EP3927542A1 - Verbundscheibe mit integriertem lichtsensor - Google Patents

Verbundscheibe mit integriertem lichtsensor

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Publication number
EP3927542A1
EP3927542A1 EP20702328.4A EP20702328A EP3927542A1 EP 3927542 A1 EP3927542 A1 EP 3927542A1 EP 20702328 A EP20702328 A EP 20702328A EP 3927542 A1 EP3927542 A1 EP 3927542A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pane
light
shadow mask
composite pane
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20702328.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gabor Varga
Bastian KLAUSS
Michael Zeiss
Christian EFFERTZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP3927542A1 publication Critical patent/EP3927542A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0437—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using masks, aperture plates, spatial light modulators, spatial filters, e.g. reflective filters
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    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4204—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors with determination of ambient light
    • G—PHYSICS
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    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/08—Cars

Definitions

  • the invention relates to a composite pane and in particular to a vehicle composite pane with an integrated light sensor, a method for its production and its use.
  • Customary light sensors are attached as add-on parts, in particular on the interior surface of the windshield, for example in the area of the rearview mirror.
  • a light sensor which is laminated into a windshield, that is to say is arranged between the outer pane and the inner pane of the windshield, the panes being connected to one another by means of a thermoplastic intermediate layer.
  • the light sensor is designed in the form of flip-chip photodiodes on a circuit board.
  • the present invention is based on the object of providing a further improved composite pane with an integrated light sensor.
  • the composite pane according to the invention and in particular the vehicle composite pane according to the invention comprises at least
  • An outer pane and an inner pane which are connected to one another via at least one thermoplastic intermediate layer and - At least one light sensor, each with a light-sensitive surface, which is arranged between the outer pane and the inner pane,
  • a shadow mask is arranged between the light-sensitive surface and the outer pane, which mask covers the light-sensitive surface in sections.
  • the present invention further relates to a light sensor comprising:
  • the shadow mask is arranged at a distance a from the photosensitive surface and the shadow mask covers the photosensitive surface in sections.
  • the present invention further relates to a single pane with a light sensor according to the invention comprising:
  • At least one light sensor with a light-sensitive surface
  • a shadow mask is arranged between the light-sensitive surface and the outer pane, which mask covers the light-sensitive surface in sections.
  • the outer pane is equivalent to the individual pane here.
  • the light sensor according to the invention, the individual pane according to the invention and the composite pane according to the invention allow the direction of incidence of light to be determined by partially shading the light-sensitive surface of the light sensor and using the geometric beam path, as is explained in detail in the description of the figures for FIGS. 1A and 1B. It goes without saying that the preferred configuration examples below apply to the light sensor according to the invention, the individual pane according to the invention and the composite pane according to the invention insofar as this is technically possible.
  • the distance a between the light-sensitive surface and the shadow mask is from 100 ⁇ m to 10,000 ⁇ m and preferably from 500 ⁇ m to 1500 ⁇ m. With such distances a, particularly good results can be achieved with regard to shading and the geometric beam path.
  • the distance a between the light-sensitive surface and the shadow mask is from 50% to 150% and preferably from 75% to 125% of the width or the length of the light-sensitive surface. With such distances a, particularly good results can be achieved with regard to shading and the geometric beam path.
  • the composite pane according to the invention with an integrated light sensor comprises at least one outer pane and one inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • a vehicle composite pane it is intended to separate a vehicle interior from an external environment.
  • the vehicle composite pane is therefore a window pane which is inserted into a window opening in the vehicle body or is intended for this purpose.
  • the vehicle window according to the invention is in particular a windshield, roof window or rear window of a motor vehicle.
  • the inner pane denotes that pane which, in the installed position, faces the interior of the vehicle.
  • the outer pane denotes that pane which, in the installed position, faces the external surroundings of the vehicle.
  • the thermoplastic intermediate layer is typically formed from at least one thermoplastic film.
  • That surface of the respective pane which, in the installed position, faces the external environment of the vehicle is called the outside surface designated. That surface of the respective pane which in the installed position faces the interior of the vehicle is referred to as the interior-side surface.
  • the interior surface of the outer pane is connected to the outer surface of the inner pane via the thermoplastic intermediate layer.
  • the outside surface of the outside pane is referred to as "side I"
  • the inside surface of the outside pane as "side II”
  • the outside surface of the inside pane as "side III”
  • the inside surface of the inside pane as "side IV”.
  • the light sensor according to the invention has exactly one light-sensitive surface. This means that the light-sensitive surface of an individual light sensor is no longer segmented and that the measurement signal that is output by the light sensor summarizes the amount of light that strikes the light-sensitive surface. It goes without saying that the light-sensitive area is not a mathematical area, but a light-sensitive layer with a certain layer thickness, which, however, is usually significantly less than its lateral extent.
  • the light-sensitive surface of the light sensor according to the invention faces the outer pane. This means that only light which enters the composite pane via the outer pane can reach the light-sensitive surface of the light sensor and the light sensor only reacts to this light.
  • the photosensitive surface is advantageously completely covered with a protective layer and preferably with a transparent protective layer, which protects the exposed surface of the photosensitive surface from mechanical and chemical damage, for example from moisture.
  • the transparent protective layer is particularly preferably arranged between the light-sensitive surface and the outer pane and directly on the light-sensitive surface. It goes without saying that the protective layer can also have other passive or functional properties.
  • the protective layer is preferably transparent or sufficiently transparent for the detection wavelength range of the light sensor. This means advantageously that the transmission for the wavelength range for which the light sensor is technically designed is more than 20%, preferably more than 50%, particularly preferably more than 70% and in particular more than 90%.
  • the protective layer is arranged on the side of the light sensor facing the outer pane and directly on the light-sensitive surface. It goes without saying that the protective layer at least completely covers the light-sensitive surface, but can also protrude beyond the light-sensitive surface, which is the rule.
  • a shadow mask is arranged between the light-sensitive surface and the outer pane, which mask covers the light-sensitive surface in sections.
  • the shadow mask completely covers a first area of the light-sensitive surface, but does not cover a second area of the light-sensitive surface, i.e. the second area is completely uncovered.
  • Covered area here means, in particular, the area of the light-sensitive surface that is shaded when the light is incident orthogonally on the shadow mask (or on the protective layer).
  • the shadow mask is arranged in an orthogonal projection in sections over the light-sensitive surface.
  • the protective layer consists of one or more layers, which preferably contain or consist of silicon oxide and / or silicon nitride.
  • the thickness d of the entire protective layer is from 10 nm to 1000 nm.
  • the shadow mask is designed in such a way that it is non-transparent for light in the
  • the transmission for light is preferably im
  • the detection wavelength range of the light sensor through the shadow mask is less than or equal to 50%, particularly preferably less than or equal to 30%, even more preferably less than or equal to 10%, even more preferably less than or equal to 5% and in particular less than or equal to 2%.
  • the shadow mask is arranged directly on the protective layer and / or on a surface of the housing of the light sensor and / or on the interior-side surface II of the outer pane. It goes without saying that the shadow mask can at the same time have direct contact with the protective layer and the surface II of the outer pane arranged above it on the inside. It is also understood that further layers and / or electrical leads can be arranged between the shadow mask and the light-sensitive surface, which contribute to a defined distance a between the shadow mask and the light-sensitive surface.
  • the shadow mask contains or consists of at least one colored layer, in particular with a black color.
  • the colored layer is preferably applied directly to the protective layer and / or to a surface of the housing of the light sensor, in particular by printing or stamping. This is particularly advantageous since the shadow mask can be applied to the light sensor simply and with high accuracy before being installed in the composite pane and can no longer slip during installation or subsequently.
  • the color layer preferably consists of a primer or an acrylic or synthetic resin varnish. It goes without saying that the shadow mask can also be applied directly to the surface of the outer pane on the inside and can, for example, consist entirely or partially of an opaque cover print, as is usually used in composite vehicle windows.
  • the shadow mask can contain or consist of one or more foils, optionally with adhesive layers.
  • the externally visible surface of the film i.e. the sides facing the outer pane are then preferably black or given a black color.
  • Metal foils or metallized polymer foils are particularly suitable, since these have only a low light transmission even with a low material thickness.
  • the shadow mask has a sharp edge between a first area that covers the protective layer and a second area that does not cover the protective layer. That is, the side surface of the shadow mask is as straight as possible and runs essentially at a 90 ° angle with respect to the extended sides of the shadow mask.
  • the edge of the shadow mask is designed to be straight, slightly curved or at right angles along the boundary line between the first area and the second area.
  • the light sensor or sensors are arranged on at least one printed circuit board, preferably on at least one flexible printed circuit board, and contacted with conductor tracks thereon.
  • the evaluation and control electronics can automatically control the switching status of the headlights, for example. This increases the comfort for the driver, who no longer has to manually switch the headlights on and off. Further applications are, for example, the automatic electrical switching of the transmission properties of the entire pane or a pane area and the brightness control of display elements in the vehicle interior.
  • SMD components are particularly suitable because of their small dimensions.
  • SMD stands for the term surface-mounted device (surface-mounted component).
  • SMD components have no wire connections, but are soldered directly onto the circuit board using solderable connection surfaces.
  • Conventional components have to be passed through assembly holes and have to be soldered on the back of the circuit board. This does not apply to SMD components.
  • This enables very dense assemblies, which reduces the space requirement. In terms of process technology, there is no need to drill holes in the circuit board. By eliminating connecting wires and smaller components, weight is reduced.
  • the SMD technology is also particularly suitable for automated assembly (automated pick-up and placement of light sensors, automated soldering), which is particularly advantageous for industrial mass production.
  • SMD light sensors typically have a housing, in particular a plastic housing, around the actual chip.
  • so-called flip-chip light sensors can be used.
  • light sensors with chip-on-board technology can be used, in which the semiconductor chips without a housing are arranged directly on the printed circuit board (PCB) or the flexible printed circuit board (FPC) and are connected to them and are preferably electrically contacted.
  • Light sensors also known as photodetectors, optical detectors or optoelectronic sensors, are electronic components that emit light, in particular using the photoelectric effect, convert it into an electrical signal or exhibit an electrical resistance that is dependent on the incident radiation.
  • the term light relates not only to visible light, but also to invisible infrared light and ultraviolet radiation.
  • photodiodes are preferably used, which are sensitive in the visible spectral range.
  • the spectral sensitivity distribution should advantageously be matched to that of the human eye so that the measured amount of light corresponds as closely as possible to the amount of light perceived by the vehicle occupants. Unwanted switching processes, which are caused by radiation that is not perceived as relevant by humans, can be avoided.
  • An advantageous adaptation is given when the photodiode has a sensitivity in the entire spectral range between 500 nm and 600 nm which corresponds to at least 50% of its maximum sensitivity, preferably at least 60%.
  • the maximum sensitivity should be in the range from 450 nm to 600 nm, in particular in the range from 490 nm to 570 nm.
  • the sensitivity can also be referred to as detection efficiency and can be quantified as the proportion of detected photons in the total number of photons hitting the photodiode of the respective Wavelength.
  • the desired spectral sensitivity is ideally influenced by the type of active material of the photodiode. Alternatively, however, an optical filter can also be used in order to achieve the desired spectral sensitivity, for example a filter film arranged on the outside of the photodiode. It goes without saying that this film is understood as part of the photodiode or the protective layer.
  • the circuit board can also be referred to as a circuit board, printed circuit board (PCB). It is used for mechanical fastening and electrical connection of the photodiodes arranged on it.
  • Circuit boards are made of electrically insulating material, especially plastic, with adhering, conductive connections (conductor tracks). The conductor tracks can have local widenings that serve as soldering surfaces for the components.
  • the circuit board is a flexible circuit board, also known as a flexible circuit board.
  • Such circuit boards are formed from flexible, bendable polymer films, for example polyimide films. They have a thickness of preferably less than 0.38 mm and greater than 50 ⁇ m, particularly preferably from 120 ⁇ m to 180 ⁇ m. This achieves particularly good results with regard to flexibility on the one hand and stability on the other. Due to the flexibility and small thickness, flexible printed circuit boards are particularly suitable for being laminated into a composite pane, in particular a curved composite pane.
  • the light sensors are SMD components
  • an SMD circuit board is expediently used.
  • the circuit board can be arranged directly on one of the panes, in particular with the side facing away from the light sensor on the outside surface of the inner pane. It has been shown that the presence of the localized circuit board does not lead to a significant reduction in the stability of the laminate.
  • the circuit board can also be sandwiched between two thermoplastic layers, i.e. be arranged between two layers of the thermoplastic intermediate layer.
  • the circuit board has at least two connection surfaces for external electrical contacting (for example anode and cathode). These connection surfaces are used to connect the circuit board to external evaluation and control electronics via connection cables in order to feed the current pulse generated by the light sensor to the evaluation and control electronics.
  • the connection surfaces are preferably contacted with a flat conductor (also called a flat strip conductor or foil conductor), comprising an electrically conductive foil and an optional, polymeric sheathing, which of course must have a cutout at the connection point.
  • a flat conductor is preferably connected to the connection points of the circuit board, for example via a Solder mass or an electrically conductive adhesive.
  • a multi-pole flat conductor is preferably used, each pole being connected to a connection surface. Alternatively, however, a separate flat conductor can also be used for each connection surface.
  • the flat conductor preferably has a plug connector (plug or coupling) for connection to further cables of the on-board electrical system.
  • the circuit board is preferably arranged completely in the interior of the composite pane and is in contact with a flat conductor which extends beyond the side edge out of the composite pane.
  • the circuit board is contacted with the flat conductor before the composite pane is manufactured, in which case the circuit board is then arranged in the composite stack in such a way that it is arranged completely within the surface of the panes.
  • the circuit board can also extend from the interior of the laminated pane beyond its side edges, the light sensors being arranged inside the laminated pane and the connection surfaces for the connecting cable outside the laminated pane.
  • the circuit board can then be contacted with the connection cable after the composite pane has been manufactured.
  • the composite pane with the integrated light sensor can be sold without a connection cable to the vehicle manufacturer, who then makes the contact before installing the composite pane.
  • the flat conductor can also be connected to the circuit board beforehand and the composite pane with an integrated light sensor can be provided together with the connected flat conductor.
  • the printed circuit board and flat conductor with plug connector can also be designed in one piece, so that the flat conductor is, as it were, an integral part of the printed circuit board with a common polymeric sheath.
  • That side edge over which the circuit board or a flat conductor connected to it extends out of the composite pane is referred to in the context of the invention as that side edge to which the circuit board or the light sensor is assigned.
  • several light sensors are arranged on a printed circuit board, preferably at least two, particularly preferably four light sensors. A better spatial resolution of the direction of radiation of the detected light can be achieved by using several light sensors.
  • the distance between adjacent light sensors is at most 3 cm, preferably at most 2 cm, for example from 1 cm to 2 cm.
  • the circuit board has a maximum width of at least 15 cm, preferably at least 20 cm.
  • the width is the extension essentially parallel to the side edge to which the light sensor is assigned.
  • the maximum width is the largest width that occurs along the entire length of the circuit board if the width is not constant.
  • the circuit board preferably has at least one section with a width of at least 15 cm, particularly preferably at least 20 cm.
  • the circuit board has an end section and a feed section, the feed section having a smaller width than the end section.
  • the light sensors are arranged in the end section and the connection surfaces for the connection cable in the feed line section, in particular in the vicinity of the end of the feed line section facing away from the end section.
  • the lead section has a smaller distance from the associated side edge than the end section and preferably extends over this side edge out of the composite pane.
  • Such a circuit board is, for example, T-shaped, with the transverse bar (corresponds to the end section) facing away from the associated side edge.
  • the feed line section preferably has a length of 1 cm to 12 cm, particularly preferably 2 cm to 8 cm.
  • the feed section preferably has a width of 2 cm to 15 cm, particularly preferably 3 cm to 10 cm.
  • the end section preferably has a length of 0.5 cm to 3 cm, particularly preferably 1 cm to 2 cm.
  • the end section preferably has a width of 15 cm to 40 cm, particularly preferably 20 cm to 30 cm.
  • the circuit board can also be designed rectangular. It can then also be divided into an end section with the light sensors and a lead section with the electrical contacts, although the lead and end sections have the same width.
  • the composite pane comprises several light sensors, that is to say several printed circuit boards, each with at least one photodiode.
  • this offers the advantage of redundancy: if one light sensor fails, functionality can still be ensured by the other light sensor or sensors.
  • the presence of several light sensors distributed over the laminated pane enables a distinction between a local, approximately point-shaped radiation source such as a street lamp and the ambient light. In this way, misinterpretations by the evaluation and control electronics can be avoided. For example, it can be avoided that a street lamp is misinterpreted as bright ambient light and that the vehicle lighting is switched off at night as a result.
  • the directional dependency of the incident radiation can be determined by comparing the intensities that are measured by the various light sensors.
  • the direction of incidence of the detected light can be determined in the entire half-space above the outer pane. This can be used to determine the current position of the sun, for example.
  • the width of each light sensor is less than 2 mm.
  • the width is understood to mean the maximum lateral extent in a plane parallel to the circuit board. This means that the light sensors can be inconspicuously integrated into the composite pane. Any necessary holes in a masking print behind which the light sensor is to be hidden can be made small and inconspicuous.
  • the height of the light sensors is preferably less than 0.7 mm, particularly preferably less than 0.6 mm. The light sensors can then be integrated into the composite pane using the standard thickness of the thermoplastic intermediate layer of 0.76 mm.
  • the inner pane and the outer pane are preferably made of glass, particularly preferably soda-lime glass, which has proven itself for window glasses.
  • the panes can also consist of other types of glass, for example borosilicate glass or aluminosilicate glass.
  • the panes can in principle alternatively be made of plastic, in particular polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA). It goes without saying that the composite pane can also have a glass pane and a plastic pane.
  • the thickness of the panes can vary widely and can therefore be perfectly adapted to the requirements of the individual case.
  • the thicknesses of the outer pane and the inner pane are preferably from 0.5 mm to 10 mm, particularly preferably from 1 mm to 5 mm, very particularly preferably from 1.2 mm to 3 mm.
  • the outer pane, the inner pane or the intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted, cloudy or colored.
  • the total transmission through the composite pane is greater than 70%, in particular if the composite pane is a windshield.
  • the term overall transmission refers to the procedure for testing the light transmission of motor vehicle windows specified by ECE-R 43, Annex 3, Section 9.1.
  • the outer pane and the inner pane can consist of non-toughened, partially toughened or toughened glass.
  • the vehicle composite pane is preferably curved in one or more directions of the space, as is customary for motor vehicle windows, typical radii of curvature being in the range from approximately 10 cm to approximately 40 m.
  • the laminated glass can also be flat, for example if it is provided as an architectural pane, for example in building glazing, or as a pane for buses, trains or tractors.
  • the intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is formed from at least one thermoplastic film.
  • the thickness of a thermoplastic film is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm, for example 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the intermediate layer can also be formed from what is known as an acoustic film, which has a noise-damping effect.
  • Such films typically consist of at least three layers, the middle layer having a higher plasticity or elasticity than the outer layers surrounding it, for example as a result of a different proportion of plasticizers.
  • the circuit board is preferably arranged in a non-transparent area of the laminated glass pane, so that it is not or hardly visible. In this area the view through is prevented by an opaque element. In the vehicle sector, opaque masking prints on one or both panes are common for this. Alternatively, the view through can also be prevented, for example, by a colored thermoplastic film of the intermediate layer or an opaque insert element.
  • the opaque element is preferably arranged on the interior side of the light sensor, that is to say has a smaller distance from the interior or from the interior surface of the inner pane than the light sensor. Then the light sensor is not visible from the inside, while light can fall on it from the outside so that it can fulfill its function.
  • opaque elements are attached in front of and behind the printed circuit board in the viewing direction, that is to say one opaque element on the inside and one on the outside of the light sensor.
  • the circuit board is then neither visible from the outside nor from the inside. So that the light sensor can fulfill its function, the opaque element must of course have recesses at the location of the light sensors, because otherwise a detection of light would not be possible.
  • An opaque element arranged on the interior side of the light sensor is preferably implemented by a cover print on the inner pane, an opaque element arranged on the outside of the light sensor by a cover print on the outer pane. Cover prints are common for vehicle windows outside the central field of vision, in order to conceal add-on parts or to protect the adhesive with which the vehicle window is connected to the body from UV radiation.
  • the masking print typically consists of a black or dark enamel applied by screen printing and burned in.
  • circuit board may also be desired not to cover the circuit board with a masking print so that it is visible from the outside. This increases the manufacturing tolerances in particular because the circuit board does not have to be positioned so precisely in order to be exactly overlaid with any cutouts in the black print.
  • the light sensor can be combined, for example, with a rain sensor, in particular a capacitive rain sensor that detects the presence of moisture is determined on the disk based on a change in capacitance of at least one electrode.
  • the conductive structures serving as electrodes can be arranged, for example, on the circuit board or on the inner pane.
  • the rain sensor and the light sensor are preferably arranged in spatial proximity to one another or spatially superimposed, whereby a space-saving combined sensor element can be realized.
  • the invention further comprises a method for producing a vehicle composite window with an integrated light sensor.
  • an outer pane, an inner pane, at least one thermoplastic film and at least one light sensor located on a circuit board are arranged as a stack, so that the film and the light sensor are arranged between the outer pane and the inner pane.
  • the two panes and the film or films between them are of course arranged flat and essentially congruent one above the other.
  • the circuit board with the light sensors is placed in an area of this stack.
  • the stack is then subjected to the usual processes for producing composite panes.
  • the outer pane is connected to the inner pane by lamination via a thermoplastic intermediate layer which is formed from the at least one thermoplastic film during the process.
  • the circuit board is preferably connected beforehand to a flat conductor and only then arranged in the stack. It is preferably arranged in such a way that the circuit board is arranged completely within the surface of the panes and the flat conductor extends beyond their side edges.
  • the connection between the flat conductor and the connection surfaces of the circuit board can be made, for example, by soldering or using an electrically conductive adhesive. If the vehicle composite pane is to have a bend, as is customary in particular for passenger vehicles, the panes are subjected to a bending process before lamination, for example by means of gravity bending, suction bending and / or press bending. Typical bending temperatures are from 500 ° C to 700 ° C.
  • An opaque cover print is preferably applied to the edge area of the outer pane and the inner pane before lamination and before the optional bending.
  • a black or dark enamel is typically applied by screen printing and burned in before lamination, in particular before bending or during bending.
  • the circuit board can be placed directly on one of the panes, in particular with the side facing away from the light sensors on the outside surface of the inner pane. All foils of the intermediate layer are then arranged on one side of the circuit board. Alternatively, the circuit board can also be inserted between two thermoplastic films which sandwich the circuit board.
  • thermoplastic film that has not been further pretreated can be used.
  • the heated, flowable thermoplastic material flows into the spaces around the light sensors and the circuit board, so that a stable bond is ensured.
  • thermoplastic film or at least one thermoplastic film when using several films
  • the thermoplastic film is provided with holes or depressions before lamination.
  • the size, position and arrangement of these holes or depressions are matched to the light sensor or sensors. This means that the lateral dimensions of the holes or depressions essentially correspond to the dimensions of the light sensors or are slightly larger, in particular are at most 150% or at most 120% of the dimensions of the light sensors.
  • the position of the holes or depressions corresponds to the desired positioning of the light sensor in the composite pane to be manufactured.
  • the relative arrangement of the holes or depressions to one another corresponds to the relative arrangement of the light sensors to one another, provided that several light sensors are used. Holes and depressions on the one hand and light sensors on the other hand are in a key-keyhole relationship to one another.
  • the light sensors are inserted into the holes or depressions.
  • the light sensors are effectively embedded in the intermediate layer.
  • the position of the light sensors is fixed during production, which is advantageous in terms of mass production.
  • the holes or depressions can be created directly before lamination.
  • the foils with the defined holes or depressions can also be prepared in large numbers or even obtained in this form from the foil supplier.
  • the film can be provided with through holes. If the film has a thickness that is greater than the height of the light sensors, an actually undesirable cavity remains. This can optionally be filled, for example, through small cutouts in the thermoplastic film. It is even more advantageous because it is simpler in terms of process technology to provide the film with depressions instead of through holes, the depth of which essentially corresponds to the height of the light sensors. The undesired cavity is thus avoided without the need for rework.
  • the depressions are introduced, for example, by punching.
  • the invention also includes the use of a composite pane according to the invention with an integrated light sensor as a vehicle window, preferably in vehicles on water, on land or in the air, and particularly preferably as a windshield, rear window or roof window of a motor vehicle, in particular a passenger car.
  • the at least one light sensor is preferably connected to evaluation and control electronics of the vehicle.
  • one or more of the following switching states can be controlled, for example:
  • the switching status of the vehicle lighting (in particular headlights, tail lights and side marker lights): if the value falls below a predetermined threshold, the lighting is switched on; if the predetermined threshold is exceeded, the lighting is switched off.
  • the transmission properties of a region of the composite pane which is equipped with an electrically switchable or controllable functional element is, in particular, a switchable or controllable glare protection in the upper third of the pane (also known as a shaded band).
  • the switching state can be regulated as a function of the absolute amount of ambient light or also as a function of the position of the sun, which results from a location-dependent measurement with several photodiodes or light sensor elements. Anti-glare protection is particularly necessary when the sun is low.
  • the controllable functional element can be, for example, an SPD element (suspended particle device) or an LC element (liquid crystal) or an electrochromic element.
  • the intensity (brightness) of display elements in the vehicle interior for example LED display elements or OLED display elements or projections with HUD technology.
  • the display elements are, for example, warning lights or information displays, in particular in the form of pictograms or in alphanumeric representation.
  • FIG. 1A shows a schematic representation of the measuring principle according to the invention with light irradiation from the right
  • FIG. 1B shows a schematic representation of the measuring principle according to the invention with light irradiation from the left
  • FIG. 2A shows a plan view of an embodiment of the vehicle composite pane according to the invention
  • FIG. 2B shows a cross-sectional illustration along the section line A-A ‘through the vehicle composite pane from FIG. 2A,
  • FIG. 2C shows an enlarged and simplified illustration of section Z from FIG. 2A according to an embodiment example
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of section Z from FIG. 2A with a further exemplary embodiment
  • FIG. 4A shows an enlarged illustration of the section Z from FIG. 2A with a
  • FIG. 4B shows an enlarged illustration of the section Z from FIG. 2A with a
  • FIG. 4C shows an enlarged illustration of the section Z from FIG. 2A with a
  • FIG. 5A shows a cross-sectional illustration along the section line B-B ‘from FIG. 5B of a further embodiment of a light sensor according to the invention
  • FIG. 5B shows a plan view of the light sensor from FIG. 5A
  • FIG. 6 shows a simplified illustration of the section Z from FIG. 2A with light sensors according to FIGS. 5A and 5B,
  • FIGS. 1 A and 1 B each show schematic representations of the measuring principle according to the invention with different directions of incidence of light.
  • 1A and 1B show a simplified illustration of a light sensor 4 according to the invention with a shadow mask 11.
  • the light sensor 4 is here, for example, a photodiode 4.
  • the photodiode 4 contains a semiconductor chip 4.3, in which a light-sensitive surface 4.1 is arranged on the light incidence side.
  • the light-sensitive surface 4.1 is covered with a protective layer 4.2.
  • the protective layer 4.2 is transparent to the wavelength of incident light to which the light-sensitive surface 4.1 is sensitive.
  • the light-sensitive surface 4.1 has, for example, a square base area with a width (that is to say with a side length) of 1000 ⁇ m.
  • the protective layer 4.2 has a thickness d of, for example, 500 nm.
  • the distance a between the shadow mask 11 and the light-sensitive surface 4.1 is, for example, 1000 ⁇ m and thus roughly corresponds to the width of the light-sensitive surface 4.1.
  • a shadow mask 11 is arranged above and in direct contact with the protective layer 4.2, which shadows half of the light-sensitive surface 4.1 with orthogonal projection (which corresponds to a perpendicular incidence of light).
  • the shadow mask 11 is nontransparent for the wavelength of incident light to which the light-sensitive surface 4.1 is sensitive.
  • FIG. 1A shows the situation of incident light from the right (symbolized by the arrows R). Due to the geometric shadow of the light rays R on the photosensitive surface 4.1, the illuminated surface B is approximately the entire total area G of the photosensitive surface 4.1.
  • FIG. 1B shows the situation of incident light from the left (symbolized by the arrows L). Due to the geometric shadow of the light rays L on the photosensitive surface 4.1, the illuminated surface B is very small compared to the total surface G of the photosensitive surface 4.1.
  • the leverage or reinforcement effect due to the layer thickness d of the transparent protective layer 4.2 is sufficient to determine the angle of incidence of the light with sufficient accuracy for the application of vehicle glazing.
  • the arrangement shown has only a small overall thickness, so that it can be integrated into a composite pane.
  • the angular resolutions of the arrangement according to the invention in FIG. 1A and FIG. 1B can depend on the direction of incidence. I.e. the arrangement shown in FIGS. 1A and 1B can have a different sensitivity or angular resolution for the different directions of incidence of light (here right and left). It is therefore advantageous to use at least two light sensors 4 with two shadow masks 11 arranged in opposite directions.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C each show a detail of a composite pane 100 according to the invention with an integrated light sensor 4 using the example of a vehicle composite pane.
  • the composite pane 100 is composed of an outer pane 1 (with an outside surface I and an interior surface II) and an inner pane 2 (with an outside surface III and an interior surface IV), which are flatly connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist for example of soda-lime glass and have a thickness of 2.1 mm, for example.
  • the intermediate layer 3 is formed from a 0.76 mm thick film made of polyvinyl butyral (PVB).
  • the composite pane 100 is provided, for example, as a windshield of a motor vehicle. It goes without saying that the composite pane can also be another vehicle pane, for example a roof pane.
  • each photodiode 4 consists of a housing 4.4, in which a semiconductor chip 4.3 is arranged.
  • the semiconductor chip 4.3 can be contacted via solder connections 4.5.
  • the semiconductor chip 4.3 contains a light-sensitive surface 4.1 which is covered and protected by a transparent protective layer 4.2.
  • the protective layer 4.2 can for example consist of a thin layer of silicon oxide or silicon nitride. A defined distance a between the light-sensitive surface 4.1 and the shadow mask 11, which can have other layers or conventional electrical leads in addition to the protective layer 4.2, is particularly important here.
  • the photodiodes 4 are arranged on a common flexible printed circuit board 5, which is arranged, for example, in the center of the laminated pane 100 and in the region of the upper edge O. It goes without saying that one or more light sensors 4 can also be arranged at different points on the laminated pane 100, for example in the area of the corners of the laminated pane 100 and / or on the side edges or on the lower edge U.
  • the circuit board 5 is completely within the laminated pane arranged. It rests directly on the outside surface III of the inner pane 2 and is connected to the outer pane 1 via the intermediate layer 3. It has two electrical connection surfaces (not shown), each of which is soldered to one pole of a two-pole flat conductor as a connection cable 6.
  • connection cable 6 extends out of the composite beyond the upper edge O.
  • the connection cable 6 is used to electrically connect the printed circuit board 5 via further connection cables (typically round cables) to evaluation and control electronics as part of the vehicle's on-board electronics.
  • the evaluation and control electronics analyze the signals from the photodiodes 4 - for example, the evaluation and control electronics can switch the vehicle lighting on or off depending on the amount of spatially resolved ambient light determined by the photodiodes 4, regulate a darkening (not shown here) or control the air conditioning.
  • the system can differentiate between the ambient light that is produced by all light sensors 4 essentially with the same Intensity is measured, and a local light source such as a street lamp or solar radiation, which is measured by the distributed light sensors 4 with greatly different intensity.
  • a local light source such as a street lamp or solar radiation
  • SMD photodiodes of the type APDS-9005 from Avago Technologies are suitable as light sensors 4. They advantageously have small dimensions (height 0.55 mm, width 1.6 mm, depth 1.5 mm) and a spectral sensitivity distribution that closely mimics that of the human eye.
  • the maximum sensitivity is around 500 nm, and in the entire range from 500 nm to 600 nm, the sensitivity is more than 60% of the maximum value at 500 nm. This ensures that the amount of light measured by the light sensor also corresponds to that classified as relevant by humans .
  • the printed circuit board 5 is a flexible printed circuit board, comprising a polyimide film approximately 150 ⁇ m thick and printed conductors. All photodiodes 4 of the circuit board are arranged here, for example, in the end section, while the feed line section is used to connect to the connection cable 6. At the end of the supply line section, two connection surfaces (not shown) are arranged which correspond to the two poles of the system on conductor tracks and which are each soldered to one pole of the two-pole connection cable 6.
  • the composite pane 100 has a frame-like, opaque cover print 7.
  • the cover print 7 is designed, for example, as a printed and burned-in black enamel on the surfaces II of the outer pane 1 on the inside.
  • the printed circuit boards 5 are arranged in the area of the cover print 7 so that they are not visible either from the outside or from the inside.
  • the outer cover print 7 on the outer pane 1 has holes at the locations of the photodiodes 4 so that light can fall on the photodiodes 4 and the light sensors 4 can fulfill their function.
  • the shadow mask 11 is likewise designed as a black print on the surface II of the outer pane 1 on the inside.
  • the shadow mask 11 can also be designed as an inserted or glued-on light-tight film.
  • the shadow mask 11 can also be formed directly as a print on the light sensor 4 (and here on the photodiode 4) and thereby on the transparent protective layer 4.2, as is explained in FIGS. 5A, 5B and 6.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the composite pane 100 according to FIG. 2C, so that reference is made to the description there and only the differences are described below.
  • the composite pane according to FIG. 3 has four photodiodes 4, for example.
  • the shadow mask 11 is designed here as a circumferential frame, under each of the inner corners of which a light-sensitive surface 4.1 of a photodiode 4 is arranged. By suitably evaluating the electrical signals, it is possible to precisely locate incident light in the hemispherical space around the outer pane.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C show further preferred embodiments. Here, too, reference is made to the description of FIGS. 2A, 2B and 2C.
  • FIG. 3 does not have to be closed all round, but can instead consist of individual sections.
  • FIG. 4A this is a U-shaped frame which has a further section at the open end. This further section can also be part of the cover print 7, for example.
  • FIG. 4B shows an embodiment example with a shadow mask made of a circular ring-shaped frame under which three photodiodes 4 are arranged.
  • a precise hemispherical location of light irradiation can be carried out by suitable evaluation of the electrical signals.
  • FIG. 4C shows a further exemplary embodiment with a shadow mask 11 with a rectangular shape with two photodiodes 4.
  • the photodiodes 4 are on adjacent sides of the rectangle, so that measurements can be made in two mutually orthogonal directions of incidence of light.
  • Figures 5A and 5B show a cross-sectional view and a top view of a further embodiment of a light sensor 4 according to the invention using the example of a photodiode 4 according to the invention.
  • the cross-section of Figure 5A along the section line B-B ‘from Figure 5B is selected.
  • the shadow mask 11 is arranged on the photodiode 4 and firmly connected to it.
  • the shadow mask 11 is, for example, a paint or lacquer layer that is applied to the photodiode 4, for example by printing or stamping.
  • Such photodiodes 4 according to the invention have the particular advantage that the shadow mask 11 is arranged in a defined position relative to the photodiode 4. This offers greater flexibility and allows greater installation tolerances compared to an arrangement in which the shadow mask 11 is fixedly arranged on the outer pane 1 and the photodiode 4 then has to be precisely aligned relative to the shadow mask 11.
  • FIG. 6 shows an application example of the photodiodes 4 from FIGS. 5A and 5B.
  • the photodiodes 4 are arranged freely on a circuit board 5. This is particularly advantageous if further sensors or actuators are to be arranged on the circuit board 5 or the circuit board 5 has a particularly irregular shape due to the technical conditions.
  • the shadow masks 11 are arranged in four different directions relative to the photodiode 4: In the case of the photodiode 4 'at the top, with the photodiode 4 "on the left, with the photodiode 4" on the right and with the photodiode 4 below in a plan view of the outer pane 1 a composite pane 100.
  • a suitable evaluation of the electrical signals can be used to precisely locate incident light within a hemispherical space.
  • FIG. 7 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a laminated pane 100 with an integrated light sensor 4 with the following exemplary method steps:
  • PCB printed circuit board

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundscheibe (100) und insbesondere eine Fahrzeug-Verbundscheibe (100) mit einem integrierten Lichtsensor (4), umfassend: - eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind und - mindestens ein Lichtsensor (4) mit einer lichtempfindlichen Fläche (4.1), der zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist, wobei - die lichtempfindliche Fläche (4.1) der Außenscheibe (1) zugewandt ist und - zwischen der lichtempfindlichen Fläche (4.1) und der Außenscheibe (1) eine Schattenmaske (11) angeordnet ist, die die lichtempfindliche Fläche (4.1) abschnittsweise bedeckt.

Description

Verbundscheibe mit integriertem Lichtsensor
Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe und insbesondere eine Fahrzeug- Verbundscheibe mit integriertem Lichtsensor, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit Lichtsensoren auszustatten, um die Menge an verfügbarem Tageslicht zu ermitteln und auf dieser Grundlage bei Bedarf beispielsweise die Fahrzeugscheinwerfer in Betrieb zu nehmen. Gebräuchliche Lichtsensoren sind als Anbauteile insbesondere an die innenraumseitige Oberfläche der Windschutzscheibe angebracht, beispielsweise im Bereich des Rückspiegels.
Aus EP2100722A2 ist ein Lichtsensor bekannt, welcher in eine Windschutzscheibe einlaminiert ist, also zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe der Windschutzscheibe angeordnet ist, wobei die Scheiben mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht miteinander verbunden sind. So kann die Windschutzscheibe mit dem integrierten Lichtsensor kompakt bereitgestellt werden, eine nachträgliche Montage des Lichtsensors entfällt. Der Lichtsensor ist in Form von Flip-Chip-Photodioden auf einer Leiterplatte ausgebildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Verbundscheibe mit integriertem Lichtsensor bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe und insbesondere die erfindungsgemäße Fahrzeug-Verbundscheibe umfasst mindestens
- eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind und - mindestens ein Lichtsensor mit jeweils einer lichtempfindlichen Fläche, der zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist,
wobei
- die lichtempfindliche Fläche des Lichtsensors der Außenscheibe zugewandt ist und
- zwischen der lichtempfindlichen Fläche und der Außenscheibe eine Schattenmaske angeordnet ist, die die lichtempfindliche Fläche abschnittsweise bedeckt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren einen Lichtsensor umfassend:
- eine lichtempfindliche Fläche und
- eine Schattenmaske, die auf der der lichtempfindlichen Fläche zugewandten Seite des Lichtsensors angeordnet ist,
wobei die Schattenmaske mit einem Abstand a zu der lichtempfindlichen Fläche angeordnet ist und die Schattenmaske die lichtempfindliche Fläche abschnittsweise bedeckt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Einzelscheibe mit einem erfindungsgemäßen Lichtsensor umfassend:
- mindestens ein Lichtsensor mit einer lichtempfindlichen Fläche und
- eine Außenscheibe,
wobei
- die lichtempfindliche Fläche des Lichtsensors der Außenscheibe zugewandt ist und
- zwischen der lichtempfindlichen Fläche und der Außenscheibe eine Schattenmaske angeordnet ist, die die lichtempfindliche Fläche abschnittsweise bedeckt. Die Außenscheibe ist hier gleichbedeutend zur Einzelscheibe.
Der erfindungsgemäße Lichtsensor, die erfindungsgemäße Einzelscheibe und die erfindungsgemäße Verbundscheibe erlauben die Bestimmung der Lichteinfallsrichtung durch partielle Abschattung der lichtempfindlichen Fläche des Lichtsensors und unter Ausnutzung des geometrischen Strahlwegs, wie es in der Figurenbeschreibung zu den Figuren 1A und 1 B ausführlich erläutert ist. Es versteht sich, dass die bevorzugten Ausgestaltungsbeispiele im Folgenden für den erfindungsgemäßen Lichtsensor, die erfindungsgemäße Einzelscheibe und die erfindungsgemäße Verbundscheibe gelten soweit dies technisch möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Abstand a zwischen der lichtempfindlichen Fläche und der Schattenmaske von 100 pm bis 10000 pm und bevorzugt von 500 pm bis 1500 pm. Mit derartigen Abständen a lassen sich besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Abschattung und des geometrischen Strahlwegs erzielen.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Abstand a zwischen der lichtempfindlichen Fläche und der Schattenmaske von 50% bis 150% und bevorzugt von 75% bis 125% der Breite oder der Länge der lichtempfindlichen Fläche. Mit derartigen Abständen a lassen sich besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Abschattung und des geometrischen Strahlwegs erzielen.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe mit einem integrierten Lichtsensor umfasst mindestens eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Als Fahrzeug- Verbundscheibe ist sie zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Die Fahrzeug-Verbundscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe ist insbesondere eine Windschutzscheibe, Dachscheibe oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs. Mit Innenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist. Die thermoplastische Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet.
Diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist, wird als außenseitige Oberfläche bezeichnet. Diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe, welche in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist, wird als innenraumseitige Oberfläche bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe ist über die thermoplastische Zwischenschicht mit der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe verbunden. Üblicherweise wird die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe als „Seite I“ bezeichnet, die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe als„Seite II“, die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe als„Seite III“ und die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe als„Seite IV“.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Lichtsensor genau eine lichtempfindliche Fläche auf. Das bedeutet, dass die lichtempfindliche Fläche eines einzelnen Lichtsensors nicht weiter segmentiert ist und dass das Messsignal, welches von Lichtsensor ausgegeben wird, die Menge an Licht, die auf die lichtempfindliche Fläche auftrifft, summarisch wiedergibt. Es versteht sich, dass die lichtempfindliche Fläche keine mathematische Fläche ist, sondern eine lichtempfindliche Schicht mit einer gewissen Schichtdicke, die aber in der Regel deutlich geringer ist, als ihre laterale Ausdehnung.
Die lichtempfindliche Fläche des erfindungsgemäßen Lichtsensors ist der Außenscheibe zugewandt. Dies bedeutet, dass nur Licht, welches über die Außenscheibe in die Verbundscheibe eintritt auf die lichtempfindliche Fläche des Lichtsensors gelangen kann und der Lichtsensor nur auf dieses Licht reagiert.
Die lichtempfindliche Fläche ist vorteilhafterweise vollständig mit einer Schutzschicht und bevorzugt mit einer transparenten Schutzschicht, bedeckt, die die freiliegende Oberfläche der lichtempfindlichen Fläche vor mechanischen und chemischen Beschädigungen schützt, beispielsweise vor Feuchtigkeit. Die transparente Schutzschicht ist besonders bevorzugt zwischen der lichtempfindlichen Fläche und der Außenscheibe und unmittelbar auf der lichtempfindlichen Fläche angeordnet. Es versteht sich, dass die Schutzschicht noch andere passive oder funktionelle Eigenschaften aufweisen kann. Die Schutzschicht ist bevorzugt transparent oder ausreichend transparent für den Detektionswellenlängenbereich des Lichtsensors. Das bedeutet, vorteilhafterweise, dass die Transmission für den Wellenlängenbereich, für den der Lichtsensor technisch ausgelegt ist, mehr als 20%, bevorzugt mehr als 50%, besonders bevorzugt mehr als 70% und insbesondere mehr als 90% beträgt.
Die Schutzschicht ist dabei auf der der Außenscheibe zugewandten Seite des Lichtsensors und unmittelbar auf der lichtempfindlichen Fläche angeordnet ist. Es versteht sich, dass die Schutzschicht zumindest die lichtempfindliche Fläche vollständig bedeckt, aber auch über die lichtempfindliche Fläche hinausragen kann, was der Regelfall ist.
Des Weiteren ist zwischen der lichtempfindlichen Fläche und der Außenscheibe eine Schattenmaske angeordnet ist, die die lichtempfindliche Fläche abschnittsweise bedeckt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schattenmaske bedeckt die Schattenmaske genau einen ersten Bereich der lichtempfindlichen Fläche vollständig, hingegen einen zweiten Bereich der lichtempfindlichen Fläche nicht, d.h. der zweite Bereich ist vollständig unbedeckt.
Bedeckter Bereich bedeutet hier insbesondere der Bereich der lichtempfindlichen Fläche, der bei orthogonalem Lichteinfall auf die Schattenmaske (bzw. auf die Schutzschicht) abgeschattet ist. Mit anderen Worten, die Schattenmaske ist in orthogonaler Projektion abschnittsweise über der lichtempfindlichen Fläche angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors besteht die Schutzschicht aus einer oder mehreren Schichten, die bevorzugt Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid enthalten oder daraus bestehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors beträgt die Dicke d der gesamten Schutzschicht von 10 nm bis 1000 nm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors ist die Schattenmaske derart ausgebildet, dass sie intransparent für Licht im
Dektektionswellenlängenbereich des Lichtsensors ist oder dort nur eine geringe Transparenz aufweist. Bevorzugt beträgt die Transmission für Licht im
Dektektionswellenlängenbereich des Lichtsensors durch die Schattenmaske kleiner oder gleich 50%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 30%, noch mehr bevorzugt kleiner oder gleich 10%, noch mehr bevorzugt kleiner oder gleich 5 % und insbesondere kleiner oder gleich 2%.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors ist die Schattenmaske unmittelbar auf der Schutzschicht und/oder auf einer Oberfläche des Gehäuses des Lichtsensors und/oder auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe angeordnet. Es versteht sich, dass die Schattenmaske gleichzeitig unmittelbaren Kontakt mit der Schutzschicht und der darüber angeordneten innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe haben kann. Es versteht sich des Weiteren, dass zwischen Schattenmaske und lichtempfindlicher Fläche weitere Schichten und oder elektrische Zuleitungen angeordnet sein können, die zu einem definierten Abstand a zwischen Schattenmaske und lichtempfindlicher Fläche beitragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors enthält die Schattenmaske mindestens eine Farbschicht, insbesondere mit schwarzer Farbe, oder besteht daraus. Dabei ist die Farbschicht bevorzugt unmittelbar auf die Schutzschicht und/oder auf einer Oberfläche des Gehäuses des Lichtsensors aufgebracht, insbesondere durch Aufdrucken oder Stempeln. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Schattenmaske vor der Montage in die Verbundscheibe einfach und mit hoher Genauigkeit auf den Lichtsensor aufgebracht werden kann und bei der Montage oder nachfolgend nicht mehr verrutschen kann. Die Farbschicht besteht bevorzugt aus einem Primer oder aus einem Acryl- oder Kunstharzlack. Es versteht sich, dass die Schattenmaske auch direkt auf die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht werden kann und beispielsweise vollständig oder teilweise aus einem opaken Abdeckdruck bestehen kann, wie er üblicherweise in Fahrzeug-Verbundscheiben verwendet wird.
Alternativ oder in Kombination, kann die Schattenmaske eine oder mehrere Folien, gegebenenfalls mit Klebeschichten, enthalten oder daraus bestehen. Die von außen sichtbare Oberfläche der Folie, d.h. die der Außenscheibe zugewandten Seiten, ist dann bevorzugt schwarz oder mit einer schwarzen Färbung versehen.
Besonders geeignet sind dabei Metallfolien oder metallisierte Polymerfolien, da diese bereits bei geringer Materialstärke eine nur geringe Lichttransmission aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors weist die Schattenmaske zwischen einem, die Schutzschicht bedeckenden, ersten Bereich und einem, die Schutzschicht nicht-bedeckenden, zweiten Bereich eine scharfe Kante auf. Das heißt, die Seitenfläche der Schattenmaske ist möglichst gerade und verläuft im Wesentlichen unter einem 90°-Winkel bezüglich der ausgedehnten Seiten der Schattenmaske.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors ist die Kante der Schattenmaske entlang der Grenzlinie zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich geradlinig, leicht gekrümmt oder rechtwinklig ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe sind der oder die Lichtsensoren auf mindestens einer Leiterplatte, bevorzugt auf mindestens einer flexiblen Leiterplatte, angeordnet und mit Leiterbahnen darauf kontaktiert. Dies ermöglicht den einfachen Anschluss der Lichtsensoren an eine entsprechende Auswerteelektronik des Fahrzeugs. In Abhängigkeit des gemessenen Ursprunges eines Umgebungslichts kann von der Auswerte- und Steuerungselektronik beispielsweise der Schaltzustand der Scheinwerfer automatisch gesteuert werden. Dadurch wird der Komfort für den Fahrzeugführer gesteigert, der nicht mehr manuell für das Ein- und Ausschalten der Scheinwerfer sorgen muss. Weitere Anwendungen sind beispielsweise die automatische elektrische Schaltung der Transmissionseigenschaften der gesamten Scheibe oder eines Scheibenbereichs und die Helligkeitsregelung von Anzeigeelementen im Fahrzeuginnenraum.
Als erfindungsgemäße Lichtsensoren, die in eine Verbundscheibe einlaminiert werden sollen, eignen sich aufgrund der geringen Abmessungen besonders SMD-Bauteil. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, steht die Abkürzung SMD für den Begriff surface-mounted device (oberflächenmontiertes Bauelement). SMD-Bauteile haben keine Drahtanschlüsse, sondern werden mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf die Leiterplatte gelötet. Konventionelle Bauelemente müssen durch Bestückungslöcher geführt werden und auf der Rückseite der Leiterplatte verlötet werden müssen. Dies entfällt bei SMD-Bauteilen. Dadurch werden sehr dichte Bestückungen möglich, was den Platzbedarf verringert. Verfahrenstechnisch vorteilhaft entfällt das Bohren von Löchern in die Leiterplatte. Durch den Wegfall von Anschlussdrähten und kleineren Bauteilen wird Gewicht reduziert. Die SMD- Technologie eignet sich außerdem besonders für die automatisierte Bestückung (automatisiertes Aufnehmen und Aufsetzen der Lichtsensoren, automatisiertes Löten), was für eine industrielle Massenfertigung besonders vorteilhaft ist. SMD- Lichtsensoren weisen typischerweise ein Gehäuse, insbesondere Kunststoffgehäuse, um den eigentlichen Chip auf. Alternativ können sogenannte Flip-Chip-Lichtsensoren verwendet werden. Alternativ können Lichtsensoren mit Chip-on-Board Technologie verwendet werden, bei denen die Halbleiterchips ohne Gehäuse direkt auf der Leiterplatte (PCB) oder der flexiblen Leiterplatte (FPC) angeordnet und mit diesen verbunden und bevorzugt elektrisch kontaktiert sind.
Als Lichtsensor, auch Photodetektor, optischer Detektor oder optoelektronischer Sensor genannt, werden elektronische Bauelemente bezeichnet, die Licht, insbesondere unter Benutzung des photoelektrischen Effekts, in ein elektrisches Signal umwandeln oder einen von der einfallenden Strahlung abhängigen elektrischen Widerstand zeigen. Der Begriff Licht bezieht sich in der Optoelektronik und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur auf sichtbares Licht, sondern auch auf unsichtbares Infrarotlicht und ultraviolette Strahlung.
Für Lichtsensoren im sichtbaren Spektralbereich, werden bevorzugt Photodioden verwendet, die im sichtbaren Spektralbereich empfindlich sein. Vorteilhafterweise sollte die spektrale Empfindlichkeitsverteilung an diejenige des menschlichen Auges angeglichen sein, so dass die gemessene Lichtmenge mit der von den Fahrzeuginsassen wahrgenommenen Lichtmenge möglichst gut übereinstimmt. Unerwünschte Schaltvorgänge, die durch vom Menschen nicht als relevant wahrgenommene Strahlung hervorgerufen werden, können vermieden werden. Eine vorteilhafte Anpassung ist dann gegeben, wenn die Photodiode im gesamtem Spektralbereich zwischen 500 nm und 600 nm eine Empfindlichkeit aufweist, die mindestens 50 % ihres Empfindlichkeitsmaximums entspricht, bevorzugt mindestens 60 %. Das Empfindlichkeitsmaximum sollte im Bereich von 450 nm bis 600 nm liegen, insbesondere im Bereich von 490 nm bis 570 nm. Die Empfindlichkeit kann auch als Detektionseffizienz bezeichnet werden und kann quantifiziert werden als Anteil detektierter Photonen an der Gesamtzahl der auf die Photodiode treffenden Photonen der jeweiligen Wellenlänge. Die gewünschte spektrale Empfindlichkeit wird idealerweise durch die Art des aktiven Materials der Photodiode beeinflusst. Alternativ kann aber auch ein optischer Filter verwendet werden, um die gewünschte spektrale Empfindlichkeit zu erreichen, beispielsweise eine außenseitig zur Photodiode angeordnete Filterfolie. Es versteht sich, dass diese Folie als Teil der Photodiode oder der Schutzschicht verstanden wird.
Die Leiterplatte kann auch als Platine, gedruckte Schaltung oder printed Circuit board (PCB) bezeichnet werden. Sie dient der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung der darauf angeordneten Photodioden. Leiterplatten bestehen aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere Kunststoff, mit daran haftenden, leitenden Verbindungen (Leiterbahnen). Die Leiterbahnen können lokale Verbreiterungen aufweisen, die als Lötflächen für die Bauelemente dienen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Leiterplatte eine flexible Leiterplatte, auch als Flexleiterplatte bekannt. Solche Leiterplatten sind aus flexiblen, biegbaren Polymerfolien gebildet, beispielsweise Polyimid-Folien. Sie weisen eine Dicke von bevorzugt kleiner als 0,38 mm und größer als 50 pm auf, besonders bevorzugt von 120 pm bis 180 pm. Damit werden besonders gute Ergebnisse erreicht hinsichtlich Flexibilität einerseits und Stabilität andererseits. Durch die Flexibilität und geringe Dicke eignen sich flexible Leiterplatten besonders dafür, in eine Verbundscheibe, insbesondere gebogene Verbundscheibe einlaminiert zu werden.
Sind die Lichtsensoren SMD-Bauteile, so wird zweckmäßigerweise eine SMD- Leiterplatte verwendet.
Die Leiterplatte kann direkt auf einer der Scheiben angeordnet sein, insbesondere mit der von dem Lichtsensor abgewandten Seite auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Es hat sich gezeigt, dass die Anwesenheit der örtlich begrenzten Leiterplatte nicht zu einer wesentlichen Herabsetzung der Stabilität des Laminats führt. Die Leiterplatte kann aber auch zwischen zwei thermoplastischen Schichten, d.h. zwischen zwei Lagen der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet sein.
Die Leiterplatte weist mindestens zwei Anschlussflächen zur externen elektrischen Kontaktierung auf (beispielsweise Anode und Kathode). Diese Anschlussflächen dienen der Verbindung der Leiterplatte mit einer externen Auswerte- und Steuerungselektronik über Anschlusskabel, um den durch den Lichtsensor bei Lichteinfall erzeugten Stromimpuls der Auswerte- und Steuerungselektronik zuzuleiten. Die Kontaktierung der Anschlussflächen erfolgt bevorzugt mit einem Flachleiter (auch Flachbandleiter oder Folienleiter genannt), umfassend eine elektrisch leitende Folie und eine optionale, polymere Ummantelung, welche natürlich an der Anschlussstelle eine Aussparung aufweisen muss. Bevorzugt ist ein Flachleiter mit den Anschlussstellen der Leiterplatte verbunden, beispielsweise über eine Lotmasse oder einen elektrisch leitfähigen Klebstoff. Es wird bevorzugt ein mehrpoliger Flachleiter verwendet, wobei jeder Pol mit einer Anschlussfläche verbunden ist. Alternativ kann aber auch für jede Anschlussfläche ein eigener Flachleiter verwendet werden. Der Flachleiter weist an seinem von der Leiterplatte abgewandten Ende bevorzugt einen Steckverbinder auf (Stecker oder Kupplung) zur Verbindung mit weiteren Kabeln der Bordelektrik.
Die Leiterplatte ist bevorzugt vollständig im Inneren der Verbundscheibe angeordnet und mit einem Flachleiter kontaktiert, welcher sich über die Seitenkante hinaus aus der Verbundscheibe heraus erstreckt. Die Kontaktierung der Leiterplatte mit dem Flachleiter erfolgt vor der Herstellung der Verbundscheibe, bei der die Leiterplatte dann so im Verbundstapel angeordnet wird, dass sie vollständig innerhalb der Fläche der Scheiben angeordnet ist. Der Vorteil besteht in einer verringerten Bruchgefahr für die Leiterplatte, welche typischerweise anfälliger für Beschädigungen ist als der Flachleiter.
Alternativ kann sich die Leiterplatte auch aus dem Inneren der Verbundscheibe über deren Seitenkanten hinaus erstrecken, wobei die Lichtsensoren im Inneren der Verbundscheibe angeordnet sind und die Anschlussflächen für das Anschlusskabel außerhalb der Verbundscheibe. Die Kontaktierung der Leiterplatte mit dem Anschlusskabel kann dann nach der Herstellung der Verbundscheibe erfolgen. So kann die Verbundscheibe mit dem integrierten Lichtsensor beispielsweise ohne Anschlusskabel an den Fahrzeughersteller verkauft werden, der dann vor dem Einbau der Verbundscheibe die Kontaktierung vornimmt. Es versteht sich, dass der Flachleiter auch schon vorher mit der Leiterplatte verbunden werden kann und die Verbundscheibe mit integriertem Lichtsensor zusammen mit dem angeschlossenen Flachleiter bereitgestellt werden.
Leiterplatte und Flachleiter mit Steckverbinder können auch einstückig ausgebildet sein, so dass der Flachleiter gleichsam ein integraler Bestandteil der Leiterplatte ist mit einer gemeinsamen polymeren Ummantelung. Eine solche Leiterplatte hat verfahrenstechnische Vorteile, weil bei der Herstellung der Verbundscheibe das Anlöten des Flachleiters an die Anschlussflächen der Leiterplatte entfällt.
Diejenige Seitenkante, über die sich die Leiterplatte beziehungsweise ein mit ihr verbundener Flachleiter aus der Verbundscheibe hinaus erstreckt, wird im Sinne der Erfindung als diejenige Seitenkante bezeichnet, der die Leiterplatte beziehungsweise der Lichtsensor zugeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind auf einer Leiterplatte mehrere Lichtsensoren angeordnet, bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt vier Lichtsensoren. Durch mehrere Lichtsensoren kann eine bessere Ortsauflösung der Strahlungsrichtung des detektierten Lichts erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Abstand benachbarter Lichtsensoren höchstens 3 cm, bevorzugt höchstens 2 cm, beispielsweise von 1 cm bis 2 cm.
Die Leiterplatte weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine maximale Breite von mindestens 15 cm auf, bevorzugt mindestens 20 cm. Unter der Breite wird im Sinne der Erfindung die Ausdehnung im Wesentlichen parallel zu der Seitenkante bezeichnet, der der Lichtsensor zugeordnet ist. Die maximale Breite ist die größte Breite, die entlang der gesamten Länge der Leiterplatte auftritt, wenn die Breite nicht konstant ist. Mit anderen Worten, weist die Leiterplatte bevorzugt mindestens einen Abschnitt auf mit einer Breite von mindestens 15 cm, besonders bevorzugt mindestens 20 cm.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Leiterplatte einen Endabschnitt und einen Zuleitungsabschnitt auf, wobei der Zuleitungsabschnitt eine geringere Breite aufweist als der Endabschnitt. Die Lichtsensoren sind im Endabschnitt angeordnet und die Anschlussflächen für das Anschlusskabel im Zuleitungsabschnitt, insbesondere in der Nähe des vom Endabschnitt abgewandten Endes des Zuleitungsabschnitts. Der Zuleitungsabschnitt weist einen geringeren Abstand zur zugeordneten Seitenkante auf als der Endabschnitt und erstreckt sich bevorzugt über diese Seitenkante hinaus aus der Verbundscheibe. Eine solche Leiterplatte ist beispielsweise T-förmig ausgebildet, wobei der Querbalken (entspricht dem Endabschnitt) von der zugeordneten Seitenkante abgewandt ist. Der Zuleitungsabschnitt weist bevorzugt eine Länge von 1 cm bis 12 cm, besonders bevorzugt von 2 cm bis 8 cm auf. Der Zuleitungsabschnitt weist bevorzugt eine Breite von 2 cm bis 15 cm, besonders bevorzugt von 3 cm bis 10 cm auf. Der Endabschnitt weist bevorzugt eine Länge von 0,5 cm bis 3 cm auf, besonders bevorzugt von 1 cm bis 2 cm. Der Endabschnitt weist bevorzugt eine Breite von 15 cm bis 40 cm auf, besonders bevorzugt von 20 cm bis 30 cm. Mit einer solchen Leiterplatte werden besonders gute Ergebnisse erzielt hinsichtlich Effizienz und platzsparender Gestaltung.
Alternativ kann die Leiterplatte aber auch rechteckig ausgestaltet sein. Sie kann dann gedanklich ebenfalls in einen Endabschnitt mit den Lichtsensoren und einen Zuleitungsabschnitt mit den elektrischen Kontakten unterteilt werden, wobei allerdings Zuleitungs- und Endabschnitt die gleiche Breite aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Verbundscheibe mehrere Lichtsensoren, also mehrere Leiterplatten mit jeweils mindestens einer Photodiode. Dies bietet zum einen den Vorteil der Redundanz: bei Ausfall eines Lichtsensors kann die Funktionalität durch den oder die anderen Lichtsensoren trotzdem sichergestellt werden. Zum anderen erlaubt die Anwesenheit mehrerer, über die Verbundscheibe verteilter Lichtsensoren die Unterscheidung zwischen einer lokalen, näherungsweise punktförmigen Strahlungsquelle wie einer Straßenlaterne und dem Umgebungslicht. Fehlinterpretationen durch die Auswerte- und Steuerungselektronik können so vermieden werden. Beispielsweise kann vermieden werden, dass eine Straßenlaterne als helles Umgebungslicht fehlinterpretiert wird und die Fahrzeugbeleuchtung infolgedessen des Nachts ausgeschaltet wird. Auch wird eine Bestimmung der Richtungsabhängigkeit der einfallenden Strahlung möglich über einen Vergleich der Intensitäten, die von den verschiedenen Lichtsensoren gemessen werden. Durch mehrere Lichtsensoren auf einer Leiterplatte oder durch die Verwendung mehrerer Lichtsensorelemente in einer Verbundscheibe kann die Einstrahlrichtung des detektierten Lichts im gesamten Halbraum über der Außenscheibe bestimmt werden. Damit kann beispielsweise der aktuelle Sonnenstand ermittelt werden.
Es versteht sich, dass neben den Lichtsensoren noch weitere Sensoren auf der Leiterplatte und insbesondere auf dem PCB-Board angeordnet sein können, was besonders kostengünstig und produktionstechnisch einfach zu bearbeiten ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Breite jedes Lichtsensors kleiner als 2 mm. Unter der Breite wird dabei die maximale laterale Ausdehnung in einer Ebene parallel zur Leiterplatte verstanden. Dadurch sind die Lichtsensoren unauffällig in die Verbundscheibe integrierbar. Eventuell nötige Löcher in einem Abdeckdruck, hinter dem der Lichtsensor versteckt werden soll, können klein und unauffällig gestaltet werden. Die Höhe der Lichtsensoren (Ausdehnung senkrecht zur Leiterplatte) beträgt bevorzugt kleiner 0,7 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,6 mm. Die Lichtsensoren sind dann unter Verwendung der Standardstärke der thermoplastischen Zwischenschicht von 0,76 mm in die Verbundscheibe integrierbar.
Die Innenscheibe und die Außenscheibe bestehen bevorzugt aus Glas, besonders bevorzugt Kalk-Natron-Glas, was sich für Fenstergläser bewährt hat. Die Scheiben können aber auch aus anderen Glassorten bestehen, beispielsweise Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas. Die Scheiben können grundsätzlich alternativ aus Kunststoff gefertigt sein, insbesondere Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Es versteht sich, dass die Verbundscheibe auch eine Glas- und eine Kunststoffscheibe aufweisen kann.
Die Dicke der Scheiben kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Vorzugsweise betragen die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe von 0,5 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 5 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 ,2 mm bis 3 mm. Die Außenscheibe, die Innenscheibe oder die Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt, getrübt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch die Verbundscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%, insbesondere wenn die Verbundscheibe eine Windschutzscheibe ist. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Die Außenscheibe und die Innenscheibe können aus nicht vorgespanntem, teilvorgespanntem oder vorgespanntem Glas bestehen.
Die Fahrzeug-Verbundscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Das Verbundglas kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Architekturscheibe, beispielsweise in Gebäudeverglasung oder als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke einer thermoplastischen Folie beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die Zwischenschicht kann auch aus einer sogenannten akustischen Folie ausgebildet sein, welche eine geräuschdämpfende Wirkung hat. Solche Folien bestehen typischerweise aus mindestens drei Lagen, wobei die mittlere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines unterschiedlichen Anteils an Weichmachern.
Die Leiterplatte ist bevorzugt in einem nicht-transparenten Bereich der Verbundglasscheibe angeordnet, so dass sie nicht oder kaum sichtbar ist. In diesem Bereich wird die Durchsicht durch ein opakes Element verhindert. Im Fahrzeugbereich sind dafür opake Abdeckdrucke auf einer oder auf beiden Scheiben üblich. Alternativ kann die Durchsicht aber auch beispielsweise durch eine eingefärbte thermoplastische Folie der Zwischenschicht oder ein opakes Einlegeelement gehindert werden. Bevorzugt ist das opake Element innenraumseitig zum Lichtsensor angeordnet, weist also einen geringen Abstand zum Innenraum beziehungsweise zur innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe auf als der Lichtsensor. Dann ist der Lichtsensor von innen nicht sichtbar, während von außen Licht auf ihn fallen kann, sodass er seine Funktion erfüllen kann. Es kann besonders bevorzugt sein, dass in Durchsichtsrichtung vor und hinter der Leiterplatte opake Elemente angebracht sind, also jeweils ein opakes Element innenraumseitig und außenseitig zum Lichtsensor. Die Leiterplatte ist dann weder von außen noch von innen sichtbar. Damit der Lichtsensor seine Funktion erfüllen kann, muss das opake Element natürlich Aussparungen an der Stelle er Lichtsensoren aufweisen, weil eine Detektion von Licht sonst nicht möglich wäre. Ein innenraumseitig zum Lichtsensor angeordnetes opakes Element ist bevorzugt durch einen Abdeckdruck auf der Innenscheibe realisiert, ein außenseitig zum Lichtsensor angeordnetes opakes Element durch einen Abdeckdruck auf der Außenscheibe. Abdeckdrucke sind für Fahrzeugscheiben außerhalb des zentralen Sichtbereichs üblich, um Anbauteile zu verdecken oder den Klebstoff, mit dem die Fahrzeugscheibe mit der Karosserie verbunden ist, vor UV- Strahlung zu schützen. Der Abdeckdruck besteht typischerweise aus einem im Siebdruckverfahren aufgebrachten und eingebrannten schwarzen oder dunklen Emaille.
Es kann alternativ jedoch auch gewünscht sein, die Leiterplatte nicht durch einen Abdeckdruck zu verdecken, so dass sie von außen sichtbar ist. Dadurch werden insbesondere die Fertigungstoleranzen erhöht, weil die Leiterplatte nicht so exakt positioniert werden muss, um mit etwaigen Aussparungen im Schwarzdruck exakt überlagert zu sein.
Es ist auch möglich, den erfindungsgemäßen Lichtsensor mit anderen Sensoren zu kombinieren, was eine vorteilhaft platzsparende Bauweise ermöglicht. Der Lichtsensor kann beispielsweise mit einem Regensensor kombiniert werden, insbesondere einem kapazitiven Regensensor, der die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Scheibe anhand einer Kapazitätsänderung mindestens einer Elektrode bestimmt wird. Die als Elektroden dienenden leitfähigen Strukturen können beispielsweise auf der Leiterplatte angeordnet sein oder auf der Innenscheibe. Der Regensensor und der Lichtsensor werden bevorzugt in räumlicher Nähe zueinander angeordnet oder räumlich überlagert, wodurch ein platzsparendes kombiniertes Sensorelement realisiert werden kann.
Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeug- Verbundscheibe mit einem integrierten Lichtsensor. Dabei werden zunächst eine Außenscheibe, eine Innenscheibe, mindestens eine thermoplastische Folie und mindestens ein auf einer Leiterplatte befindlicher Lichtsensor als Stapel angeordnet, so dass die Folie und der Lichtsensor zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet sind. Die beiden Scheiben und die dazwischenliegende Folie oder Folien werden natürlich flächig und im Wesentlichen kongruent übereinander angeordnet. Die Leiterplatte mit den Lichtsensoren ist in einen Bereich dieses Stapels eingelegt. Der Stapel wird anschließend üblichen Verfahren zur Erzeugung von Verbundscheiben unterworfen. Dabei wird die Außenscheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht, welche während des Verfahrens aus der mindestens einen thermoplastischen Folie gebildet wird, mit der Innenscheibe durch Lamination verbunden. Dies erfolgt mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe dabei erfolgt üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Bevorzugt wird die Leiterplatte vorher mit einem Flachleiter verbunden und dann erst im Stapel angeordnet. Bevorzugt wird sie dabei so angeordnet, dass die Leiterplatte vollständig innerhalb der Flache der Scheiben angeordnet ist und sich der Flachleiter über deren Seitenkanten hinaus erstreckt. Die Verbindung zwischen Flachleiter und den Anschlussflächen der Leiterplatte kann beispielsweise durch Löten oder über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff erfolgen. Soll die Fahrzeug-Verbundscheibe eine Biegung aufweisen, wie insbesondere für Personenkraftwagen üblich, so werden die Scheiben vor dem Laminieren einem Biegeprozess unterzogen, beispielsweise durch Schwerkraftbiegen, Saugbiegen und/oder Pressbiegen. Typische Biegetemperaturen betragen von 500°C bis 700°C.
Bevorzugt wird vor dem Laminieren und vor dem optionalen Biegen ein opaker Abdeckdruck auf den Randbereich der Außenscheibe und der Innenscheibe aufgebracht. Dazu wird typischerweise eine schwarze oder dunkle Emaille per Siebdruck aufgebracht und vor dem Laminieren, insbesondere vor dem Biegen oder während des Biegens, eingebrannt.
Die Leiterplatte kann direkt auf eine der Scheiben aufgelegt werden, insbesondere mit der von den Lichtsensoren abgewandten Seite auf die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe. Alle Folien der Zwischenschicht werden dann auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet. Alternativ kann die Leiterplatte aber auch zwischen zwei thermoplastische Folien eingelegt werden, welche die Leiterplatte sandwichartig einschließen.
Es kann eine nicht weiter vorbehandelte thermoplastische Folie verwendet werden. Beim Laminieren fließt das erhitzte, fließfähige thermoplastische Material in die Räume um die Lichtsensoren und die Leiterplatte, so dass ein stabiler Verbund sichergestellt wird.
Um die optische Qualität der Verbundscheibe zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, die thermoplastische Folie (oder zumindest eine thermoplastische Folie bei der Verwendung von mehreren Folien) insoweit vorzubereiten, dass Aussparungen für den Lichtsensor vorgesehen werden.
Es können großflächige Löcher in der Folie erzeugt werden, in die die gesamte Leiterplatte eingesetzt wird. Bevorzugt wird die Leiterplatte dann sandwichartig von zwei dünneren Folienabschnitten umgeben, um einen Höhenunterschied zwischen Leiterplatte und Folie auszugleichen und die Haftung des Verbunds sicherzustellen. Alternativ dazu wird in einer vorteilhaften Ausführung die thermoplastische Folie vor dem Laminieren mit Löchern oder Vertiefungen versehen. Diese Löcher oder Vertiefungen sind in Größe, Position und Anordnung auf den oder die Lichtsensoren abgestimmt. Das bedeutet, dass die lateralen Abmessungen der Löcher oder Vertiefungen im Wesentlichen den Abmessungen der Lichtsensoren entspricht oder leicht größer sind, insbesondere höchsten 150% oder höchstens 120 % der Abmessungen der Lichtsensoren betragen. Die Position der Löcher oder Vertiefungen entspricht der gewünschten Positionierung des Lichtsensors in der zu fertigenden Verbundscheibe. Die relative Anordnung der Löcher oder Vertiefungen zueinander entspricht der relativen Anordnung der Lichtsensoren zueinander, sofern mehrere Lichtsensoren verwendet werden. Löcher und Vertiefungen einerseits und Lichtsensoren andererseits stehen also gleichsam in einem Schlüssel-Schlüsselloch- Verhältnis zueinander. Beim Anordnen des Stapels zur Lamination werden die Lichtsensoren in die Löcher oder Vertiefungen eingesetzt. So werden die Lichtsensoren wirksam in die Zwischenschicht eingebettet. Außerdem ist die Position der Lichtsensoren während der Produktion festgelegt, was hinsichtlich der Massenfertigung vorteilhaft ist. Die Löcher oder Vertiefungen können direkt vor dem Laminieren erzeugt werden. Die Folien mit den definierten Löchern oder Vertiefungen können aber auch in großer Stückzahl vorbereitet werden oder sogar in dieser Form vom Folienzulieferer bezogen werden.
Die Folie kann mit durchgehenden Löchern versehen werden. Weist die Folie eine Dicke auf, die größer ist als die Höhe der Lichtsensoren, so bleibt ein eigentlich unerwünschter Hohlraum zurück. Dieser kann optional beispielsweise durch kleine Ausschnitte der thermoplastischen Folie gefüllt werden. Noch vorteilhafter, weil verfahrenstechnisch einfacher ist es, die Folie statt mit durchgehenden Löchern mit Vertiefungen zu versehen, deren Tiefe im Wesentlichen der Höhe der Lichtsensoren entspricht. Der unerwünschte Hohlraum wird so ohne erforderliche Nacharbeit vermieden. Die Vertiefungen werden beispielsweise durch Stanzen eingebracht. Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsmäßen Verbundscheibe mit einem integrierten Lichtsensor als Fahrzeugscheibe, bevorzugt in Fahrzeugen zu Wasser, zu Lande oder in der Luft, und insbesondere bevorzugt als Windschutzscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens. Bevorzugt ist der mindestens eine Lichtsensor dabei mit einer Auswerte- und Steuerungselektronik des Fahrzeugs verbunden.
In Abhängigkeit von dem durch den mindestens einen Lichtsensor gemessenen Umgebungslicht kann beispielsweise einer oder mehrere der folgenden Schaltzustände gesteuert:
- der Schaltzustand der Fahrzeugbeleuchtung (insbesondere Scheinwerfer, Schlussleuchten und Seitenmarkierungsleuchten): bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts wird die Beleuchtung eingeschaltet, bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts wird die Beleuchtung ausgeschaltet.
- die Transmissionseigenschaften eines Bereichs der Verbundscheibe, der mit einem elektrisch schaltbaren oder regelbaren Funktionselement ausgestattet ist. Der besagte Scheibenbereich ist insbesondere ein schalt- oder regelbarer Blendschutz im oberen Scheibendrittel (auch bekannt als shaded band). Der Schaltzustand kann in Abhängigkeit von der absoluten Menge an Umgebungslicht geregelt werden oder auch in Abhängigkeit vom Sonnenstand, den eine ortsabhängige Messung mit mehreren Photodioden oder Lichtsensorelementen ergibt. Insbesondere bei niedrigem Sonnenstand ist der Blendschutz notwendig. Das regelbare Funktionselement kann beispielsweise ein SPD-Element {suspended particle device) sein oder ein LC- Element ( liquid crystal) oder eine elektrochromes Element.
- die Intensität (Helligkeit) von Anzeigeelementen im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise LED-Anzeigeelementen oder OLED-Anzeigeelementen oder Projektionen mit HUD-Technik. Die Anzeigeelemente sind beispielsweise Warnleuchten oder Informationsanzeigen, insbesondere in Form von Piktogrammen oder in alphanumerischer Darstellungsweise. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Messprinzips mit einer Lichteinstrahlung von rechts,
Fig. 1 B eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Messprinzips mit einer Lichteinstrahlung von links,
Fig. 2A eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeug- Verbundscheibe,
Fig. 2B eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie A-A‘ durch die Fahrzeug- Verbundscheibe aus Fig. 2A,
Fig. 2C eine vergrößerte und vereinfachte Darstellung des Ausschnitts Z aus Fig. 2A gemäß einem Ausgestaltungsbeispiel,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts Z aus Fig. 2A mit einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel,
Fig. 4A eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts Z aus Fig. 2A mit einem
weiteren Ausgestaltungsbeispiel
Fig. 4B eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts Z aus Fig. 2A mit einem
weiteren Ausgestaltungsbeispiel
Fig. 4C eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts Z aus Fig. 2A mit einem
weiteren Ausgestaltungsbeispiel
Fig. 5A eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie B-B‘ aus Fig. 5B einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors,
Fig. 5B eine Draufsicht auf den Lichtsensor aus Fig. 5A,
Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung des Ausschnitts Z aus Fig. 2A mit Lichtsensoren gemäß den Fig. 5A und 5B,
Fig. 7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 A und 1 B zeigen jeweils schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Messprinzips mit unterschiedlichen Lichteinfallsrichtungen. Figur 1A und 1 B zeigen eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Lichtsensors 4 mit Schattenmaske 1 1 . Der Lichtsensor 4 ist hier beispielsweise eine Photodiode 4. Die Photodiode 4 enthält einen Halbleiterchip 4.3, in dem auf der Lichteinfallsseite eine lichtempfindliche Fläche 4.1 angeordnet ist. Die lichtempfindliche Fläche 4.1 ist mit einer Schutzschicht 4.2 bedeckt. Die Schutzschicht 4.2 ist transparent für die Wellenlänge einfallenden Lichts, für die die lichtempfindliche Fläche 4.1 sensitiv ist. Die lichtempfindliche Fläche 4.1 hat beispielsweise eine quadratische Grundfläche mit einer Breite (also mit einer Seitenlänge) von 1000 pm. Die Schutzschicht 4.2 hat eine Dicke d von beispielsweise 500 nm. Der Abstand a zwischen der Schattenmaske 1 1 und der lichtempfindlichen Fläche 4.1 beträgt beispielsweise 1000 pm und entspricht damit in etwa der Breite der lichtempfindlichen Fläche 4.1 .
Oberhalb und in unmittelbarem Kontakt zur Schutzschicht 4.2 ist eine Schattenmaske 1 1 angeordnet, die die lichtempfindliche Fläche 4.1 bei orthogonaler Projektion (was einem senkrechten Lichteinfall entspricht) zur Hälfte abschattet. Die Schattenmaske 1 1 ist intransparent für die Wellenlänge einfallenden Lichts, für die die lichtempfindliche Fläche 4.1 sensitiv ist.
Figur 1 A zeigt die Situation eines Lichteinfalls von rechts (symbolisiert durch die Pfeile R). Aufgrund des geometrischen Schattens der Lichtstrahlen R auf die lichtempfindliche Fläche 4.1 ist die beleuchtete Fläche B in etwa die volle Gesamtfläche G der lichtempfindlichen Fläche 4.1 .
Figur 1 B zeigt die Situation eines Lichteinfalls von links (symbolisiert durch die Pfeile L). Aufgrund des geometrischen Schattens der Lichtstrahlen L auf die lichtempfindliche Fläche 4.1 ist die beleuchtete Fläche B im Vergleich zur Gesamtfläche G der lichtempfindlichen Fläche 4.1 sehr klein.
Wie Untersuchungen der Erfinder ergaben, genügt die Hebel- oder Verstärkungswirkung durch die Schichtdicke d der transparenten Schutzschicht 4.2 um den Einfallswinkel des Lichts mit für den Anwendungsfall einer Fahrzeug- Verglasung ausreichender Genauigkeit zu bestimmen. Gleichzeit weist die dargestellte Anordnung nur einer geringe Gesamtdicke auf, so dass sie in eine Verbundscheibe integriert werden kann.
Es versteht sich, dass hier und im Folgenden als Lichtsensor 4 auch andere Sensoren verwendet werden können, die geeignet sind sichtbare Licht oder unsichtbares infrarotes oder ultraviolettes Licht zu detektieren.
Die Winkelauflösungen der erfindungsgemäßen Anordnung in Figur 1A und Figur 1 B kann von der Einfallsrichtung abhängen. D.h. die in den Figuren 1A und 1 B dargestellte Anordnung kann eine andere Empfindlichkeit oder Winkelauflösung für die unterschiedlichen Lichteinfallsrichtungen (hier rechts und links) aufweisen. Daher ist es vorteilhaft, mindestens zwei Lichtsensoren 4 mit zwei gegenläufig angeordneten Schattenmasken 1 1 zu verwenden.
Die Figuren 2A, 2B und 2C zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 mit integriertem Lichtsensor 4 am Beispiel einer Fahrzeug- Verbundscheibe. Die Verbundscheibe 100 ist aufgebaut aus einer Außenscheibe 1 (mit einer außenseitigen Oberfläche I und einer innenraumseitigen Oberfläche II) und einer Innenscheibe 2 (mit einer außenseitigen Oberfläche III und einer innenraumseitigen Oberfläche IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 flächig miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas und weisen beispielsweise eine Dicke von 2, 1 mm auf. Die Zwischenschicht 3 ist aus einer 0,76 mm dicken Folie aus Polyvinylbutyral (PVB) ausgebildet. Die Verbundscheibe 100 ist beispielsweise als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Es versteht sich, dass die Verbundscheibe auch eine andere Fahrzeugscheibe sein kann, beispielweise eine Dachscheibe.
Die Verbundscheibe 100 ist in diesem Beispiel mit zwei Lichtsensoren 4 und beispielsweise mit zwei Photodioden 4 ausgestattet. Wie in Figur 2B im Detail dargestellt, besteht jede Photodiode 4 aus einem Gehäuse 4.4, in welchem ein Halbleiterchip 4.3 angeordnet ist. Der Halbleiterchip 4.3 ist über Lötanschlüsse 4.5 kontaktierbar. Der Halbleiterchip 4.3 enthält eine lichtempfindliche Fläche 4.1 , die durch eine transparente Schutzschicht 4.2 bedeckt und geschützt wird. Die Schutzschicht 4.2 kann beispielsweise aus einer dünnen Schicht Siliziumoxid oder Siliziumnitrid bestehen. Besonders wichtig ist dabei ein definierter Abstand a zwischen der lichtempfindlichen Fläche 4.1 und der Schattenmaske 1 1 , der die neben der Schutzschicht 4.2 noch weitere Schichten oder übliche elektrische Zuleitungen aufweisen kann.
Die Photodioden 4 sind auf einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte 5 angeordnet, die beispielhaft in Mitte der Verbundscheibe 100 und im Bereich der Oberkante O angeordnet ist. Es versteht sich, dass auch jeweils ein oder mehrere Lichtsensoren 4 an unterschiedlichen Stellen der Verbundscheibe 100 angeordnet sein können, beispielsweise im Bereich der Ecken der Verbundscheibe 100 und/oder an den Seitenkanten oder an der Unterkante U. Die Leiterplatte 5 ist vollständig innerhalb der Verbundscheibe angeordnet. Sie liegt direkt auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 auf und ist über die Zwischenschicht 3 mit der Außenscheibe 1 verbunden. Sie weist zwei elektrische Anschlussflächen (nicht dargestellt) auf, die mit jeweils einem Pol eines zweipoligen Flachleiters als Anschlusskabel 6 verlötet sind. Das Anschlusskabel 6 erstreckt sich aus dem Verbund über die Oberkante O hinaus. Das Anschlusskabel 6 dient der elektrischen Verbindung der Leiterplatte 5 über weitere Verbindungskabel (typischerweise Rundkabel) mit einer Auswerte- und Steuerungselektronik als Teil der Fahrzeug-Bordelektronik. Die Auswerte- und Steuerungselektronik analysiert die Signale der Photodioden 4 - so kann die Auswerte- und Steuerungselektronik beispielsweise die Fahrzeugbeleuchtung in Abhängigkeit von der durch Photodioden 4 bestimmte Menge an ortsaufgelöstem Umgebungslicht ein- beziehungsweise ausschalten, eine hier nicht dargestellte Verdunkelung regeln oder die Klimaanlage steuern.
Durch die Mehrzahl an Lichtsensoren 4 kann das System unterscheiden zwischen dem Umgebungslicht, das von allen Lichtsensoren 4 im Wesentlichen mit gleicher Intensität gemessen wird, und einer lokalen Lichtquelle wie einer Straßenlaterne oder der Sonneneinstrahlung, welche von den verteilten Lichtsensoren 4 mit stark unterschiedlicher Intensität gemessen wird. Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Winkelauflösung der erfindungsgemäßen Lichtsensoren 4 mit Schattenmaske 1 1 kann auf die genaue Einfallsrichtung der Lichtquelle zurückgeschlossen werden.
Als Lichtsensoren 4 sind beispielsweise SMD-Photodioden des Typs APDS-9005 der Firma Avago Technologies geeignet. Sie weisen vorteilhaft geringe Abmessungen auf (Höhe 0,55 mm, Breite 1 ,6 mm, Tiefe 1 ,5 mm) und eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung, die diejenige des menschlichen Auges in guter Näherung nachahmt. Das Empfindlichkeitsmaximum liegt ungefähr bei 500 nm, und im gesamten Bereich von 500 nm bis 600 nm beträgt die Empfindlichkeit mehr als 60 % des Maximalwerts bei 500 nm. Dadurch wird sichergestellt, dass die vom Lichtsensor gemessene Lichtmenge auch mit der vom Menschen als relevant eingestuften übereinstimmt.
Die Leiterplatte 5 ist eine flexible Leiterplatte, umfassend eine etwa 150 pm dicke Polyimid-Folie und darauf aufgedruckte Leiterbahnen. Alle Photodioden 4 der Leiterplatte sind hier beispielsweise im Endabschnitt angeordnet, während der Zuleitungsabschnitt der Verbindung mit dem Anschlusskabel 6 dient. Am Ende des Zuleitungsabschnitts sind zwei nicht dargestellte Anschlussflächen angeordnet, die den beiden Polen des Systems an Leiterbahnen entsprechen und die jeweils mit einem Pol des zweipoligen Anschlusskabels 6 verlötet sind.
Die Verbundscheibe 100 weist, wie für Windschutzscheiben üblich, einen rahmenartigen opaken Abdeckdruck 7 auf. Der Abdeckdruck 7 ist beispielsweise als aufgedruckte und eingebrannte, schwarze Emaille auf den innenraumseitigen Oberflächen II der Außenscheibe 1 ausgebildet. Die Leiterplatten 5 sind im Bereich des Abdeckdrucks 7 angeordnet, so dass sie weder von außen noch von innen sichtbar sind. Der äußere Abdeckdruck 7 auf der Außenscheibe 1 weist an den Stellen der Photodioden 4 Löcher auf, so dass Licht auf die Photodioden 4 fallen kann und die Lichtsensoren 4 ihre Funktion erfüllen können. Die Schattenmaske 1 1 ist in diesem Beispiel ebenfalls als schwarzer Aufdruck auf die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 ausgebildet. Alternativ kann die Schattenmaske 1 1 auch als eingelegte oder aufgeklebte lichtdichte Folie ausgebildet sein. Alternativ kann die Schattenmaske 1 1 auch direkt als Aufdruck auf den Lichtsensor 4 (und hier auf die Photodiode 4) und dabei auf die transparente Schutzschicht 4.2 ausgebildet sein, wie in den Figuren 5A, 5B und 6 erläutert wird.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel zur Verbundscheibe 100 nach Figur 2C, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird, und im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben sind. Die Verbundscheibe nach Figur 3 weist beispielsweise vier Photodioden 4 auf. Die Schattenmaske 1 1 ist hier als umlaufender Rahmen ausgebildet, unter dessen jeweiligen inneren Ecken jeweils eine lichtempfindliche Fläche 4.1 einer Photodiode 4 angeordnet ist. Durch geeignet Auswertung der elektrischen Signale lässt sich eine präzise Ortung einer Lichteinstrahlung im halbkugelförmigen Raum um die Außenscheibe ermitteln.
Die Figuren 4A, 4B und 4C zeigen weitere bevorzugte Ausführungsformen. Auch hier wird auf die Beschreibung zu den Figuren 2A, 2B und 2C verwiesen.
Es versteht sich, dass der in Figur 3 gezeigte Rahmen nicht umlaufend geschlossen sein muss, sondern aus einzelnen Abschnitten bestehen kann. In Figur 4A ist dies ein U-förmiger Rahmen, der am offenen Ende einen weiteren Abschnitt aufweist. Dieser weitere Abschnitt kann beispielsweis auch Teil des Abdeckdrucks 7 sein.
Figur 4B zeigt ein Ausgestaltungsbeispiel mit einer Schattenmaske aus einem kreisring-förmigen Rahmen unter dem drei Photodioden 4 angeordnet sind. Auch hier kann durch eine geeignete Auswertung der elektrischen Signale eine präzise halbkugelförmige Ortung einer Lichteinstrahlung durchgeführt werden.
Figur 4C zeigt ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel mit einer Schattenmaske 1 1 mit einer rechteckigen Form mit zwei Photodioden 4. Die Photodioden 4 sind dabei an benachbarten Seiten des Rechtecks angeordnet, so dass in zwei zueinander orthogonalen Lichteinfallsrichtungen gemessen werden kann.
Die Figuren 5A und 5B zeigen eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht auf ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtsensors 4 am Beispiel einer erfindungsgemäßen Photodiode 4. Dabei ist der Querschnitt der Figur 5A entlang der Schnittlinie B-B‘ aus Figur 5B gewählt. Hier ist die Schattenmaske 1 1 auf der Photodiode 4 angeordnet und mit dieser fest verbunden. Die Schattenmaske 1 1 ist beispielsweise ein Färb- oder Lackschicht, die auf die Photodiode 4 aufgebracht ist, beispielsweise durch Drucken oder Stempeln. Derartige erfindungsgemäße Photodioden 4 haben den besonderen Vorteil, dass die Schattenmaske 1 1 in einer definierten Position zur Photodiode 4 angeordnet ist. Dies bietet eine größere Flexibilität und erlaubt größere Einbautoleranzen, im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die Schattenmaske 1 1 fest an der Außenscheibe 1 angeordnet ist und die Photodiode 4 dann präzise relativ zur Schattenmaske 1 1 ausgerichtet werden muss.
Figur 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Photodioden 4 aus den Figuren 5A und 5B. Die Photodioden 4 sind dabei frei auf einer Leiterplatte 5 angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn noch weitere Sensoren oder Aktoren auf der Leiterplatte 5 angeordnet sein sollen oder die Leiterplatte 5 aufgrund der technischen Gegebenheiten eine besonders unregelmäßige Form aufweisen. Die Schattenmasken 1 1 sind dabei in vier unterschiedlichen Richtungen relativ zur Photodiode 4 angeordnet: Bei der Photodiode 4‘ oben, bei der Photodiode 4“ links, bei der Photodiode 4‘“ rechts und bei der Photodiode 4 unten in einer Draufsicht auf die Außenscheibe 1 einer Verbundscheibe 100. Auch hier kann durch eine geeignete Auswertung der elektrischen Signale eine präzise Ortung einer Lichteinstrahlung innerhalb eines halbkugelförmigen Raums durchgeführt werden.
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Verbundscheibe 100 mit einem integrierten Lichtsensor 4 mit den folgenden beispielhaften Verfahrensschritten:
S1 : Herstellen einer Leiterplatte 5 mit Lichtsensoren 4; S2: Verbinden der Leiterplatte 5 mit einem Anschlusskabel 6;
S3: Herstellen von Vertiefungen in einer thermoplastischen Folie, die in Größe, Position und Anordnung auf die Lichtsensoren 4 abgestimmt sind;
S4: Einsetzen der Lichtsensoren 4 in die Vertiefungen der Folie;
S5: Bereitstellen einer Innenscheibe 2;
S6: Auflegen der thermoplastischen Folie mit der Leiterplatte 5 auf die Innenscheibe
2;
S7: Auflegen einer Außenscheibe 1 auf die thermoplastische Folie;
S8: Laminieren der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 zu einem Verbundglas, wobei aus der thermoplastischen Folie eine Zwischenschicht 3 entsteht.
Bezugszeichenliste:
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4, 4‘, 4“, 4‘“, 4 Lichtsensor, Photodiode
4.1 lichtempfindliche Fläche
4.2 transparente Schutzschicht
4.3 Halbleiterchip
4.4 Gehäuse
4.5 Lötanschluss
5 Leiterplatte {printed Circuit board, PCB)
6 Anschlusskabel / Flachleiter
7 opaker Abdeckdruck
11 Schattenmaske
11.1 Kante der Schattenmaske
11.2 Grenzlinie
12.1 erster Bereich der lichtempfindlichen Fläche (4.1 )
12.2 zweiter Bereich der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) 100 Verbundscheibe, Fahrzeug-Verbundscheibe
0 Oberkante der Verbundscheibe
U Unterkante der Verbundscheibe
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
A-A‘ Schnittlinie
B-B‘ Schnittlinie
B beleuchtete Fläche der lichtempfindlichen Fläche 4.1 a Abstand der Schattenmaske 11 von der lichtempfindlichen Fläche 4.1 d Schichtdicke der Schutzschicht 4.2
G Gesamtfläche der lichtempfindlichen Fläche 4.1
R Lichteinfall von rechts
L Lichteinfall von links
Z vergrößerter Ausschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Verbundscheibe (100), insbesondere Fahrzeug-Verbundscheibe, mindestens umfassend:
- eine Außenscheibe (1 ) und eine Innenscheibe (2), die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind und
- mindestens ein Lichtsensor (4) mit einer lichtempfindlichen Fläche (4.1 ), der zwischen der Außenscheibe (1 ) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist, wobei
- die lichtempfindliche Fläche (4.1 ) der Außenscheibe (1 ) zugewandt ist und
- zwischen der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) und der Außenscheibe (1 ) eine Schattenmaske (11 ) angeordnet ist, die die lichtempfindliche Fläche (4.1 ) abschnittsweise bedeckt.
2. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 1 , wobei der Abstand a zwischen der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) und der Schattenmaske (11 ) von 100 pm bis 10000 pm und bevorzugt von 500 pm bis 1500 pm beträgt.
3. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 1 , wobei der Abstand a zwischen der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) und der Schattenmaske (11 ) von 50% bis 150% und bevorzugt von 75% bis 125% der Breite oder der Länge der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ), beträgt.
4. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Schattenmaske (11 ) genau einen ersten Bereich (12.1 ) der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) vollständig bedeckt und genau einen zweiten Bereich (12.2) nicht bedeckt.
5. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die
Schattenmaske (11 ) im Dektektionswellenlängenbereich des Lichtsensors (4) eine Transmission kleiner oder gleich 50%, bevorzugt kleiner oder gleich 30%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10%, noch mehr bevorzugt kleiner oder gleich 5% und insbesondere kleiner oder gleich 2% aufweist.
6. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine transparente Schutzschicht (4.2) zwischen der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) und der Außenscheibe (1 ) und bevorzugt unmittelbar auf der lichtempfindlichen Fläche (4.1 ) angeordnet ist.
7. Verbundscheibe (100) nach Anspruch 6, wobei die Schutzschicht (4.2) eine Dicke d von 10 nm bis 1000 nm aufweist.
8. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die
Schattenmaske (11 ) unmittelbar auf einem Gehäuse (4.4) des Lichtsensors (4) und/oder auf der Schutzschicht (4.2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 und/oder auf einer innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1 ) angeordnet ist.
9. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Schattenmaske (11 ) aus mindestens einer Farbschicht, insbesondere mit schwarzer Farbe, und/oder aus mindestens einer Folie, bevorzugt einer schwarzen oder an einer Oberfläche geschwärzten Folie besteht.
10. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die
Schattenmaske (11 ) aus einer Farbschicht besteht, die unmittelbar auf die Schutzschicht (4.2) aufgedruckt oder gestempelt ist.
11. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die
Schattenmaske (11 ) zwischen dem ersten Bereich (12.1 ) und dem zweiten Bereich (12.2) eine scharfe Kante (11.1 ) aufweist und/oder die Kante (11.1 ) entlang der Grenzlinie (11.2) zwischen dem ersten Bereich (12.1 ) und dem zweiten Bereich (12.2) geradlinig, leicht gekrümmt oder rechtwinklig ausgebildet ist.
12. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei der oder die Lichtsensoren (4) auf mindestens einer Leiterplatte (5), bevorzugt auf mindestens einer flexiblen Leiterplatte, angeordnet sind.
13. Verbundscheibe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verbundscheibe (100) mindestens zwei Lichtsensoren (4) enthält, bevorzugt genau zwei, genau drei oder genau vier Lichtsensoren (4).
14. Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe (100) mit einem integrierten Lichtsensor (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei
(a) eine Außenscheibe (1 ), eine Innenscheibe (2), mindestens eine thermoplastische Folie und die auf einer Leiterplatte (5) befindlichen Lichtsensoren (4) als Stapel angeordnet werden, so dass die Folie und die Lichtsensoren (4) zwischen der Außenscheibe (1 ) und der Innenscheibe (2) angeordnet sind.
(b) die Außenscheibe (1 ) über eine aus der mindestens einen thermoplastischen Folie gebildeten Zwischenschicht (3) mit der Innenscheibe (2) durch Lamination verbunden wird.
15. Verwendung einer Verbundscheibe (100) mit einem integrierten Lichtsensor (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Fahrzeugscheibe, bevorzugt eines Fahrzeugs zu Wasser, zu Lande oder in der Luft, und insbesondere bevorzugt als Windschutzscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe eines Kraftfahrzeugs.
16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei die Lichtsensoren (4) mit einer Auswerte- und Steuerungselektronik des Fahrzeugs verbunden sind und der Schaltzustand der Fahrzeugbeleuchtung, die Transmissionseigenschaften eines Scheibenbereichs, die Funktion einer Klimaanlage, die Helligkeit von HUD- Displays und/oder die Intensität von Anzeigeelementen im Fahrzeuginnenraum in Abhängigkeit von dem durch die Lichtsensoren (4) gemessenen Umgebungslicht gesteuert wird.
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