CN112154065A - 具有可电控光学性能的复合玻璃板以及复合玻璃板装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合玻璃板装置，特别是车辆玻璃单元，其具有具有可电控光学性能的复合玻璃板(1)，用于控制功能元件(4)的光学性能的控制单元(13)，温度传感器(16)，用于将加热电流施加到加热电阻层(11)的母线(11a、11b)上的加热电流源(15)和用于控制加热电流至加热电阻层的供应的加热控制单元(14)。所述加热控制单元(14)适合于一旦由温度传感器(16)测量的温度降低到低于预定限值，就供应加热电流以将温度提高到高于限值。

Description

具有可电控光学性能的复合玻璃板以及复合玻璃板装置
说明书
本发明涉及具有可电控光学性能的复合玻璃板以及包括这样的复合玻璃板的复合玻璃板装置。它还涉及具有这样的复合玻璃板和复合玻璃板装置的车辆，特别是道路车辆。
长期以来，具有可电控光学性能的光电子功能元件以种类繁多的形式为人所知并且用于工业大批量生产，例如电视机、笔记本电脑、移动电话/智能手机和平板电脑中。
具有可电控功能元件的复合玻璃板也是本身已知的。功能元件的光学性能可以通过施加的电压来改变。这样的功能元件的实例是PDLC(聚合物分散液晶)功能元件，其例如由DE 102008026339 A1已知。所述活性层在此含有液晶，其嵌入到聚合物基质中。如果不施加电压，则所述液晶无序排列，这导致透过该活性层的光的强散射。如果在平面电极上施加电压，则所述液晶以共同方向排列并且透过活性层的光透射提高。
已经提出了如下挡风玻璃板和玻璃顶，其中通过这样的功能元件实现了可电控的遮阳板，以代替机动车中的传统机械可翻折遮阳板。具有可电控遮阳板的挡风玻璃板例如由DE 102013001334 A1、DE 102005049081 B3、DE 102005007427 A1和DE 102007027296A1已知。
SPD和PDLC功能元件可作为多层薄膜商购，其中活性层和施加电压所需的平面电极布置在两个通常由PET制成的载体薄膜之间。在制造所述复合玻璃板时，将功能元件以所需的尺寸和形状从提供的多层薄膜中切出，并插入用于将两个玻璃板层压在一起以形成复合玻璃板的中间层的薄膜之间。
US5111329A公开了具有可电控功能元件和加热涂层的复合玻璃板，其用于将复合玻璃板除冰。
众所周知，LCD装置具有明显依赖于温度的切换特性，并且特别是在低温下具有相对长的切换时间。所提及的PDLC和SPD功能元件基本上也具有所述性能，这损害了其在用户以及因此道路车辆制造商处的接受度。
本发明基于如下目的，即提供具有可电控光学性能的改进的复合玻璃板，其中可以实现有利的切换特性，特别是在宽的外部温度范围内具有可接受的切换时间。目的还是提供相应的装置。
本发明的目的通过根据独立权利要求1的复合玻璃板装置实现。优选实施方案由从属权利要求得知。
本发明的复合玻璃板包括至少一个外玻璃板和内玻璃板，它们通过热塑性中间层相互接合。该复合玻璃板被设置用于在例如车辆、建筑物或房间的窗户开口中将内部空间与外部环境隔开。内玻璃板在本发明的意义上中表示面向内部空间的玻璃板。外玻璃板表示面向外部环境的玻璃板。所述中间层用于将两个玻璃板接合，这如在复合玻璃板中常见那样。
外玻璃板和内玻璃板优选由玻璃制成。但是原则上它们也可以由塑料构成。外玻璃板和内玻璃板的厚度可以宽泛地变化并且因此匹配各个情况中的要求。外玻璃板和内玻璃板优选具有0.4 mm至3.5 mm，特别优选1 mm至2.5 mm的厚度。该玻璃板可以是清澈的，或也可以是着色或染色的。在使用该复合玻璃板作为载人轿车的挡风玻璃板时应注意，该挡风玻璃板在中央视区中具有足够的透光率，根据ECE-R43在主透视区域A中优选至少70％的透光率。
所述外玻璃板、内玻璃板和/或中间层可以具有其它合适的且本身已知的涂层，例如抗反射涂层、防粘涂层、防刮涂层、光催化涂层或防晒涂层或低辐射涂层。
本发明的复合玻璃板包含具有可电控光学性能的功能元件，其嵌入到中间层中。在本发明的意义上，功能元件也被称为光电子功能元件。该功能元件布置在中间层的至少两个热塑性材料层之间，其中该功能元件通过第一层与外玻璃板接合且通过第二层与内玻璃板接合。
所述功能元件包括至少一个活性层，其布置在第一载体薄膜和第二载体薄膜之间。该活性层具有可变的光学性能，其可以通过施加到该活性层上的电压来控制。可电控光学性能在本发明的意义上被理解为是指可无级控制的性能，但似乎也是指可以在两个或更多个分立状态之间切换的性能。所述光学性能特别是涉及透光率和/或散射行为。该功能元件还包括用于将电压施加到活性层上的平面电极，该平面电极优选布置在载体薄膜和活性层之间。
在一个优选的实施方案中，所述功能元件是PDLC功能元件。PDLC功能元件的活性层含有液晶，其嵌入到聚合物基质中。在另一个实施方案中，所述功能元件是SPD功能元件。在此，该活性层包含悬浮颗粒，其中光被活性层的吸收可通过将电压施加到平面电极上来改变。但是基本上也可以使用其它种类的可控功能元件，例如电致变色功能元件。这样的可控功能元件及其作用方式是本领域技术人员本身已知的，因此在此处可以不需要详细描述。
所述平面电极和活性层通常布置为与外玻璃板和内玻璃板的表面基本上平行。该平面电极与外部电压源以本身已知的方式电连接。该电接触以及与用于对活性层进行调温的能量源的连接是通过合适的连接电缆，例如薄膜导体实现的，其任选通过所谓的汇流排(母线)，例如导电材料带或导电印刷物与所述平面电极连接。该功能元件的厚度为例如0.1mm至1 mm。
该平面电极优选被设计为透明导电层。该平面电极优选地含有至少一种金属、金属合金或透明导电氧化物(透明导电氧化物，TCO)。该平面电极可以例如含有银、金、铜、镍、铬、钨、氧化铟锡(ITO)、掺镓或掺铝的氧化锌和/或掺氟或掺锑的氧化锡。该平面电极优选地具有10 nm至2 µm，特别优选20 nm至1 µm，非常特别优选30 nm至500 nm的厚度。
该功能元件特别地作为具有两个外部载体薄膜的多层薄膜存在。在这样的多层薄膜中，平面电极和活性层通常布置在两个载体薄膜之间。外部载体薄膜在此是指该载体薄膜形成所述多层薄膜的两个表面。该功能元件可以由此作为层压薄膜被提供，其可以有利地被加工。该功能元件被载体薄膜有利地保护免受损坏，特别是腐蚀。
根据本发明设置的加热电阻层可以施加在内玻璃板的内面上、施加在外玻璃板的内面上、或嵌入到中间层中，例如两个层压薄膜之间的载体薄膜上。内侧表示各自玻璃板的面向中间层的那个表面。所述加热电阻层用于在低外部温度下使用该复合玻璃板时提高该光电子功能元件的活性层的工作温度，以使得实现对于功能元件的具体功能而言可接受的切换时间。希望的切换时间或切换特性取决于功能元件的具体功能，并且对于诸如平视显示器之类的光电子显示器而言比对于遮阳板元件而言更短。
可以通过本身已知且例如可由申请人商业提供的具有透明加热电阻层的可加热车辆玻璃板来实现本发明。对于加热电阻层，基本上可考虑如上面对于功能元件的透明平面电极所提及的相同材料和层厚度 - 但条件是面电阻不是尽可能小，而是被设置为足以实现对复合玻璃板的快速加热。从目前的观点来看，优选的是银层或银合金层，它们通常除了介电层外存在于加热电阻层中。
根据发明人目前的认知，有利的是加热电阻层可被配置为将活性层的温度调节到高于0℃，优选高于3℃，特别优选高于5℃的温度。该温度范围被认为对于用于复合玻璃板的商购常见光电子功能元件而言是有利的；对于其它功能元件而言，活性层的其它目标温度可能是优选的，并且所述平面控制电极此时被配置为实现这些其它温度。
设置的是，为了连接加热电流源，在所述光电子功能元件的相对对立的边缘处设置拉长延伸的连接件，尤其是母线。母线是本身已知且尤其也用于PDLC或SPD类型的薄膜状光电子功能元件和在可加热的车辆玻璃板中使用的拉长延伸的(通常线型)的由印刷导电膏(例如银膏)制成的厚层。但是，也可以使用研发和使用对于实现本发明而言特别合适的，例如特别薄且基本上透明的连接元件。
除了如上面提及那样使用在本发明的上下文中的本身已知的(基本上整面的)可加热复合玻璃板之外，该复合玻璃板还可被制造为具有加热电阻层，其覆盖玻璃板面的仅一部分。此时特别地设置，玻璃板面的被加热电阻层覆盖的那部分至少包围其中放置着光电子功能元件的那个区域，即例如平视显示器或可电控遮阳板的区域。
原则上，温度传感器可以任意地布置在车辆中，因此可以使用车辆的已存在的温度传感器。特别有利的是，该温度传感器集成在复合玻璃板中，因为由此可以特别准确地测定复合玻璃板的温度。在一个非常特别优选的实施方案中，温度传感器布置在中间层内的光电子功能元件中或附近。尽管例如在道路车辆中使用本发明的复合玻璃板时通常在车辆上/中总归存在外部和内部温度感应器，这样的实施方案使得能够更精确地检测活性层的温度，并因此还更可靠地调节该层的所需温度或所需温度范围。但是在对调节准确度的要求较低时，也可以利用来自存在的温度感应器(在复合玻璃板外部)的信号以实施本发明。
所述复合玻璃板优选被设置为窗户玻璃板，特别优选车辆，特别是机动车、建筑物或房间的窗户玻璃板。在一个特别有利的实施方案中，所述复合玻璃板是机动车，特别是载人轿车的挡风玻璃板，其具有由功能元件实现的可电控遮阳板。虽然这样的功能元件的侧边缘和上边缘通常被该玻璃板的边缘区域中的常见覆盖印刷物遮盖，但下边缘布置在玻璃板的透视区域中并因此未被遮掩且可见。该功能元件的下边缘优选地根据本发明被密封。视觉上不显眼的密封件在此特别有利。
可电控遮阳板可以使传统的可机械转动的遮阳板变得多余。由此在车辆的乘客空间中赢得了空间，减轻了车辆的重量，并防止了在严重制动或发生事故时与遮阳板碰撞的风险。此外，遮阳板的电控可以被认为比机械翻下更舒适。
遮阳板的电控例如借助集成在车辆仪表板中的按钮、旋转或滑动调节器实现。但是，还可以将用于调节遮阳板的开关区，例如电容式开关区集成到挡风玻璃板中。替代地，该遮阳板还可以通过无接触的方式，例如通过识别姿态、或根据经摄像机和合适评估电子器件确定的瞳孔或眼皮状态进行控制。原则上还可以以类似的方式控制光电子功能元件(其不用作遮阳板，而是例如用作平视显示器的一部分)的光电子性能并以本发明的方式进行调温。
本发明的复合玻璃板装置还具有用于控制光电子功能元件的光学性能的控制单元、用于将加热电流施加到加热电阻层的母线上的加热电流源和用于控制加热电流至加热电阻层的供应以调节该光电子功能元件的活性层的预定温度或预定温度范围的加热控制单元。
来自温度传感器的信号用作控制对加热电阻层的母线的能量供应的输入参数。为此，温度传感器与加热控制单元连接。所述加热控制单元适合于一旦由温度传感器测量的温度降低到低于预定限值，就自动地供应加热电流以将温度提高到高于限值。该限值优选为0℃，因为已经表明，温度提高到高于0℃在商购常见的功能元件的情况下导致切换时间减少。所述效果在提高到高于3℃，特别是高于5℃的情况下特别显著，因此特别优选3℃的限值，非常特别优选5℃的限值。
所述加热电流源和相关的加热控制单元可以是通常用于操作本身已知的可加热车辆玻璃板的部件。但是，从目前的观点来看，优选的是适应于本发明的如下组件的实施方案，其中根据光电子功能元件的特别要求而设置用于控制加热操作的额外工具。因此，这样的实施方案允许对加热电阻层施以加热电流，这不仅用于使相应的玻璃板变得无水雾，而且在玻璃板不具有水雾或不需要用于避免水雾的预防性加热时也是如此。
特别地设置，加热控制单元在输入侧与温度传感器连接。
在一个有利的实施方案中，加热控制单元配备有控制回路，例如比例控制回路，特别是积分或微分控制回路，以将温度自动地保持在高于所述限值。
本发明还包括道路车辆，特别是载人轿车，其配备有本发明的复合玻璃板装置。
本发明还包括操作本发明的复合玻璃板装置的方法，其中一旦由温度传感器测量的温度降低到低于预定限值，加热控制单元就自动地供应加热电流，由此将由温度传感器测量的温度提高或升高到高于所述限值。
本发明借助附图和实施例更详细阐述。该附图是示意图并且不按真实比例。该附图绝不限制本发明。其中：
图1显示了本发明的复合玻璃板的第一实施方案的俯视图，该复合玻璃板作为具有可电控遮阳板的挡风玻璃板，
图2显示了穿过图1的挡风玻璃板的截面，
图3显示了来自图2的区域Z的放大图，且
图4显示了功能方块图形式的本发明实施方式的示意图。
图1示意性地显示了具有可电控遮阳板S的挡风玻璃板1，其作为本发明的具有可电控光学性能的复合玻璃板的优选实施方案且作为本发明的复合玻璃板装置的一部分，并且图2和图3各自显示了其细节。挡风玻璃板1包括外玻璃板1a和内玻璃板1b，它们通过热塑性中间层3相互接合。外玻璃板1a具有例如1.6 mm或2.1 mm的厚度并且由钠钙玻璃构成。内玻璃板1b具有1.6 mm的厚度并且由清澈的钠钙玻璃构成。该挡风玻璃板具有在安装位置中指向顶部的上边缘D和在安装位置中指向发动机室的下边缘M。
所述挡风玻璃板1在中央视区B(如ECE-R43中所定义)上方的区域中配备有可电控遮阳板S。该遮阳板S通过商购可得的PDLC多层薄膜作为功能元件4形成，其嵌入到中间层3的缺口中。该遮阳板的高度例如为21 cm。
在功能元件4(遮阳板S)的侧边缘处各自形成功能元件母线4a、4b，其用于与(未示出)的控制电路电连接。
如图1和图2所示，挡风玻璃板1的几乎整个面(除了紧邻的侧边缘区域外)在内玻璃板2的内面上配备有加热电阻层11。在其侧边缘处，各自施加加热电流母线11a、11b。加热电阻层11是透明的封闭涂层(例如由银制成)，如其对于本领域技术人员而言从商购常见的用于载人轿车的可加热挡风玻璃板本身已知那样。加热电流母线11a、11b是(本身也已知的)导电厚层带，其例如由经热处理的银膏制成。
如由图2的截面图可见，中间层3在此包括总共三个热塑性层3a、3b、3c，它们各自通过由PVB制成的厚度为0.38 mm的热塑性薄膜形成。第一热塑性层3a与外玻璃板1a接合，第二热塑性层3b与内玻璃板1b接合。位于中间的第三热塑性层3c具有切口，其中基本上精确匹配地，即在所有侧面上大致齐平地嵌入经切割的PDLC多层薄膜。第三热塑性层3c因此似乎形成一种用于例如0.4 mm厚的功能元件4的框件(Passepartout)，该功能元件因此从在周围包封到热塑性材料中并由此被保护。
第一热塑性层3a具有着色区域3a'，其布置在功能元件4和外玻璃板1之间。所述挡风玻璃板的透光率由此在遮阳板4的区域中额外地降低，并且减轻PDLC功能元件4在漫射(diffusiv)状态下的乳状外观。所述挡风玻璃板的美观由此被设计为明显更吸引人。第一热塑性层3a在区域3a'中具有例如30%的平均透光率，因此实现良好结果。区域3a'可以是均匀着色的。但是，当着色朝着功能元件4的下边缘的方向变少以使得着色和未着色区域流畅地相互过渡时，通常是视觉上更吸引人的。在所示的情况下，着色区域3a'和PDLC功能元件4的下边缘齐平地布置。但是，不必一定是这种情况。同样可能的是，着色区域3a'凸出超过功能元件4，或相反地，功能元件4凸出超过着色区域3a'。
可控的功能元件4如图3所示是由两个平面电极8、9和两个载体薄膜6、7之间的活性层5构成的多层薄膜。活性层5含有聚合物基质与其中分散的液晶，所述液晶根据施加到平面电极上的电压而排列，由此可以调节光学性能。载体薄膜6、7由PET构成并且具有例如0.2 mm的厚度。载体薄膜6、7配备有面向活性层5的由ITO制成的厚度为例如100 nm的涂层，其形成平面电极8、9。平面电极8、9通过未示出的汇流排(例如通过含银的丝网印刷物形成)和未示出的连接电缆而可与车载电气系统连接。
该挡风玻璃板如常见那样具有环形外周覆盖印刷物10，其通过不透明搪瓷形成在外玻璃板1a和内玻璃板1b的内部空间侧的表面(在安装位置中面向车辆的内部空间)上。功能元件4与挡风玻璃板的上边缘D和侧边缘的距离小于覆盖印刷物10的宽度，以使得功能元件4的侧边缘 - 除了指向中央视区B的侧边缘之外 - 被覆盖印刷物10遮盖。未示出的电连接件也适宜地安装在覆盖印刷物10的区域中并被隐藏。
图4是功能方块图形式的复合玻璃板装置12的示意图，其包括上述种类的复合玻璃板(挡风玻璃板)1。在此以分解图的形式显示了复合玻璃板1，并且其组件的名称对应于图1至3中的名称。
功能元件4的功能元件母线4a、4b通过该复合玻璃板内部和外部的(未单独标示的)连接导线而与光电子功能元件4的控制电路13连接，该控制电路可以已知的方式构造并且因此在此不阐释其构造和操作方式。另一方面，加热电阻层11上的加热电流母线11a、11b通过加热控制单元而与加热电流源15连接。原则上，从商购常见的具有透明加热电阻层的可加热挡风玻璃板中也已知复合玻璃板1的所述加热装置，因此在此也不更详细描述。
在挡风玻璃板1内并且与光电子功能元件4相邻地设置本身已知构造类型的温度感应器16，其与加热控制单元14的输入端连接。描述功能元件4的活性层的实际温度的来自温度传感器16的信号用作控制对加热电阻层11的连接件(母线)11a、11b的能量供应的输入参数。
总体而言，本发明的实施方案不限于上面突出的方面和上面描述的实施例，而是以所附权利要求的范围内的大量变体的形式也可行。
附图标记
1 挡风玻璃板
1a 外玻璃板
1b 内玻璃板
3 热塑性中间层
3a 中间层3的第一层
3a' 第一层3a的着色区域
3b 中间层3的第二层
3c 中间层3的第三层
4 具有可电调节光学性能的功能元件
4a、4b 功能元件母线
5 功能元件4的活性层
6 功能元件4的第一载体薄膜
7 功能元件4的第二载体薄膜
8、9 功能元件4的平面电极
10 覆盖印刷物
11 加热电阻层
11a、11b 加热电流母线
12 复合玻璃板装置
13 光电子功能元件的控制电路
14 加热控制单元
15 加热电流源
16 温度传感器
B 视区
D 玻璃板上边缘
M 玻璃板下边缘
S 遮阳板
X-X' 切割线。

Claims (12)

1.复合玻璃板装置，特别是车辆玻璃单元，
其具有
- 具有可电控光学性能的复合玻璃板(1)，其包括通过热塑性中间层(3)相互接合的外玻璃板(1a)和内玻璃板(1b)，
其中将具有可电控光学性能的功能元件(4)嵌入到中间层(3)中，所述功能元件包括第一载体薄膜(6)和第二载体薄膜(7)之间的活性层(5)，所述活性层在两个表面上分配有透明的平面控制电极(8、9)，且
其中在内玻璃板(1b)或外玻璃板(1a)的内侧上或在中间层(3)内施加透明的加热电阻层(11)，在其上在相互对立的边缘处或附近分别布置用于与加热电流源连接的母线(11a、11b)，
- 用于控制功能元件(4)的光学性能的控制单元(13)，
- 温度传感器(16)，
- 用于将加热电流施加到加热电阻层(11)的母线(11a、11b)上的加热电流源(15)和
- 用于控制加热电流至加热电阻层的供应以调节功能元件(4)的活性层(5)的预定温度或预定温度范围的加热控制单元(14)，
其中加热控制单元(14)适合于一旦由温度传感器(16)测量的温度降低到低于预定限值，就供应加热电流以将温度提高到高于限值。
2.根据权利要求1所述的复合玻璃板装置，其中功能元件(4)是PDLC功能元件、PNLC功能元件、SPD功能元件或电致变色功能元件。
3.根据权利要求1或2所述的复合玻璃板装置，其中所述限值为0℃，优选3℃，特别优选5℃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合玻璃板装置，其中功能元件(4)被设置在所述复合玻璃板的第一子区域(S)中，并且加热电阻层(11)在所述复合玻璃板的包围第一子区域的第二子区域上延伸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合玻璃板装置，其中所述加热电阻层(11)覆盖所述复合玻璃板的主要部分的面，特别是整个面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合玻璃板装置，其中温度传感器(16)集成在所述复合玻璃板中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合玻璃板装置，其中复合玻璃板(1)被设计为道路车辆，特别是载人轿车的挡风玻璃板或顶玻璃。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合玻璃板装置，其中加热控制单元(14)在输入侧与温度传感器(16)连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合玻璃板装置，其中加热控制单元(14)配备有控制回路，以将温度保持在高于所述限值。
10.具有根据权利要求1至9中任一项所述的复合玻璃板装置的道路车辆，特别是载人轿车。
11.操作根据权利要求1至9中任一项所述的复合玻璃板装置的方法，其中一旦由温度传感器(16)测量的温度降低到低于预定限值，加热控制单元(14)就供应加热电流，由此将温度提高到高于所述限值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过提高温度，实现了功能元件(4)的切换时间的缩短。
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