DE4106019A1 - Lichtdurchlaessiges fenster und dessen elektro-optische steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein lichtdurchlässiges Fenster und auch eine elektro-optische Steuerung für das Fenster. Die Erfindung ist insbesondere nützlich für Kraftfahrzeuge, in welchen die Windschutzscheibe das neuartige lichtdurchlässige Fenster enthält oder als solches aufgebaut ist. Die Erfindung ist, wie unten beschrieben wird, auch nützlich für andere Anwendungsformen, wie für Schutzbrillen und Schutzhelmfenster.

Flüssigkristallvorrichtungen haben breite Anwendung für Anzeigevorrichtungen und Displays gefunden. Solche Anzeigevorrichtungen oder Displays sind Schichtenkonstruktionen aus zwei Glasplatten, die typisch etwa 0,013 mm im Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen denen eine nematische Flüssigkristalllösung vorhanden ist und die an ihrem Umfang hermetisch abgedichtet sind. In einer Ausführungsform solcher Vorrichtungen erscheint der Flüssigkristall transparent, wenn er nicht elektrisch erregt ist, jedoch nimmt die Transparenz ab, wenn der Flüssigkristall elektrisch erregt ist. Die gegenwärtig in Anzeigevorrichtungen und Displays verwendeten Flüssigkristallvorrichtungen basieren entweder auf einem dynamischen Streueffekt oder auf einem Feldeffekt.

Es wurden auch Vorschläge zur Anwendung solcher Flüssigkristallvorrichtungen in Fenstern zum Steuern des Durchganges von Sonnenlicht gemacht. Beispielsweise erläutert ein Artikel in Popular Science, Dezenber 1987, Seiten 68 bis 70, mit dem Titel "Smart Windows" die Anwendung von Flüssigkristallvorrichtungen in den Fenstern von offiziellen Gebäuden zum Steuern des hindurchgehenden Sonnenlichtes. Die JP-Anmeldung 57-9 093 vom 23.01.1982, Veröffentlichungsnummer 58-1 26 219 vom 27.07.1983, beschreibt ein Sonnendach für ein Kraftfahrzeug mit einem Flüssigkristallfenster.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein lichtdurchlässiges Fenster einschließlich einer elektro-optischen Steuerung unter Ausnutzung der oben beschriebenen Eigenschaften von Flüssigkristallvorrichtungen zu schaffen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wie unten beschrieben, sind ein Kraftfahrzeug, eine Schutzbrille und ein Schutzhelm mit lichtdurchlässigen Fenstern, in denen die oben beschriebenen Eigenschaften von Flüssigkristallvorrichtungen ausgenutzt werden.

Das erfindungsgemäße Fenster enthält einen Rahmen, eine in dem Rahmen montierte Scheibe, eine auf oder in dieser angeordnete Flüssigkristallschicht, deren Lichtdurchlässigkeitsgrad sich in Antwort auf elektrische Signale ändert, einen in dem Rahmen angeordneten Fühler zum Abfühlen der elektromagnetischen Strahlung, welcher das Fenster ausgesetzt ist, und zum Erzeugen elektrischer Signale in Antwort darauf, und eine elektrische Schaltung in dem Rahmen, die den Fühler mit der Flüssigkristallschicht zum selbsttätigen Steuern des Lichtdurchlässigkeitsgrades derselben und daher des Fensters in Antwort auf die elektromagnetische Strahlung, die von dem Fühler abgefühlt wird.

Es ist somit ersichtlich, daß das lichtdurchlässige Fenster, welches die oben genannten Merkmale aufweist, automatisch seinen Lichtdurchlässigkeitsgrad derart steuert, daß es in Antwort auf die empfangene elektromagnetische Strahlung "trübe" wird und das Fenster wirksam "abdunkelt".

Solche elektro-optisch gesteuerten lichtdurchlässigen Fenster können in einer Mehrzahl von Anwendungsformen angewendet werden. Eine spezielle Anwendungsform ist die Ausführungsform als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, um die Blendwirkung durch die Scheinwerfer eines entgegenkommenden Fahrzeuges zu reduzieren. Da die Ansprechzeit der Flüssigkristallschicht extrem kurz ist, kann die Windschutzscheibe derart gestaltet werden, daß der Lichtdurchlässigkeitsgrad der Windschutzscheibe beim Auftreffen von Blendlicht praktisch sofort und im wesentlichen proportional zu dem Ausmaß des Blendlichtes abnimmt.

Fahrzeugwindschutzscheiben sind gewöhnlich aus zwei Schichten von Glasplatten aufgebaut, die über eine Zwischenschicht aus transparentem Kleber verbunden sind. Die Flüssigkristallschicht wird vorzugsweise in die Schicht zwischen den Glasscheiben einbezogen. Die Flüssigkristallschicht kann sich über die komplette Windschutzscheibe hin oder über einen Fensterabschnitt an der Fahrerseite des Fahrzeugs erstrecken. Als weitere Alternative kann das die Flüssigkristallschicht enthaltende lichtdurchlässige Fenster als gesondertes Filterelement ausgebildet sein, welches auf vorhandene Windschutzscheiben von Fahrzeugen aufgebracht wird.

Das Fahrzeug kann auch mit einem eine Flüssigkristallschicht enthaltenden lichtdurchlässigen Fenster als Rückfenster des Fahrzeugs zur Reduzierung von Blendlicht dienen, welches von den Scheinwerfern eines folgenden Fahrzeugs erzeugt wird. Eines oder mehr der anderen Fahrzeugfenster können ebenfalls mit der Flüssigkristallschicht ausgestattet werden, um den Durchgang von Sonnenstrahlung an heißen Tagen zu reduzieren.

Das die Flüssigkristallschicht enthaltende lichtdurchlässige Fenster kann auch als Linse in Schutzbrillen und/oder Schutzhelmen beispielsweise für Fahrzeugfahrer oder Piloten verwendet werden, um die Wirkung von Blendlicht zu reduzieren, oder für Arbeiter oder Labortechniker, um deren Augen gegen übermäßige Ultraviolett- oder Infrarotstrahlung zu schützen. In solchen Anwendungsfällen haben die Linsen der Schutzbrille oder des Schutzhelmes den Aufbau einer Schichtenkonstruktion aus mehreren transparenten Scheiben aus Glas oder Kunststoff mit dazwischenliegender Flüssigkristallschicht, wobei der Fühler in den Befestigungsrahmen der Linse zum Abtasten der elektromagnetischen Strahlen und zum selbsttätigen Abdunkeln der Linse in Abhängigkeit von der Stärke der elektromagnetischen Strahlung einbezogen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Beispiel enthält und auf die Zeichnung Bezug nimmt. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Anwendung der Erfindung nämlich an einem Fahrzeug, welches mit einem lichtdurchlässigen Fenster gemäß der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 2 eine Darstellung des lichtdurchlässigen Fensters aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab zur Erläuterung des Aufbaus des Fensters,

Fig. 3 eine Schnittansicht zur noch besseren Erläuterung der Konstruktion des lichtdurchlässigen Fensters in dem Fahrzeug aus den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 und 4a die Wirkungsweise des lichtdurchlässigen Fensters aus den Fig. 1 bis 3 im transparenten Zustand,

Fig. 5 und 5a die Wirkungsweise des lichtdurchlässigen Fensters im "trüben" oder "abgedunkelten" Zustand, und

Fig. 6 und 7 eine Schutzbrille bzw. einen Schutzhelm gemäß der Erfindung.

Aus Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Windschutzscheibe 4 ersichtlich, die einen elektro-optisch gesteuerten lichtdurchlässigen Abschnitt 6 gemäß der Erfindung enthält.

Aus Fig. 2 ist die Konstruktion der Windschutzscheibe und deren Abschnittes 6 deutlicher ersichtlich, der eine Flüssigkristallschicht enthält und elektro-optisch gesteuert ist. Aus Fig. 2 sind auch verschiedene Hilfsvorrichtungen ersichtlich, die in der Windschutzscheibe zum elektro-optischen Steuern der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften ihres Abschnittes 6 enthalten sind. Während nach den Fig. 1 und 2 die Windschutzscheibe 4 jeweils einen elektro-optisch gesteuerten lichtdurchlässigen Abschnitt 6 nur an der Fahrerseite des Fahrzeugs zeigt, ist es ersichtlich, daß auch die komplette Windschutzscheibe 4 derart konstruiert sein kann, daß ihre lichtdurchlässigen Eigenschaften elektro-optisch gesteuert werden können, beispielsweise in unterschiedlichem Maße, so daß der Abschnitt 6 stärker als der Rest des Fensters abgedunkelt wird.

Wie deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Windschutzscheibe 4 in einem Rahmen 8 montiert. Der Rahmen 8 enthält eine Anzahl anderer elektrischer Vorrichtungen einschließlich einer Mehrzahl von Sensoren 10 zum Abfühlen der elektromagnetischen Strahlung, welcher das Fenster ausgesetzt ist, und zum Erzeugen elektrischer Signale in Antwort auf die abgefühlte Strahlung. Der Fensterrahmen nimmt weiter einen Mikroprozessor 12 auf, der die elektrischen Signale erhält und selbsttätig die Lichtdurchlässigkeit des Fensterabschnittes 6 in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Strahlung steuert, die von den Fühlern abgefühlt wird. Somit ist der Mikroprozessor 12 derart programmiert, daß er die Lichtdurchlässigkeit des Fensterabschnittes 6 gemäß dem Grad der empfangenen elektromagnetischen Strahlung herabsetzt (d. i. den Fensterabschnitt "abdunkelt"), so daß die Blendwirkung der Scheinwerfer eines entgegenkommenden Fahrzeuges reduziert wird.

Der Rahmen 8 enthält vorzugsweise auch einen Dimmer 14, mit welchem der Fahrer das Ausmaß des von der empfangenen elektromagnetischen Strahlung herbeigeführten Abdunkelns einstellen kann. So kann der Dimmer 14 von dem Fahrer voreingestellt oder während der Fahrt manuell eingestellt werden, um die Höhe der elektrischen Spannung einzustellen, die an die transparenten Leiter an den entgegengesetzten Seiten der Flüssigkristallschicht angelegt wird, und in dieser Weise den Lichtdurchlässigkeitsgrad des Fensters in Abhängigkeit von der empfangenen elektromagnetischen Strahlung einzustellen.

Der Befestigungsrahmen 8 der Windschutzscheibe 4 enthält weiter eine Mehrzahl von Solarzellen 16 zum Speisen der elektrischen Schaltung einschließlich des Mikroprozessors 12 und der Flüssigkristallschicht in dem steuerbaren lichtdurchlässigen Fensterabschnitt 6, so daß eine gesonderte Spannungsquelle entbehrlich ist.

Fig. 3 zeigt deutlicher die Schichtenkonstruktion des gesteuerten lichtdurchlässigen Abschnittes 6 der in Fig. 2 dargestellten Windschutzscheibe. Dieser Abschnitt enthält zwei Glasplatten 21, 22, die mittels eines geeigneten transparenten Klebers als Verbund zusammengehalten werden. Zwischen die beiden Glasplatten ist eine Schicht des Flüssigkristallmaterials 23 eingefügt, die an beiden entgegengesetzten Seitenflächen eine transparente elektrisch leitende Schicht 24, 25 trägt. Diese Schichten dienen als die Elektroden und sind über elektrische Leiter 26, 27 an die elektrische Schaltung angeschlossen, die die Fühler 10 und den Mikroprozessor 12 enthält. Die Umfangsränder der Verbundscheibe sind mittels Abdichtungen 28 abgedichtet, die für Flüssigkristallanzeigen bekannt sind.

Vorzugsweise ist die in dem Windschutzscheibenabschnitt 6 enthaltene Flüssigkristallvorrichtung eine "fehlersichere" Konstruktion. Dies heißt, daß sie in Abwesenheit eines elektrischen Signals von den Fühlern 10 voll transparent ist, jedoch durch Empfangen elektrischer Signale von den Fühlern eine Abdunklungswirkung herbeiführt. Dieser Vorgang ist schematisch anhand einer Flüssigkeitskristallvorrichtung, die im Sinne eines nematischen Dreheffektes (TN) wirkt, in den Fig. 4 und 5 gezeigt.

So zeigt Fig. 4 die Flüssigkristallvorrichtung, als ob sie einen Eintrittspolarisator 31 enthielte, der das auftreffende Licht um 90° dreht, so daß seine Polarisationsrichtung parallel zu derjenigen des Ausgangspolarisators 32 ist. Im abgeschalteten Zustand ist daher die Vorrichtung transparent, wie in Fig. 4a gezeigt. Wenn jedoch ein elektrisches Signal von den Fühlern 10 empfangen wird, wird, wie in Fig. 5 gezeigt, ein elektrisches Feld senkrecht zu den Elektrodenflächen der Flüssigkristallschicht 33 erzeugt und als Ergebnis wird der Lichtdurchlässigkeitsgrad des Fensters verringert, wie in Fig. 5a gezeigt.

Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebene Flüssigkristallvorrichtung lediglich ein Beispiel für eine Flüssigkristallschicht darstellt, die verwendet werden kann. Andere bekannte Konstruktionen mit einer vergleichbaren Wirkung können ebenfalls verwendet werden.

Wie weiter vorn angegeben, kann die Erfindung auch in Gläsern von Schutzbrillen und/oder Schutzhelmen zum Schutz der Augen des Trägers, wie eines Fahrers, eines Piloten, eines Arbeiters oder eines Technikers, gegen Blendlicht oder andere Strahlungsformen, beispielsweise gegen ultraviolette oder infrarote Strahlung verwirklicht sein. Fig. 6 zeigt eine Schutzbrille mit einem Paar von Rahmen 42 für die steuerbaren lichtdurchlässigen Fenster 44, wobei die Rahmen einen oder mehrere Fühler 46 zum Abfühlen der elektromagnetischen Strahlung, einen Mikroprozessor 47 zum Steuern der Vorrichtung, Solarzellen 48 zum Speisen der elektrischen Schaltung und einen einstellbaren Dimmer 49 zum Einstellen des Abdunklungsgrades enthalten. Fig. 7 zeigt einen Schutzhelm 50 mit einem Rahmen 54, in dem ein steuerbares lichtdurchlässiges Fenster 52, ein oder mehrere Fühler 56 zum Abfühlen der elektromagnetischen Strahlung, ein Mikroprozessor 57 zum Steuern der Vorrichtung, Solarzellen 58 zum Speisen der elektrischen Schaltung und ein einstellbarer Dimmer 59 zum Einstellen der Abdunklungswirkung gehaltert sind.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß in allen der beschriebenen Konstruktionen die Fühler in einer separaten Einheit untergebracht sein können und die elektrische Schaltung von kleinen Batterien anstatt von Solarzellen betrieben werden kann.

Claims (9)

1. Lichtdurchlässiges Fenster, mit einem Rahmen, einer in dem Rahmen montierten transparenten Scheibe, einer ihren Lichtdurchlässigkeitsgrad in Antwort auf elektrische Signale ändernden Flüssigkristallschicht in oder auf der Scheibe, einem an dem Rahmen angebrachten Fühler zum Abfühlen der elektromagnetischen Strahlung, welcher das Fenster ausgesetzt wird, und zum Erzeugen elektrischer Signale in Antwort darauf, und einer elektrischen Schaltung, die in dem Rahmen untergebracht ist und den Fühler mit der Flüssigkristallschicht zum selbsttätigen Steuern des Lichtdurchlässigkeitsgrades derselben und dadurch des Fensters in Abhängigkeit von der von dem Fühler abgefühlten Stärke der elektromagnetischen Strahlung verbindet.

2. Fenster nach Anspruch 1, wobei in dem Rahmen auch eine Solarzelle zum Betreiben der elektrischen Schaltung mit der von dem Fenster empfangenen elektromagnetischen Strahlung enthalten ist.

3. Fenster nach Anspruch 1, enthaltend einen Schichtenverbund aus einer Mehrzahl von Glasscheiben, zwischen denen die Flüssigkristallschicht liegt.

4. Fenster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rahmen auch einen Dimmer zum Einstellen des Abdunklungsgrades der Flüssigkristallschicht in Antwort auf die von dem Fühler abgefühlte Strahlung enthält.

5. Motorfahrzeug mit einem Frontfenster, von welchem die Windschutzscheibe des Fahrzeugs gebildet wird, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Motorfahrzeug nach Anspruch 5, wobei lediglich der an der Fahrerseite des Fahrzeugs gelegene Abschnitt der Windschutzscheibe die Flüssigkristallschicht enthält.

7. Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 5, wobei die Flüssigkristallschicht in der gesamten Windschutzscheibe vorliegt.

8. Schutzbrille mit Fenstern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.

9. Schutzhelm mit einem die Augen der Trägerperson überdeckenden Sichtfenster gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.