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten und eingebrannten Paste, die in diesem Bereich auf die Scheibe 103-2 aufgebracht ist oder in der Oberfläche der Scheibe 103-2 integriert ist.
Die Scheibe 103-2 weist eine Außenseite 109-1 und eine Innenseite 109-2 auf. Zusätzlich umfasst die Verglasung 100 eine weitere Scheibe 103-1, die ebenfalls eine Außenseite 109-4 und eine Innenseite 109-3 aufweist. Die Scheibe 103-1 ist mit der Scheibe 103-2 beispielsweise über eine zwischenliegende Polyvinylbutyral-Schicht (PVB-Schicht) verbunden. Durch die Verbindung und Laminierung der beiden Scheiben 103-1, 103-2 entsteht eine Verbundscheibe. Im Allgemeinen kann das Auskoppeln des Lichts auf beiden Seiten der Scheibe 103-2 stattfinden. Zwischen den beiden Scheiben 103-1 und 103-2 ist im Bereich der Lichtquelle 101 zusätzlich eine intransparente Abdeckschicht 119 gebildet. Diese Abdeckschicht 119 verhindert, dass das Licht von der Lichtquelle 101 direkt nach außen strahlt.
Die Scheibe 103-2 umfasst eine metallbasierte Funktionsschicht 107-1, die auf der Außenseite 109-1 der Scheibe 103-2 angeordnet ist. Bei der metallbasierte Funktionsschicht 107-1 handelt es sich beispielsweise um eine LowE-Beschichtung, die dazu geeignet ist, Wärmestrahlung bei Raumtemperatur zu reflektieren. Die LowE-Beschichtung ist beispielsweise eine Mehrfachschicht mit Schichten, die auf Indium-Zinnoxid (ITO), antimondotiertem Zinnoxid (ATO) oder fluordotiertem Zinnoxid (FTO) basieren.
Durch diese metallbasierte Funktionsschicht 107-1 wird der thermische Komfort der Verglasung 100 erhöht. Auf die Verwendung von mechanischen Shutter-Technologien innerhalb des Verglasung 100 kann verzichtet werden. Hierdurch wird ein einfacherer Aufbau erzielt, bei dem keine komplizierten mechanischen Vorrichtungen erforderlich sind. In Fahrzeugen vergrößert sich der Kopfraum und es entsteht mehr Freiheit, das Glas als Gestaltungselement zu verwenden.
Die beiden Scheiben 103-1 und 103-2 können beispielsweise nichtvorgespanntes, teilvorgespanntes oder vorgespanntes Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk- Natron-Glas oder klare Kunststoffe, bevorzugt starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon umfassen und bevorzugt eine Dicke von 0,5 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 5 mm aufweisen.
2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Verglasung 100. Der Aufbau der Verglasung 100 entspricht demjenigen, der in 1 gezeigt ist. Allerdings umfasst die Verglasung 100 auf der Innenseite 109-2 der Scheibe 103-2 oder auf der Innenseite 109-3 der Scheibe 103-1 eine metallbasierte Funktionsschicht 107-2 oder 107-3 zum Reflektieren oder Absorbieren von Infrarotstrahlung (IRR - Infrared Reflective). Die metallbasierte Funktionsschicht 107-2 oder 107-3 umfasst beispielsweise ein oder mehrere Metallschichten, insbesondere Silberschichten. Diese metallbasierte Funktionsschichten 107-2 oder 107-3 weisen eine erhöhte Reflexion im sichtbaren Spektrum auf und dienen dazu, dass eine Sichtbarkeit des ausgekoppelten Lichtes auf der Außenseite 109-4 der Scheibe 103-1 geringer ist, da die Beschichtungen 107-2 und 107-3 im sichtbaren Bereich eine höhere Reflexion als das Glas aufweisen. Die metallbasierte Funktionsschicht 107-1, 107-2, oder 107-3 kann eine Dicke von 80 nm bis 1000 nm aufweisen, bevorzugt von 140 nm bis 400 nm oder bevorzugt 700 nm bis 900 nm.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Verglasung 100. Der Aufbau der Verglasung 100 entspricht demjenigen, der in 1 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Verglasung 100 ein Funktionselement 111 mit elektrisch schaltbaren optischen Eigenschaften, wie beispielsweise eine schaltbare Folie. Das Funktionselement 111 umfasst beispielsweise ein PDLC-Element oder ein SPD-Element oder eine Kombination aus diesen.
Die Funktionselement 111 ist zwischen den beiden Scheiben 103-1 und 103-2 angeordnet. Die Funktionselement 111 ändert eine Lichttransmission (Light Transmission - TL) der Verglasung 100, eine Farbe in der Transmission (a*, b*) oder einen Kontrast zwischen einem ausgekoppeltem Lichtmuster und der Glasur. Dadurch wird das Lichtmuster sichtbarer, so dass ein Kontrast zwischen Lichtmuster und Hintergrund während dem Tag höher ist. Durch das Funktionselement 111 können Shutter-Technologien vermieden werden und Lichtmuster nach außen hin verdunkelt und nach Innen hin sichtbarer werden.
4 zeigt eine Darstellung einer Scheibe 103-2 mit Lichtauskoppelbereichen 105. Zum Bilden der Lichtauskoppelbereiche 105 kann eine lichtdiffundierende Beschichtung (Light Diffusing Enamel) verwendet werden, um das Licht aus der Scheibe 103-2 nach außen zu streuen.
Allerdings kann auch eine metallbasierte Funktionsschicht 107-1, wie beispielsweise eine LowE-Beschichtung, auf der Außenseite 109-1 der Scheibe 103-2 oder eine metallbasierte Funktionsschicht 107-2 wie beispielsweise eine IRR-Beschichtung, auf der Innenseite 109-2 der Scheibe 103-2 vorhanden sein. In diesen Fällen kann ein Laser 113 verwendet werden, um einen Lichtauskoppelbereich 105 zu erzeugen. Der so erzeugte Lichtauskoppelbereich 105 sorgt ebenfalls für eine Transparenz im Hochfrequenzbereich (HF - High Frequency), so dass Mobilfunkstrahlung durch das Verglasung 100 dringen kann.
In einer Ausführungsform kann eine LowE-Beschichtung auf der Außenseite 109-1 einer extraklaren Scheibe 103-2 mittels des Lasers 113 bereichsweise entfernt werden, um den Lichtauskoppelbereich 105 für das Lichtmuster zu erzeugen. In diesem Fall wird die Scheibe 103-2 gleichzeitig für elektrische Hochfrequenzschwingungen transparent und durchlässig. Wird jedoch zusätzlich eine IRR-Beschichtung 107-3 auf der Innenseite 109-3 der Scheibe 103-1 verwendet, findet keine Transmission von Hochfrequenzstrahlung statt.
In einer anderen Ausführungsform kann die Innenseite 109-2 der extraklaren Scheibe 103-2 mit einer IRR-Beschichtung 107-2 versehen sein. In diesem Fall wird die IRR-Beschichtung 107-2 mittels des Lasers 113 bereichsweise entfernt, um den Lichtauskoppelbereich 105 für das Lichtmuster zu erzeugen. Auch hierbei wird die Scheibe 103-2 gleichzeitig für elektrische Hochfrequenzschwingungen transparent und durchlässig.
Durch die Verglasung 100 wird der technische Vorteil erreicht, dass sich die Sichtbarkeit von Lichtmustern in eine Richtung (nach innen) erhöht, die durch das ausgekoppelte Licht erzeugt werden. Demgegenüber wird die Sichtbarkeit von Lichtmustern in die andere Richtung (nach außen) verringert. Das Verglasung 100 kann beispielsweise als eine Verbundscheibe in einem Kraftfahrzeug oder als Scheibe in einem Gebäude verwendet werden.
Bezugszeichenliste

100: Verglasung
101: Lichtquelle
103: Scheibe
105: Lichtauskoppelbereich
107: metallbasierte Funktionsschicht
109: Außenseite/Innenseite
111: elektrooptisches Funktionselement
113: Laser
115: Reflexionselement
117: Lichteinkoppelbereich
119: Abdeckschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Verglasung (100), welche umfasst: - mindestens eine Scheibe (103-2), insbesondere eine Glasscheibe, - mindestens eine an der Scheibe (103-2) angeordnete Lichtquelle (101) zum Einkoppeln von Licht in die Scheibe (103-2), wobei die Scheibe (103-2) mindestens einen Lichtauskoppelbereich (105) zum Auskoppeln von in der Scheibe (103-2) totalreflektierten Lichts aus der Scheibe (103-2) aufweist, wobei die Verglasung (100) und bevorzugt die Scheibe (103-2) mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht (107-1, 107-2, 107-3) und/oder mindestens ein elektrooptisches Funktionselement (111) zum elektrischen Schalten von optischen Eigenschaften aufweist.
Verglasung (100) nach Anspruch 1, bei welcher die mindestens eine Lichtquelle (101) seitlich der Scheibe (103-2) oder in einer Aussparung oder Durchbrechung der Scheibe (103-2) angeordnet ist.
Verglasung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher der mindestens eine Lichtauskoppelbereich (105) durch Aufdrucken und Einbrennen einer nicht-opaken Paste ausgebildet ist.
Verglasung (100) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der mindestens eine Lichtauskoppelbereich (105) durch mechanisches Aufrauen der Scheibenoberfläche im Lichtauskoppelbereich (105) ausgebildet ist.
Verglasung (100) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der mindestens eine Lichtauskoppelbereich (105) auf einer Seite der Scheibe ausgebildet ist, die in Einbaulage einem Innenraum zugewandt ist.
Verglasung (100) einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das mindestens eine elektrooptische Funktionselement (111) ein PDLC-Funktionselement, ein SPD-Funktionselement, ein PNLC-Funktionselement, ein elektrochromes Funktionselement oder ein Funktionselement mit Flüssigkristall-Farbstoffzellen ist.
Verglasung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht (107-1, 107-2, 107-3) dazu ausgebildet ist, Wärmestrahlung bei Raumtemperatur zu reflektieren und/oder auftreffendes Infrarotlicht zu reflektieren oder zu absorbieren.
Verglasung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche eine erste Scheibe (103-1) mit Außenseite und Innenseite und eine zweite Scheibe (103-2) mit Innenseite und Außenseite umfasst, wobei die Innenseiten der beiden Scheiben (103-1, 103-2) zueinander weisen und die beiden Scheiben (103-1, 103-2) durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht fest miteinander verbunden sind, wobei in Einbaulage die Außenseite der ersten Scheibe (103-1) einer äußeren Umgebung und die Außenseite der zweiten Scheibe (103-2) einem Innenraum zugewandt ist, wobei der mindestens eine Lichtauskoppelbereich (105) zum Auskoppeln von in der Scheibe (103-2) totalreflektierten Lichts aus der Scheibe (103-2) auf der Außenseite der ersten Scheibe (103-1) und/oder auf der Außenseite der zweiten Scheibe (103-2) ausgebildet ist.
Verglasung (100) nach Anspruch 8, bei welcher das mindestens eine elektrooptische Funktionselement (111) zwischen der ersten Scheibe (103-1) und der zweiten Scheibe (103-2) angeordnet ist.
Verglasung (100) nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht (107-1, 107-2, 107-3), welche dazu ausgebildet ist, auftreffendes Infrarotlicht zu reflektieren oder zu absorbieren, zwischen der ersten Scheibe (103-1) und der zweiten Scheibe (103-2) angeordnet ist.
Verglasung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welcher die mindestens eine metallbasierte Funktionsschicht (107-1, 107-2, 107-3), welche dazu ausgebildet ist, Wärmestrahlung bei Raumtemperatur zu reflektieren, auf der Außenseite der zweiten Scheibe (103-2) angeordnet ist.