DE102022130336A1 - Fahrzeugscheibe mit einem Verbundaufbau - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Fahrzeugscheibe (11), insbesondere Scheibe eines Fahrzeugdachs (10) vorgeschlagen, umfassend einen Verbundaufbau mit einem Scheibenaußenkörper (16), einer ersten Polymerklebeschicht (22), einer Beschattungsanordnung (20), einer zweiten Polymerklebeschicht (24) und einem Scheibeninnenkörper (18), wobei die Beschattungsanordnung (20) über die erste Polymerklebeschicht (22) mit dem Scheibenaußenkörper (16) und über die zweite Polymerklebeschicht (24) mit dem Scheibeninnenkörper (18) verbunden ist, und eine Flüssigkristallanordnung (26) umfasst, die zwischen zwei Kunststofffolien (28, 30) angeordnet ist, wobei zumindest eine der Kunststofffolien (28, 30) und/oder die Flüssigkristallanordnung (26) eine Schwarzfärbung und/oder eine Tönung umfasst/umfassen. Die Fahrzeugscheibe (11) umfasst eine Lichtquelle (42), die dazu ausgebildet ist, Licht insbesondere unmittelbar über eine Innenseite (19) des Scheibeninnenkörpers (18) und/oder über ein Einkoppelelement (38) in den als Lichtleiterschicht (40) fungierenden Scheibeninnenkörper (18) einzukoppeln, wobei an einer der Innenseite (19) des Scheibeninnenkörpers (18) gegenüberliegenden Außenseite (41) des Scheibeninnenkörpers (18) eine Lichtauskopplungsstruktur (42) vorgesehen und dazu ausgebildet ist, das in die Lichtleiterschicht (40) eingekoppelte Licht aus dem Scheibeninnenkörper (18) in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes (102) auszukoppeln.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
- Eine derartige Fahrzeugscheibe ist aus der Praxis bekannt und insbesondere im Bereich eines Fahrzeugdachs als Festdachelement oder auch als verstellbares Deckelelement eines Dachöffnungssystems einsetzbar. Die Fahrzeugscheibe ist als Verbundbauteil ausgebildet, das einen Scheibenaußenkörper, der der Fahrzeugumgebung zugewandt ist, und einen Scheibeninnenkörper umfasst, der dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist und eine innere Sichtfläche der Fahrzeugscheibe bildet. Zwischen dem Scheibeninnenkörper und dem Scheibenaußenkörper ist oftmals eine Beschattungsanordnung angeordnet, die eine elektrisch schaltbare Flüssigkristallanordnung, das heißt eine so genannte LC-Schicht oder PDLC-Schicht umfasst. Die LC-Schicht oder PDLC-Schicht ist zwischen zwei Folien angeordnet, an deren Innenseite jeweils eine transparente Elektrode angeordnet ist. Über die Elektroden ist die LC-Schicht oder die PDLC-Schicht zwischen einem Durchlasszustand und einem Sperrzustand schaltbar.
- Bei bekannten Anwendungen ist/sind die Flüssigkristallanordnung und/oder die Kunststofffolien milchig ausgebildet. Zur Anpassung an das Erscheinungsbild des Fahrzeugs wird beispielsweise für den Scheibeninnenkörper und/oder den Scheibenau-ßenkörper gefärbtes Glas eingesetzt oder es werden gefärbte bzw. getönte (Polymer-) Klebefolien genutzt. Die Aufnahme von gefärbten Folien und dergleichen in den Verbundaufbau kann aufgrund einer erhöhten Haze zu einer Eintrübung der Fahrzeugscheibe führen. Ferner verursachen insbesondere gefärbte bzw. getönte Klebefolien gegenüber herkömmlichen transparenten Klebefolien erhöhte Kosten, da die Einfärbung und/oder Tönung kostenintensiv ist. Die Vielzahl der Schichten des Verbundaufbaus, der auch gefärbte Zwischenschichten umfassen kann, macht zudem die Fertigung komplex und führt zu hohen Fertigungskosten.
- Ebenfalls ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Licht einer Lichtquelle direkt, beispielsweise über eine Innenseite des Scheibeninnenkörpers, oder unter Verwendung eines Prismas oder eines sonstigen Einkopplungselements in die Lichtleiterschicht einzukoppeln. Die Verwendung eines Prismas oder eines Einkopplungselements ermöglicht eine freiere Auswahl bei der Platzierung der Lichtquelle, da diese dann nicht mehr unmittelbar im Randbereich der Lichtleiterschicht angeordnet sein muss. Diese Designfreiheit hat den Vorteil, dass dadurch die Lichtquelle, anders als bei der Anordnung unmittelbar im Kantenbereich der Lichtleiterschicht, nicht mehr in dem Nassbereich angeordnet ist, sondern auch in einem Trockenbereich, der vor Feuchtigkeit geschützt ist, vorgesehen sein kann. Hierdurch kann auf Dichtungen und/oder einen Nässeschutz verzichtet werden. Beispielsweise ist es durch den Einsatz eines Prismas, das beispielsweise auf einer Innenseite einer als Lichtleiterschicht dienenden Innenseite aufgebracht ist, möglich, eine Lichtquelle seitlich unterhalb des Kantenbereiches der Lichtleiterschicht, insbesondere versetzt zu dem Kantenbereich, anzuordnen.
- Bei der bekannten Einkopplung von Licht einer Lichtquelle in eine Lichtleiterschicht kommt es unvermeidlich zu Lichtverlusten, durch die zum einen die Lichtqualität bzw. Lichtstärke des später aus der Lichtleiterschicht ausgekoppelten Lichtes negativ beeinflusst wird. Zum anderen müssen diese Lichtverluste ggf. durch einen Einsatz von stärkeren bzw. helleren Lichtquellen und/oder durch eine erhöhte Anzahl an Lichtquellen ausgeglichen werden, wodurch kein Kostenmehraufwand entsteht. Beispielsweise werden bei der bekannten Lichteinkopplung die Lichtstrahlen ausgehend von der Lichtquelle nicht nur über eine Lichteinkopplungsfläche der Lichtleiterschicht in diese eingekoppelt und verbleiben bis zur Auskopplung insbesondere aufgrund mehrfacher Totalreflexion innerhalb der Lichtleiterschicht. Vielmehr durchtritt zumindest ein Teil der eingekoppelten Lichtstrahlen den als Lichtleiterschicht ausgebildeten Scheibeninnenkörper und dringt beispielsweise in die darüber liegende Polymerklebeschicht und/oder in eine über der Polymerklebeschicht angeordnete Beschattungsanordnung, insbesondere mindestens eine der Kunststofffolien und/oder die Flüssigkristallanordnung und/oder sogar bis in den getönten Scheibenaußenkörper ein. Insbesondere im Falle von getönten bzw. eingefärbten bzw. eingeschwärzten Polymerklebeschichten wird das derart ungewünscht aus der Lichtleiterschicht austretende Licht absorbiert. Dieser Anteil des Lichtes steht nicht mehr für die Lichtauskopplung aus der Lichtleiterschicht zur Verfügung, was sich in einer geringeren Leuchtdichte zeigt.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Fahrzeugscheibe derart weiterzuentwickeln, dass die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise minimiert werden, und insbesondere eine ausgebildete Fahrzeugscheibe zu schaffen, die sich durch eine hohe optische Neutralität auszeichnet, die einen Schichtaufbau hat, der mit wenigen Schichten bei hoher Funktionalität auskommt, und die eine Lichteinkopplung bzw. Lichtleitung mit geringeren Lichtverlusten als im Stand der Technik ermöglicht.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Fahrzeugscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus mindestens zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Es versteht sich, dass die zu der Fahrzeugscheibe gemachten Ausführungen sich in äquivalenter Weise auf das erfindungsgemäße Fahrzeug und/oder Fahrzeugdach beziehen, ohne für dieses redundant genannt zu werden. Hierbei versteht es sich insbesondere, dass sprachübliche Umformungen und/oder ein sinngemäßes Ersetzen von jeweiligen Begrifflichkeiten im Rahmen der üblichen sprachlichen Praxis, insbesondere das Verwenden von durch die allgemein anerkannte Sprachliteratur gestützten Synonymen, von dem vorliegenden Offenbarungsgehalt umfasst sind, ohne in ihrer jeweiligen Ausformulierung explizit erwähnt zu werden.
- Gemäß der Erfindung wird also eine Fahrzeugscheibe, insbesondere eine Scheibe eines Fahrzeugdachs, vorgeschlagen, umfassend einen Verbundaufbau mit einem Scheibenaußenkörper, einer ersten Polymerklebeschicht, einer Beschattungsanordnung, einer zweiten Polymerklebeschicht und einem Scheibeninnenkörper, wobei die Beschattungsanordnung über die erste Polymerklebeschicht insbesondere unmittelbar oder mittelbar (d.h. ggf. unter Zwischenlage mindestens einer weiteren Schicht) mit dem Scheibenau-ßenkörper und über die zweite Polymerklebeschicht insbesondere unmittelbar oder mittelbar (d.h. ggf. unter Zwischenlage mindestens einer weiteren Schicht) mit dem Scheibeninnenkörper verbunden ist. Die Beschattungsanordnung umfasst eine Flüssigkristallanordnung, die zwischen zwei Kunststofffolien angeordnet ist, wobei zumindest eine der Kunststofffolien und/oder die Flüssigkristallanordnung eine Schwarzfärbung und/oder eine Tönung und/oder eine Einfärbung umfasst/umfassen. Die Fahrzeugscheibe umfasst erfindungsgemäß eine Lichtquelle, die dazu ausgebildet ist, Licht insbesondere unmittelbar über eine Innenseite des Scheibeninnenkörpers und/oder über ein Einkoppelelement in den als Lichtleiterschicht fungierenden Scheibeninnenkörper einzukoppeln, wobei an einer der Innenseite des Scheibeninnenkörpers gegenüberliegenden Außenseite des Scheibeninnenkörpers eine Lichtauskopplungsstruktur vorgesehen und dazu ausgebildet ist, das in die Lichtleiterschicht eingekoppelte Licht aus dem Scheibeninnenkörper in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes wieder insbesondere gerichtet und/oder in einer vorbestimmten, bevorzugt durch die Lichtauskopplungsstruktur definierten Weise auszukoppeln. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine LED-Lichtquelle und/oder umfasst eine Vielzahl von Leuchtdioden.
- Durch die Tönung und/oder Schwarzfärbung und/oder Einfärbung der Flüssigkristallanordnung und/oder der Kunststofffolien kann ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild der Fahrzeugscheibe realisiert werden, das mit einer Vielzahl von Fahrzeugdesigns kompatibel ist. Bei der Flüssigkristallanordnung kann es sich um eine Flüssigkristallschicht (LC-Schicht) oder um einen polymerdispergierte Flüssigkristallschicht (PDLC-Schicht) handeln.
- Der Begriff „Schwarzfärbung“ ist vorliegend in seinem weitesten Sinne zu verstehen und umfasst tiefschwarze, dunkelgraue und auch weitere Färbungszustände.
- Durch die erfindungsgemäße Flüssigkristallanordnung kann auf weitere getönte Zwischenschichten oder einen gefärbten Scheibeninnenkörper zur Anpassung der Fahrzeugscheibe an das Fahrzeugdesign verzichtet werden. Auf eine Vielzahl von gegebenenfalls gefärbten Zwischenfolien und/oder gefärbten Polymerklebeschichten oder dergleichen kann ebenfalls verzichtet werden, was wiederum im Vergleich zu bekannten Fahrzeugscheiben zu einer geringeren Eintrübung und damit zu einem besseren optischen Erscheinungsbild führt. Trotzdem erfüllt die Fahrzeugscheibe hohe Sicherheitsanforderungen, und zwar auch bei Anwendung als Deckelelement eines Dachöffnungssystems oder als Festdachelement eines Fahrzeugdachs.
- Die Erfinder haben vorliegend erkannt, dass es besonders vorteilhaft ist, eine Fahrzeugscheibe, bei der zumindest eine der Kunststofffolien und/oder die Flüssigkristallanordnung der Beschattungsanordnung eine Schwarzfärbung und/oder eine Tönung und/oder eine Einfärbung umfasst/umfassen, mit einer Lichtleiterfunktion (Ambient-Light Funktion) auszustatten. Die Kombination der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe mit einer Lichtleiterfunktion führt nämlich im Vergleich zum Stand der Technik dazu, dass keine getönte Polymerklebeschicht bzw. Laminationsfolie bzw. Laminierfolie mehr in Kontakt zu dem als Lichtleiterschicht ausgebildeten Scheibeninnenkörper liegt, sondern eine ungetönte Polymerklebeschicht verwendet wird. Mit anderen Worten ist/sind die erste Polymerklebeschicht und/oder die zweite Polymerklebeschicht bevorzugt transparent und/oder zumindest teiltransparent, insbesondere ungetönt ausgebildet. Hierdurch findet im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich geringere Lichtabsorption durch die Polymerklebeschicht statt. Somit erhöht sich die Lichtmenge, die für die Lichtauskopplung zur Verfügung steht. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es aufgrund der geringeren Lichtverluste möglich, eine Menge an Streupartikeln in einer Farbe der Lichtauskopplungsstruktur bzw. des Lichtextraktionselements zu reduzieren. Hierdurch ist die Lichtauskopplungsstruktur beispielswiese bei Tageslicht innerhalb der Fahrzeugscheibe weniger sichtbar, was zu einer verbesserten optischen Wahrnehmung für den Kunden führt. Durch das Entfallen der Tönung und/oder der Schwarzfärbung und/oder der Einfärbung in der ersten und/oder zweiten Polymerklebeschicht sinkt zudem der Haze des gesamten Verbundaufbaus, so dass die Fahrzeugscheibe als Ganzes für einen Kunden transparenter wirkt. Zudem wird hierdurch auch der Kontrast der Fahrzeugscheibe erhöht. Des Weiteren können durch den Einsatz von günstigeren, ungetönten Polymerklebeschichten Kosten eingespart werden.
- Die Durchlässigkeit des Verbundaufbaus für sichtbares Licht ist vorzugsweise sowohl im Durchlasszustand als auch im Sperrzustand der Flüssigkristallanordnung gering, was vorzugsweise zu einem geringen Lichteintrag durch die Fahrzeugscheibe in den Fahrzeuginnenraum führt.
- Die getönte und/oder gefärbte und/oder geschwärzte Beschattungsanordnung zeichnet sich vorzugsweise durch eine starke Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 2500 nm aus. Für sichtbares Licht liegt die Durchlässigkeit vorzugsweise unter 30%. Auch für Infrarotstrahlung im Bereich zwischen 700 nm und 2500 nm kann die Durchlässigkeit vorzugsweise unter 40% liegen.
- Die Schwarzfärbung der Flüssigkristallanordnung kann im Lab-Farbraum insbesondere durch die Farbkoordinaten L, a und b definiert sein, wobei L < 30, -15 < a < 15 und -15 < b < 15 ist.
- Die Schwarzfärbung der mindestens einen Kunststofffolie der Beschattungsanordnung und/oder der Flüssigkristallschicht, das heißt des Polymers der Flüssigkristallschicht, kann durch den Einsatz geeigneter Farbstoffe und/oder durch eine geeignete Auswahl der eingesetzten Werkstoffe und deren Chemismus eingestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Flüssigkristallanordnung eine polymerdispergierte Flüssigkristallschicht mit einer Vielzahl von Flüssigkristallen, die in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Flüssigkristallen und/oder die Matrix eingefärbt und/oder getönt und/oder geschwärzt ist/sind. Alternativ kann die Flüssigkristallanordnung auch keine Trägermatrix umfassen, was bei einer LC-Schicht der Fall ist.
- Durch die Schwarzfärbung und/oder Tönung der Beschattungsanordnung ist es möglich, die Durchlässigkeit für sichtbares Licht, das direkt auf die Flüssigkristallanordnung einfällt, im Sperrzustand der Flüssigkristallschicht vorzugsweise auf Werte unter 2% und insbesondere sogar unter 1% zu senken. Im Durchlasszustand der Flüssigkristallschicht liegt die Durchlässigkeit für sichtbares Licht vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2% und 30%.
- Die Trübung der Beschattungsanordnung liegt im Durchlasszustand der Flüssigkristallanordnung vorzugsweise bei maximal 5%.
- Die Kunststofffolien haben zweckmäßigerweise an ihren Innenseiten jeweils eine transparente Elektrode, so dass die angrenzende Flüssigkristallanordnung durch Änderung des elektrischen Feldes zwischen dem Sperrzustand und dem Durchlasszustand verstellt werden kann. Die Kunststofffolien können insbesondere als PET (Polyethylenterephtalat)-Folie, COP (zyklisches Olefin-Polymer)-Folie oder auch als PC-(Polycarbonat)-Folie ausgebildet sein, und mit ITO (Indiumzinnoxid) oder PEDOT:PSS beschichtet sein, um die Elektroden für die Flüssigkristallanordnung auszubilden.
- Die Flüssigkristallanordnung kann eine PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)-Schicht sein, bei der durch Anlegen einer Spannung der Durchlasszustand erzeugt wird und ohne Spannung der Sperrzustand vorliegt. Alternativ kann sie eine Schicht sein, bei der in jedem Schaltzustand eine Spannung anliegt. Dann handelt es sich um eine so genannte inverse, bistabile PDLC-Schicht. Unabhängig von der gewählten PDLC-Schicht-Variante kann die PDLC-Schicht segmentiert oder mit einem Muster versehen sein. Die Flüssigkristallanordnung kann alternativ eine LC-Schicht sein.
- Um die Funktionsfähigkeit der Beschattungsanordnung auch bei hohen Außentemperaturen zu gewährleisten, umfasst der Verbundaufbau einer bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung an der dem Scheibenaußenkörper zugewandten Seite der Flüssigkristallanordnung mindestens eine Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung. Damit können ungewünschte Defekte vermieden werden, die durch Absorption von Wärme durch die Flüssigkristallanordnung resultieren könnten.
- Das Reflektionsvermögen der Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung beträgt vorzugsweise mehr als 60%. Insbesondere bei einem Reflektionsvermögen der Schicht von weniger als 60% für Infrarotstrahlung, beispielsweise von 2% bis < 60%, kann eine weitere Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung zwischen dem Scheibenaußenkörper und der Beschattungsanordnung vorgesehen sein. Diese weitere Schicht kann zusätzlich an der Beschattungsanordnung und/oder mindestens einer der Kunststofffolien und/oder zwischen den Kunststofffolien und der Flüssigkristallanordnung angeordnet sein, beispielsweise an einer zusätzlich aufgebrachten Folie, die damit eine IRbeschichtete PET-Folie sein kann, oder auch an der Unterseite des Scheibenaußenkörpers oder auch in sonstiger Weise zwischen dem Scheibenaußenkörper und der Beschattungsanordnung. Durch die zusätzliche Schicht kann eine Gesamtreflektion des Verbundaufbaus für Infrarotstrahlung von mindestens 60% erreicht werden.
- Bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung ist die Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung an der dem Scheibenaußenkörper zugewandten Folie der Beschattungsanordnung angeordnet, und zwar in Form einer direkten Beschichtung oder einer zusätzlichen beschichteten Folie, die mit der Schicht versehen ist und von der Beschattungsanordnung umfasst ist. Die Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung bildet also eine Beschichtung dieser Folie.
- Denkbar ist es auch, dass die Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung an der Innenseite des Scheibenaußenkörpers angeordnet ist.
- Um die Reflektionswirkung für Infrarotstrahlung besonders hoch zu halten und das Durchlassvermögen für sichtbares Licht hoch zu halten, hat die Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung einen Mehrschichtaufbau, der eine so genannte Low-E-Beschichtung (Low-E = niedrige Emissivität) darstellt. Die Ausbildung der Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung als Mehrschichtaufbau führt zu einem hohen Reflektionsvermögen insbesondere in dem Wellenlängenbereich zwischen 650 nm und 2500 nm.
- Ein hohes Reflektionsvermögen kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung bzw. die einzelnen Schichten des Mehrschichtaufbaus aus mindestens einem der Stoffe der Gruppe gebildet ist, die Metalle, wie Gold, Silber und Kupfer, und Oxide, wie Zinnoxid, Titandioxid, Zinkoxid, Indium-Zinn-Oxid, fluoriertes Zinnoxid, Zink-Zinn-Oxide und Aluminiumoxid, umfasst.
- Bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung sind beide Kunststoffschichten der Beschattungsanordnung mit einer Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung versehen.
- Die mit einer Schwarzfärbung versehene Beschattungsanordnung bietet insbesondere im Zusammenhang mit schwarzen Keramikfritten ein positives optisches Erscheinungsbild. Der Schutz gegen Infrarotstrahlung wird durch die entsprechende reflektierende Beschichtung der Beschattungsanordnung gewährleistet. Die Reflektionsbeschichtung schützt nicht nur den Fahrzeuginnenraum vor überhohem Wärmeeintrag, sondern auch die Flüssigkristallschicht, so dass deren Funktion auch bei hohen Außentemperaturen gewährleistet bleibt.
- Des Weiteren ist es möglich, die Flüssigkristallanordnung so auszubilden, dass sie segmentiert geschaltet und/oder kontinuierlich zwischen dem Durchlasszustand und dem Sperrzustand verstellt werden kann.
- Der Scheibeninnenkörper und der Scheibenaußenkörper sind bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung jeweils gewölbt ausgebildet, und zwar in Scheibenlängsrichtung und/oder in Scheibenquerrichtung. Der die Wölbung definierende Krümmungsradius kann in der betreffenden Richtung variieren und beispielsweise einen Wert zwischen 1.000 mm und 10.000 mm, insbesondere zwischen 2.000 mm und 5.000 mm haben. Die Beschattungsanordnung kann den Wölbungen folgen.
- Die Anbindung der Beschattungsanordnung an den Scheibenaußenkörper und an den Scheibeninnenkörper kann jeweils mittels der ersten und/oder zweiten Polymerklebefolie in direkter Weise oder unter Zwischenlage weiterer Schichten erfolgen, die wiederum über Klebeschichten verbunden sein können. Die Polymerklebefolien sind beispielsweise aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), einem Epoxid, Silikon, Polyethylen oder aus einer sonstigen transparenten Kunststofffolie gebildet. Der Brechungsindex der jeweils eingesetzten Polymerklebefolie liegt vorzugsweise im Bereich desjenigen Brechungsindex des Scheibeninnenkörpers bzw. des Scheibenaußenkörpers und hat beispielsweise einen Wert von etwa 1,5.
- Um die Fahrzeugscheibe nach der Erfindung auch als so genanntes Ambient-Light-Bauteil nutzen zu können, das im Fahrzeuginnenraum einen flächigen Leuchtkörper bildet, ist erfindungsgemäß mindestens eine Lichtquelle vorgesehen, wobei der Scheibeninnenkörper eine Lichtleiterschicht bildet, in die Licht der Lichtquelle einkoppelbar ist, so dass der Scheibeninnenkörper als Ganzes oder in definierten Segmenten leuchtet. Die Funktionen eines schaltbaren Glases, eines Wärmeschutzes und einer Ambient-Light-Beleuchtung sind erfindungsgemäß in der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung integriert. Die erfindungsgemäße Beschattungsanordnung begünstigt den Ambient-Light-Effekt. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Lichtquelle unmittelbar oder mittelbar an der Innenseite des Scheibeninnenkörpers angeordnet, so dass Licht direkt über die Innenseite des Scheibeninnenkörpers eingekoppelt wird. Alternativ oder ergänzend ist das Einkoppelelement an der Innenseite des Scheibeninnenkörpers angeordnet, und die Lichtquelle ist an einer Seitenfläche des Einkoppelelements angeordnet, so dass von der Lichtquelle abgegebenes Licht durch das Einkoppelelement umlenkbar und in die Lichtleiterschicht einkoppelbar ist. Das Einkoppelelement ist vorzugsweise ein für das Licht der Lichtquelle transparenter Materialkörper, der leistenartig ausgebildet ist und/oder einen keilförmigen oder trapezförmigen Querschnitt hat. Das Einkoppelelement ist vorzugsweise als Prisma ausgebildet, dass an die Innenseite geklebt ist.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einkoppelelement ein für das Licht der Lichtquelle transparenter Materialkörper, der leistenartig ausgebildet ist und/oder einen keilförmigen oder trapezförmigen Querschnitt hat. Das Einkoppelelement ist vorzugsweise randnah an der Innenseite der Scheibenkörperanordnung angeordnet. Über die Erstreckung des leistenartig ausgebildeten Einkoppelelements kann dann Licht in die Lichtleiterschicht der Scheibenkörperanordnung eingekoppelt werden. Das Einkoppelelement kann beispielsweise als optisches Prisma ausgebildet sein. Das Einkoppelelement ist vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt, der PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), PA (Polyamid), COC (Cycloolefin-Copolymer) oder COP (Cycloolefin-Polymer) umfasst. Ein Brechungsindex des Einkoppelelements ist insbesondere an den Brechungsindex der angrenzenden Lichtleiterschicht angepasst und hat vorzugsweise einen Wert zwischen 1,40 und 1,65 und insbesondere zwischen 1,48 und 1,59. Eine Herstellung des Einkoppelelements erfolgt vorzugsweise nach einem Extrusionsverfahren oder einem Spritzgießverfahren. Alternativ oder ergänzend kann das Einkoppelelement aus Harz und/oder aus transparentem Polyurethan ausgebildet und vorzugsweise an der Scheibenkörperanordnung angeordnet sein. Um eine innere Reflexion zu verbessern, kann das Einkoppelelement mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein, die Metalle wie Aluminium oder Silber umfassen und nach einem Aufdampf- oder Sputterprozess aufgebracht sein kann. Um das Einkoppelverhalten des Lichts in die Lichtleiterschicht weiter zu verbessern, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung zwischen dem Einkoppelelement und der Scheibenkörperanordnung eine Zusatzumlenkstruktur angeordnet. Durch die Zusatzumlenkstruktur kann der Einfallswinkel des Lichts auf die Lichtleiterschicht durch entsprechende Brechung verändert werden, um die innere Reflexion in der Lichtleiterschicht zu erhöhen. Die Zusatzumlenkstruktur kann eine Reihe von asymmetrischen Prismen umfassen, die Abmessungen im Millimeterbereich oder im Mikrometerbereich haben und als dreidimensionales Array oder linienartig angeordnet sind, wie es beispielsweise bei einem Fresnel-Linsen-Array der Fall ist. Die Zusatzumlenkstruktur kann in einstückiger Weise mit dem Einkoppelelement ausgebildet sein und direkt bei der Fertigung desselben, beispielsweise bei einem Extrusionsprozess oder einem Spritzgießprozess, ausgebildet werden. Denkbar ist es auch, dass die Zusatzumlenkstruktur eine Beschichtung des Einkoppelelements darstellt, beispielsweise in Form eines separaten strukturierten Films.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einkoppelelement über eine Klebeschicht mit dem Scheibenkörper, insbesondere mit der Innenseite verklebt. Die Klebeschicht, die vorzugsweise einen Brechungsindex zwischen 1,40 und 1,65 und insbesondere zwischen 1,48 und 1,56 hat, kann aus einem beliebigen optisch geeigneten Kleber gebildet sein. Beispielsweise ist die Klebeschicht aus einem drucksensitiven Kleber, einem optisch klaren Flüssigkleber (LOCA = liquid optically clear adhesive), EVA (Ethylen-Vinylacetat), PVB (Polyvinylbutyral), TPU (thermoplastischem Polyurethan), einem Epoxy-Kleber oder einem Acrylat-Kleber gebildet. Die gewählten Werkstoffe haben vorzugsweise jeweils einen Brechungsindex, die eine Brechung der Lichtstrahlen an den Grenzflächen minimieren und die Einkoppeleffizienz bei den idealen Winkelbedingungen optimieren.
- Um die Lichteinkopplung und die Lichtauskopplung aus dem Scheibeninnenkörper zu optimieren, ist bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung an der dem Scheibeninnenkörper zugewandten Kunststofffolie der Beschattungsanordnung eine Reflektionsschicht zur Reflektion sichtbaren Lichts angeordnet, deren Reflektionsvermögen vorzugsweise mindestens 2% beträgt und/oder die eine Schicht zur Reflektion von Infrarotstrahlung bilden kann. Zusätzlich wird der Ambient-Light-Effekt durch innere Reflektion in dem Scheibeninnenkörper verstärkt.
- Die Reflektionsschicht zur Reflektion sichtbaren Lichts kann ebenfalls als Mehrschichtaufbau oder als Einzelschicht ausgebildet sein. Die Einzelschicht oder die Schichten des Mehrschichtaufbaus können jeweils aus mindestens einem der Stoffe der Gruppe gebildet sein, die beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Zinnoxid, Titandioxid, Zinkoxid, Indium-Zinn-Oxid, fluoriertes Zinnoxid, Zink-Zinn-Oxide und Aluminiumoxid umfasst.
- Durch die getönte und/oder gefärbte und/oder geschwärzte Flüssigkristallanordnung und/oder der beiden Kunststofffolien, die mit den Reflektionsschichten versehen sind, kann bei einer speziellen Ausführungsform ein Anteil von beispielsweise mindestens 2% des von der Lichtquelle eingetragenen Lichts in Richtung Fahrzeuginnenraum ausgekoppelt werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtauskopplungsstruktur auf einer Trägerfolie aufgedruckt und/oder aufgebracht, wobei die Trägerfolie auf die Außenseite des Scheibeninnenkörpers laminiert ist/sind, oder dass die Lichtauskopplungsstruktur unmittelbar auf die Außenseite aufgedruckt und/oder aufgebracht ist. Auch andere Ausgestaltungen einer Lichtauskopplungsstruktur sind denkbar, wie dies nachstehend erläutert ist.
- Um die Auskopplung des Lichts aus der Lichtleiterschicht in Richtung Fahrzeuginnenraum zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn an der Reflektionsschicht zur Reflektion sichtbaren Lichts und/oder an der Lichtauskopplungsstruktur Streuzentren vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich können Streuzentren auch in die Lichtauskopplungsstruktur und/oder direkt in eine der Innenseite des Scheibeninnenkörpers gegenüberliegende Außenseite integriert sein oder an zumindest einer der Flächen des Scheibeninnenkörpers aufgebracht sein. Vorzugsweise sind Streuzentren bzw. Streumedien zwischen der Beschattungsanordnung und dem Scheibeninnenkörper angeordnet.
- Die Lichtstreuzentren können aus jedem geeigneten Material bzw. Medium gebildet sein, beispielsweise aus Teilchen aus einem opaken organischen, anorganischen, insbesondere auch keramischen Material, aus einer transparenten, semitransparenten oder auch opaken Bedruckung, aus einem Muster oder einer Struktur, die an dem Scheibeninnenkörper eingeätzt, eingraviert oder durch Laserablation hergestellt ist. Das semitransparente Material kann direkt auf Glas gedruckt sein und/oder als gedruckter Film zwischen zwei Glasschichten ausgebildet sein.
- Der Scheibenaußenkörper und der Scheibeninnenkörper der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung können aus Klarglas oder einem sonstigen geeigneten Glas oder auch aus einem Kunststoffwerkstoff, wie Polycarbonat, gefertigt sein. Der Scheibeninnenkörper kann bei einer speziellen Ausführungsform auch aus einer harten, schlag- und kratzfesten Beschichtung gebildet sein, die an der dem Scheibenaußenkörper abgewandten Seite der Beschattungsanordnung ausgebildet ist.
- Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrzeug und/oder Fahrzeugdach, umfassend mindestens eine Fahrzeugscheibe, wobei die Fahrzeugscheibe ein Deckelelement eines Dachöffnungssystems und/oder ein Festdachelement sein kann.
- Es versteht sich, dass die zuvor genannten und nachstehend noch zu erläuternden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination miteinander ausbildbar sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ebenfalls versteht es sich, dass die zuvor genannten und nachstehend noch zu erläuternden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele sich in äquivalenter oder zumindest ähnlicher Art und Weise auf sämtliche Ausführungen der Erfindung beziehen, ohne jeweils separat genannt zu werden.
- Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeugdach mit einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung; -
2 einen schematischen Schnitt durch die Fahrzeugscheibe; und -
3 einen schematischen Schnitt durch die Fahrzeugscheibe. - In
1 ist ein Fahrzeugdach 10 eines ansonsten nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs 100 gezeigt. Das Fahrzeugdach 10 ist ein Panoramadach, das ein verstellbares Deckelelement 12 und ein Festdachelement 14 aufweist, welches fest bzw. unbeweglich mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Das Deckelelement 12 und das Festdachelement 14 sind jeweils als Glaselement und mithin als Fahrzeugscheibe 11 ausgebildet. Das Deckelelement 12 und das Festdachelement 14 haben den gleichen Verbundaufbau, der in den2 und3 schematisch dargestellt ist. Alternativ kann das Fahrzeugdach anstelle des Dachelements 12 ein zweites Festdachelement 14 oder anstelle des Festdachelements 14 und des Dachelements 12 ein einziges Festdachelement 14 aufweisen. - Die jeweils als die Fahrzeugscheibe 11 ausgebildeten Dachelemente 12 und 14 stellen jeweils ein Verbundbauteil dar, das einen Scheibenaußenkörper 16 und einen Scheibeninnenkörper 18 umfasst. Der Scheibenaußenkörper 16 und der Scheibeninnenkörper 18 sind jeweils aus einem Kalk-Natron-Klarglas gefertigt, können jedoch auch aus anderen Materialen, beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt sein.
- Der Scheibenaußenkörper 16 ist der Fahrzeugumgebung zugewandt, wohingegen der Scheibeninnenkörper 18 mit einer Innenseite 19 einem Fahrzeuginnenraum 102 zugewandt ist und eine innere Sichtfläche der Fahrzeugscheibe 10 bildet.
- Zwischen dem Scheibenaußenkörper 16 und dem Scheibeninnenkörper 18 ist eine Beschattungsanordnung 20 vorgesehen, welche über eine erste Polymerklebeschicht 22 bzw. über eine Klebeschicht an den Scheibenaußenkörper 16 und eine zweite Polymerklebeschicht 24 und/oder über eine weitere Klebeschicht an den Scheibeninnenkörper 18 angebunden ist.
- Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen zwischen dem Scheibenaußenkörper 16 und der ersten Polymerklebeschicht 22 weitere Schichten, insbesondere Funktionsschichten vorgesehen und/oder zwischengeschichtet sein können. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen zwischen der ersten Polymerklebeschicht 22 und der Beschattungsanordnung 20 weiteren Schichten, insbesondere Funktionsschichten vorgesehen und/oder zwischengeschichtet sein können. Es versteht sich, dass zwischen der Beschattungsanordnung 20 und der zweiten Polymerklebeschicht 24 weiteren Schichten, insbesondere Funktionsschichten vorgesehen und/oder zwischengeschichtet sein können. Es versteht sich, dass zwischen der zweiten Polymerklebeschicht 24 und dem Scheibeninnenkörper 18 weiteren Schichten, insbesondere Funktionsschichten vorgesehen und/oder zwischengeschichtet sein können. Derartige Funktionsschichten können beispielsweise eine Funktion des Fahrzeugscheibe ergänzen und/oder erweitern und/oder verbessern.
- Die Beschattungsanordnung 20 umfasst eine Flüssigkristallanordnung (LC-Schicht oder PDLC-Schicht) 26. Die Flüssigkristallanordnung 26 umfasst eine Vielzahl von Kristallen, die in einer Matrixanordnung innerhalb der Flüssigkristallschicht vorliegen. Die Flüssigkristallanordnung 26 ist beidseits jeweils von einer zu der Beschattungsanordnung 20 gehörenden Kunststofffolie 28, 30 begrenzt. Die Kunststofffolien 28, 30 können beispielsweise aus PET hergestellt sein. An der Innenseite der Kunststofffolien 28 und 30 ist jeweils eine transparente Elektrode 32 bzw. 34 angeordnet. Mittels der Elektroden 32 und 34 kann an die Flüssigkristallanordnung 26 eine Spannung angelegt werden, so dass die Flüssigkristallanordnung 26 durch Ausrichtungsänderung der Vielzahl von Kristallen zwischen einem Sperrzustand und einem Durchlasszustand verstellt werden kann.
- Erfindungsgemäß haben/hat die Kunststofffolien 28 und 30 und/oder die Flüssigkristallanordnung 26 eine getönte und/oder schwarze Einfärbung, die mittels eines in das jeweilige Material dispergierten Farbstoffs erzeugt ist. Die Tönung und/oder Schwärzung und/oder Einfärbung der Kristalle und/oder der Matrix der polymerdispergierten Flüssigkristallschicht 26 ist im Stand der Technik als dye-dope Technologie bekannt.
- Die Flüssigkristallanordnung 26 kann so geschaltet werden, dass sie in dem Sperrzustand, in dem keine Spannung an den Elektroden 32 und 34 anliegt, eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von weniger als 3% hat. In dem Durchlasszustand, in dem eine Spannung an den Elektroden 32 und 34 anliegt, ist die Beschattungsanordnung 20 durch die schwarze Einfärbung der Kunststofffolien 28 und 30 und/oder der Flüssigkristallanordnung 26 derart für sichtbares Licht durchlässig, dass ein Anteil von etwa 10% durchtritt.
- Die Fahrzeugscheibe 11 umfasst zur Bereitstellung einer Ambient-Light-Funktion in Form eines Flächenleuchtmittels mindestens eine Lichtquelle 36. Die Lichtquelle 36 ist gemäß
2 unmittelbar an der Innenseite 19 des Scheibeninnenkörpers 18 angeordnet, und insbesondere mit diesem verklebt. Alternativ kann zur Lichteinkopplung in den Scheibeninnenkörper 18 an der Innenseite 19 ein Einkoppelelement 38 angeordnet und insbesondere mit der Innenseite 19 verklebt sein, siehe3 . Durch das Einkoppelelement 38 kann die Lichtquelle 36 seitlich neben dem Scheibeninnenkörper 18 angeordnet sein, wie dies aus3 hervorgeht. Hierdurch erhöht sich die Designfreiheit bei der Platzierung der Lichtquelle 36. Das Einkoppelelement 38 ist dazu ausgebildet, Licht, das von der Lichtquelle 36 ausgesendet wird, umzurichten, und derart über die Innenseite 19 in den Scheibeninnenkörper 18 einzukoppeln. Der Scheibeninnenkörper 18 bildet eine Lichtleiterschicht 40 für das in ihn eingekoppelte Licht. - An einer der Innenseite 19 des Scheibeninnenkörpers 18 gegenüberliegenden Außenseite 41 des Scheibeninnenkörpers 18 ist eine Lichtauskopplungsstruktur 42 vorgesehen und dazu ausgebildet, das in die Lichtleiterschicht 40 eingekoppelte Licht aus dem Scheibeninnenkörper 18 in Richtung des Fahrzeuginnenraumes 102 wieder in einer vordefinierten, insbesondere durch die Struktur Lichtauskopplungsstruktur 42 vorgegebenen Weise auszukoppeln. Die Lichtauskopplungsstruktur 42 ist vorzugsweise auf die Außenseite 41 des Scheibeninnenkörpers 18 aufgedruckt und/oder aufgedampft und/oder beschichtet und/oder laminiert.
- In einem Randbereich der Fahrzeugscheibe 11, der zur Lichteinkopplung genutzt wird, und an dem die Lichtquelle 36 angeordnet ist, kann ferner abschnittsweise, insbesondere zwischen dem Scheibenaußenkörper 16 und der ersten Polymerklebeschicht 22 ein Lichtabschirmelement 44 vorgesehen sein. Das Lichtabschirmelement 44 kann beispielsweise auf den Scheibenaußenkörper 16 und/oder auf die ersten Polymerklebeschicht 22 aufgedruckt und/oder als eine Laminierschicht aufgebracht sein.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- Fahrzeugdach
- 11
- Fahrzeugscheibe
- 12
- Deckelelement
- 14
- Festdachelement
- 16
- Scheibenaußenkörper
- 18
- Scheibeninnenkörper
- 19
- Innenseite
- 20
- Beschattungsanordnung
- 22
- Polymerklebeschicht
- 24
- Polymerklebeschicht
- 26
- Flüssigkristallanordnung
- 28
- Kunststofffolie
- 30
- Kunststofffolie
- 32
- Elektrode
- 34
- Elektrode
- 36
- Lichtquelle
- 38
- Einkoppelelement
- 40
- Lichtleiterschicht
- 41
- Außenseite
- 42
- Lichtauskopplungsstruktur
- 44
- Lichtabschirmelement
- 100
- Fahrzeug
- 102
- Fahrzeuginnenraum
Claims (10)
- Fahrzeugscheibe (11), insbesondere Scheibe eines Fahrzeugdachs (10), umfassend einen Verbundaufbau mit einem Scheibenaußenkörper (16), einer ersten Polymerklebeschicht (22), einer Beschattungsanordnung (20), einer zweiten Polymerklebeschicht (24) und einem Scheibeninnenkörper (18), wobei die Beschattungsanordnung (20) über die erste Polymerklebeschicht (22) mit dem Scheibenau-ßenkörper (16) und über die zweite Polymerklebeschicht (24) mit dem Scheibeninnenkörper (18) verbunden ist, und eine Flüssigkristallanordnung (26) umfasst, die zwischen zwei Kunststofffolien (28, 30) angeordnet ist, wobei zumindest eine der Kunststofffolien (28, 30) und/oder die Flüssigkristallanordnung (26) eine Schwarzfärbung und/oder eine Tönung umfasst/umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugscheibe (11) eine Lichtquelle (42) umfasst, die dazu ausgebildet ist, Licht insbesondere unmittelbar über eine Innenseite (19) des Scheibeninnenkörpers (18) und/oder über ein Einkoppelelement (38) in den als Lichtleiterschicht (40) fungierenden Scheibeninnenkörper (18) einzukoppeln, wobei an einer der Innenseite (19) des Scheibeninnenkörpers (18) gegenüberliegenden Außenseite (41) des Scheibeninnenkörpers (18) eine Lichtauskopplungsstruktur (42) vorgesehen und dazu ausgebildet ist, das in die Lichtleiterschicht (40) eingekoppelte Licht aus dem Scheibeninnenkörper (18) in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes (102) auszukoppeln.
- Fahrzeugscheibe nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymerklebeschicht (22) und/oder die zweite Polymerklebeschicht (24) transparent und/oder zumindest teiltransparent, insbesondere ungetönt ist/sind. - Fahrzeugscheibe nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtauskopplungsstruktur (42) auf einer Trägerfolie aufgedruckt und/oder aufgebracht ist, wobei die Trägerfolie auf die Außenseite (41) des Scheibeninnenkörpers (18) laminiert ist, oder dass die Lichtauskopplungsstruktur (42) unmittelbar auf die Außenseite (41) aufgedruckt und/oder aufgebracht ist. - Fahrzeugscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallanordnung (26) eine polymerdispergierte Flüssigkristallschicht mit einer Vielzahl von Flüssigkristallen umfasst, die in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Flüssigkristallen und/oder die Matrix eingefärbt und/oder getönt und/oder geschwärzt ist/sind.
- Fahrzeugscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymerklebeschicht (22) und/oder die zweite Polymerklebeschicht (24) eine Schmelzklebeschicht, insbesondere eine Polyvinylbutyral-Schicht und/oder eine Ethylenvinylacetat-Schicht und/oder eine thermoplastische Polyurethan-Schicht umfasst/umfassen.
- Fahrzeugscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (42) unmittelbar oder mittelbar an der Innenseite (19) des Scheibeninnenkörpers (18) angeordnet ist.
- Fahrzeugscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelelement (38) an der Innenseite (19) des Scheibeninnenkörpers (18) angeordnet ist, und die Lichtquelle (36) an einer Seitenfläche des Einkoppelelements (38) angeordnet ist, so dass von der Lichtquelle (42) abgegebenes Licht durch das Einkoppelelement (38) umlenkbar und in die Lichtleiterschicht (40) einkoppelbar ist.
- Fahrzeugscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelelement (38) ein für das Licht der Lichtquelle (36) transparenter Materialkörper ist, der leistenartig ausgebildet ist und/oder einen keilförmigen oder trapezförmigen Querschnitt hat.
- Fahrzeugscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (28, 30) der Beschattungsanordnung (20) PET-Folien sind.
- Fahrzeug (100) und/oder Fahrzeugdach (10), umfassend eine Fahrzeugscheibe (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugscheibe (11) ein Deckelelement (12) eines Dachöffnungssystems oder ein Festdachelement (14) ist.
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