EP4633945A1 - Beleuchtetes verglasungselement mit einer beschichteten reflektierenden struktur zur lichteinkopplung - Google Patents

Beleuchtetes verglasungselement mit einer beschichteten reflektierenden struktur zur lichteinkopplung

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Publication number
EP4633945A1
EP4633945A1 EP23793314.8A EP23793314A EP4633945A1 EP 4633945 A1 EP4633945 A1 EP 4633945A1 EP 23793314 A EP23793314 A EP 23793314A EP 4633945 A1 EP4633945 A1 EP 4633945A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
light
reflective
glazing element
pane
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
EP23793314.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias NIELSEN
Christy Valerie DE MEYER
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 Sekurit France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Sekurit France SAS
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 Sekurit France SAS filed Critical Saint Gobain Sekurit France SAS
Publication of EP4633945A1 publication Critical patent/EP4633945A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an illuminated glazing element and its use.
  • Illuminated glazing elements are known as such.
  • a light source typically a light-emitting diode
  • a light-emitting diode can be arranged on the side edge surface or in a recess of a glass pane of the glazing element, so that light is coupled into the glass pane via the side edge surface or the edge surface of the recess and spreads there as a result of total reflection.
  • the light is often coupled out of the glass pane again by light-scattering structures, which is how the illumination is realized.
  • the shape of the light-scattering structures can be freely selected, so that illuminated surfaces of any shape, for example as a pattern, can be created.
  • Illuminated glazing elements of this type are known, for example, from WG2014/060409A1 or WO2014/167291 A1.
  • such illuminated glazing elements are particularly interesting as roof panes through which the interior can be illuminated.
  • the illuminated glass pane is typically the inner pane of a composite pane.
  • such illuminated glazing elements can also be used for other vehicle windows or windows in the building and architecture sector or in furnishings.
  • the illuminated surfaces formed by the light-scattering structures can also be used to display information, for example to display direction arrows, status displays, warnings, price lists or similar.
  • a reflective structure with a reflective surface is attached to or formed in the first surface of the light-conducting layer.
  • the reflective surface has sections that are inclined relative to one another.
  • the reflective structure is irradiated by a light source through the light-conducting layer, the light being reflected at the inclined sections of the reflective surface in such a way that it is reflected as a result of Total reflection spreads on the surfaces in the light-conducting layer.
  • the reflective surface is provided with a reflective coating made of silver or aluminum.
  • the reflective structure can be designed, for example, as a microprism film, which is attached to the first surface of the light-conducting layer.
  • microprism film that is coated with a reflective layer made of silver or aluminum can experience delamination.
  • the microprism film sometimes separates from the microprism film. The reason for this could be a different thermal expansion coefficient between the reflective layer and the microprism film, or outgassing from the microprism film.
  • the present invention is based on the object of providing an improved illuminated glazing unit in which the light from a light source irradiates a reflective structure through a transparent layer and is coupled into the transparent layer by reflection on a reflective surface of the reflective structure.
  • the reflective surface should be provided with a reflective coating which adheres stably and, in particular, does not detach from the reflective surface even under thermal stress.
  • the illuminated glazing element in the sense of the invention is a pane-like or plate-like object that comprises at least one pane of glass and is in particular structurally formed from at least one pane of glass.
  • the glazing element can be a single pane of glass and structurally consist only of the said pane of glass.
  • the glazing element can alternatively be a composite pane or insulating glazing that contains the said pane of glass.
  • a composite pane the pane of glass is connected to another pane via a thermoplastic intermediate layer.
  • an insulating glazing the pane of glass is connected to another pane via a circumferential spacer in the edge area, whereby a typically inert gas-filled or evacuated space between the panes is formed.
  • the glazing element can be used as a window pane, for example as Window panes of vehicles, buildings or interiors.
  • the glazing element can also be used as a component of furniture or electrical equipment, for example as a door pane of a cupboard or shelf or as a pane of an oven door.
  • the glazing element can also be used as such as a furnishing item, for example as a display panel in bars or discotheques.
  • the illuminated glazing element according to the invention comprises or contains at least one transparent layer and a light source which is intended and suitable for generating light.
  • the transparent layer has a first surface (main surface), a second surface (main surface) and a side edge surface running between them.
  • the light source is arranged such that the light is radiated (at least partially) into the transparent layer via the second surface. The light passes through the transparent layer and strikes the first surface.
  • a reflective structure having a reflective surface is formed in the first surface or attached to the first surface.
  • the reflective surface has a plurality of sections inclined to the second surface and is configured such that the light radiated into the transparent layer and passed through the transparent layer is reflected at the reflective surface and at least partially coupled back into the transparent layer.
  • the light is reflected by the reflective surface into the transparent layer and coupled into it at a coupling angle that is suitable for the coupled-in light to spread at least partially (at least part of the coupled-in light) in the transparent layer, in particular by total reflection at the first surface and the second surface of the transparent layer.
  • the light passes through the transparent layer, strikes the first surface and is reflected there if the reflective structure is formed in the first surface; the reflective surface of the reflective structure is then a partial area of the first surface and the light is reflected by this partial area;
  • the light passes through the transparent layer, exits the transparent layer again via the first surface and is reflected on the reflective surface of the reflective structure if the reflective structure is attached to the first surface; preferably the light exiting the transparent layer passes through the reflective structure and is reflected on its surface facing away from the transparent layer, which forms the reflective surface.
  • the reflective surface is provided with a reflective coating.
  • the reflective coating comprises at least one primer layer and one reflective layer based on a metal or a metal alloy, which are arranged in the specified order starting from the reflective surface.
  • the primer layer is therefore arranged below the reflective layer and the reflective layer above the primer layer. In other words, the primer layer is arranged between the reflective layer and the reflective surface.
  • the primer layer according to the invention improves in particular the adhesion of the reflective coating to the reflective surface. This means that delamination effects can be avoided and the reflective coating adheres stably to the reflective surface even after an aging test.
  • the primer layer also acts as a barrier between the reflective structure and the metal-containing reflective layer. This prevents, for example, the diffusion of chemical components or oxygen from the reflective structure into the reflective layer, which can effectively reduce the aging and corrosion of the reflective layer.
  • the different layers of the reflective coating are preferably thin layers. In the sense of the invention, this means layers with a thickness of less than 1 pm.
  • the thin layers are deposited in particular by means of gas phase deposition.
  • first layer is deposited above a second layer, this means in the sense of the invention that it has a greater distance from the reflective surface than the second layer. If a first layer is deposited below a second layer, it has a smaller distance from the reflective surface than the second layer.
  • a layer of the reflective coating is based on a material, this means in the sense of the invention that the layer consists predominantly of the material, i.e. in a proportion of at least 50 wt.%, preferably at least 70 wt.%, particularly preferably at least 90 wt.%.
  • the layer can also in particular Contain dopants and/or impurities, preferably in a proportion of up to 10 wt.%.
  • the reflective layer of the reflective coating is preferably based on silver or aluminum. This achieves particularly good reflective properties.
  • the proportion of said metal in the reflective layer is preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, very particularly preferably at least 99%.
  • the reflective layer can contain dopants or impurities.
  • the reflective layer preferably has a thickness of 50 nm to 250 nm. This achieves particularly good reflective properties.
  • the reflective layer is based on silver, its thickness is preferably from 50 nm to 150 nm, particularly preferably from 80 nm to 120 nm, for example about 100 nm. If the reflective layer is based on aluminum, its thickness is preferably from 150 nm to 250 nm, particularly preferably from 180 nm to 220 nm, for example about 200 nm. This is advantageous with regard to the reflective properties without having to use too much material. In the context of the present invention, the thickness always means the geometric layer thickness, not the optical layer thickness, which results from the product of the geometric thickness and the refractive index.
  • the primer layer of the reflective coating is preferred
  • NiCr nickel-chromium
  • NiV nickel-vanadium
  • SiCh silicon oxide
  • SiN ⁇ silicon nitride
  • SiO x N y silicon oxynitride
  • ZnAI zinc-aluminium
  • the primer layer preferably has a thickness of 0.5 nm to 10 nm. If the primer layer is based on a metal or a metal alloy, in particular selected from the aforementioned metals and metal alloys, its thickness is particularly preferably from 0.5 nm to 5 nm, very particularly preferably from 1 nm to 3 nm. If the primer layer is based on an oxide, nitride or oxynitride, in particular selected from the aforementioned oxides, nitrides and oxynitrides, its thickness is particularly preferably from 5 nm to 10 nm.
  • the primer layer is based on a metal or a metal alloy and is comparatively thin with a thickness of 0.5 nm to 5 nm, in particular 1 nm to 3 nm.
  • the direction of propagation of the light from the light source is then influenced very little.
  • Particularly preferred metals and metal alloys are those mentioned above, i.e.
  • Nickel alloys in particular nickel-chromium (NiCr) or nickel-vanadium (NiV),
  • Zn zinc-aluminium
  • ZnAI zinc-aluminium
  • the primer layer is preferably in direct contact with the reflective surface of the reflective structure, particularly preferably also with the reflective layer.
  • the reflective coating comprises a corrosion protection layer that is arranged above the reflective layer.
  • the reflective layer is therefore arranged between the primer layer and the corrosion protection layer.
  • the corrosion protection layer protects the layers underneath, in particular the reflective layer, from corrosion. This is particularly advantageous if the reflective structure is not stored in an airtight manner in the glazing element immediately after the reflective coating has been applied, but is first stored or is exposed to air for a longer period during the manufacture of the glazing element. In such a case, the metal-based reflective Layer can corrode, particularly oxidize due to atmospheric oxygen, which is prevented or at least significantly delayed by the corrosion protection layer.
  • the corrosion protection layer is preferred
  • NiCr nickel-chromium
  • NiV nickel-vanadium
  • SiCh silicon oxide
  • SiN ⁇ silicon nitride
  • SiO x N y silicon oxynitride
  • ZnAI zinc-aluminium
  • the corrosion protection layer preferably has a thickness of 10 nm to 50 nm, particularly preferably 30 nm to 40 nm. With these thicknesses, good corrosion protection is achieved without having to use too much material.
  • a passivating oxide layer can form on the surface of the corrosion protection layer (the exposed surface facing away from the reflective layer), particularly if the corrosion protection layer is based on a metal or a metal alloy.
  • the reflective layer can in principle have further layers. In a preferred embodiment, however, the reflective layer is in direct contact with the primer layer (and the anti-corrosive layer, if present). Above the electrically conductive layer (if there is no anti-corrosive layer) or above the anti-corrosive layer (if such a layer is present), a further layer can be provided, which, for example, improves the connection to adjacent components of the glazing element or serves as a barrier to this.
  • the reflection layer consists only of the layers mentioned here (primer layer, electrically conductive layer, optionally corrosion protection layer) and has no further layers.
  • the reflective layer therefore particularly preferably consists exclusively of the primer layer and the reflective layer or of the primer layer, the reflective layer and the corrosion protection layer.
  • the transparent layer of the glazing element can also be referred to as a transparent layer, a light-conducting layer or a light-conducting layer. It is in particular a transparent glass or polymer layer.
  • the transparent layer is preferably a rigid layer. It can be designed, for example, as a glass pane or plate or as a plastic pane or plate.
  • the glass pane or plastic pane can form an outer pane of the glazing element that is exposed to the environment or can be embedded in the glazing element as a light guide plate.
  • a flexible light guide film can also be embedded in the glazing element and act as a transparent layer, for example a PET film with a thickness of 30 pmm to 200 pm.
  • the transparent layer has the task of distributing the light radiated by the light source over the surface of the glazing element in the manner of a light guide.
  • the transparency of the transparent layer refers in particular to the wavelength or wavelength range of the light source.
  • the transparent layer preferably has a light transmission of at least 70% compared to the light from the light source, particularly preferably at least 80%, and very particularly preferably at least 90%.
  • the first surface of the transparent layer faces away from the light source
  • the second surface of the transparent layer faces the light source.
  • the light source irradiates the transparent layer, the light entering the transparent layer via the second surface, passing through the transparent layer and striking the first surface of the transparent layer.
  • the second surface is in particular smooth (flat or curved).
  • the first surface is preferably also smooth and arranged parallel to the second surface - with the exception of the region of the reflective surface if the reflective structure is formed directly in the first surface.
  • the reflective structure serves to couple light into the transparent layer. It is located opposite the light source on the first surface of the transparent layer arranged, in particular attached to the first surface of the transparent layer, or formed in the first surface, so that the light passing through the transparent layer strikes the reflective structure and is reflected (at least partially) back towards the transparent layer by its reflective surface, which is provided with the reflective coating.
  • the entire first surface of the transparent layer is provided with the reflective structure, but only a partial area of the first surface that is irradiated by the light source.
  • the reflective structure can comprise a separate component of the glazing unit or be formed from it, in particular a microprism film.
  • the component is attached to the first surface, for example glued.
  • the reflective surface of the reflective structure faces away from the transparent layer.
  • the component is transparent. The light from the light source exits the transparent layer again via the first surface, passes through the component and hits its reflective surface, where it is reflected and passes through the component again and re-enters the transparent layer via the first surface.
  • a microprism film is a flexible, in particular foil-like polymer film that has a smooth surface that faces the transparent layer and is in particular arranged on it, and a structured surface that faces away from the transparent layer.
  • the structured surface is in the form of a planar arrangement of a plurality of prisms with dimensions in the micrometer range, the prism surfaces forming the inclined sections of the reflective surface.
  • the microprisms (provided with the reflective coating) act in particular as reflection prisms and reflect the light that hits them in a direction that depends on the angle of inclination of the prism surfaces and the angle of incidence of the light.
  • Microprism films are commercially available and can be purchased or specially produced during the manufacture of the glazing element according to the invention.
  • the edge length of the individual microprisms is preferably from 10 pm to 250 pm, particularly preferably from 20 pm to 100 pm, for example about 30 pm.
  • the microprism film can be multilayered. Microprism films are commonly used which have a substrate layer, for example based on Polyethylene terephthalate (PET), on which the microprisms are formed from a UV-curing polyacrylate.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • the microprism film is transparent and preferably has a light transmission of at least 70°, particularly preferably at least 80°, and most preferably at least 90°, relative to the light from the light source. It is advantageous if the difference between the refractive indices of the transparent layer and the microprism film is as small as possible in order to avoid reflection losses at the interface between the transparent layer and the microprism film. Preferably, the said difference in the refractive indices is at most 0.02 (based on a wavelength of 550 nm), particularly preferably at most 0.01. If the transparent layer and the microprism film differ in their refractive index, the microprism film preferably has a higher refractive index than the transparent layer, which is advantageous for coupling in light with high yield.
  • a rigid microprism plate can also be used, i.e. a rigid plastic plate with a flat arrangement of microprisms.
  • the reflective structure can also be formed directly in the first surface of the transparent layer.
  • a portion of the first surface is formed as a reflective surface. This is relatively easy to achieve, especially if the transparent layer is a polymer layer, for example a plastic disc or plate.
  • the light is reflected directly on the first surface and thrown back into the transparent layer without exiting the transparent layer. If the reflective surface with the reflective coating is only partially reflective, then of course part of the light exits the transparent layer via the first surface and is not reflected.
  • the reflective surface of the reflective structure has sections that are inclined to the second surface of the transparent layer.
  • the sections are not arranged parallel to the second surface, but at an angle of greater than 0° to the second surface.
  • the said sections are arranged at an angle to the second surface that is between 0° and 90°, preferably from 28° to 60° or from 30° to 60°, very particularly preferably from 30° to 50°, in particular from 40° to 50°, for example about 45°. This refers to the absolute value of the respective angle.
  • the sections can be inclined in different directions.
  • the sections are preferably also inclined to one another. This means that adjacent sections are inclined to one another, i.e. they are not arranged parallel, but at an angle between 0° and 180° to one another.
  • the said portions of the reflective surface are preferably substantially planar.
  • the inclination of the portions of the reflective surface to the second surface of the transparent layer determines the angle at which the reflected light is reflected back into the transparent layer.
  • the first and second surfaces of the transparent layer represent interfaces with the adjacent medium, either the surrounding atmosphere or another layer or position of the glazing element.
  • the adjacent medium has a different refractive index than the transparent layer.
  • this results in a critical angle of total reflection, which is determined as a T arcsinf— ), where ni is the refractive index of the transparent layer and n2 is the refractive index of the adjacent medium.
  • the sections of the reflective surface are in particular inclined in such a way that at least part of the light is reflected back into the transparent layer at such an angle of coupling that it hits the second surface at an angle (angle of incidence) that is greater than the critical angle of total reflection.
  • the light beam is totally reflected at the second surface at an angle of reflection that corresponds to the angle of incidence.
  • the light hits the first surface at exactly this angle of incidence, where it is again totally reflected.
  • the light does not pass into the environment and, as a result of repeated total reflection, spreads out in the transparent layer essentially without loss, being reflected back and forth between the two surfaces of the transparent layer.
  • the angle of incidence refers to the angle that the light beam incident on the surface makes to the surface normal of the surface at the point of impact.
  • the angle of reflection is also determined analogously to the surface normal, as is the critical angle of total reflection.
  • the medium adjacent to the first surface of the transparent layer differs from the medium adjacent to the second surface.
  • composite panes consisting of two laminated glass panes, one of the glass panes being used as a transparent layer. Then one of the surfaces of said glass pane borders on the surrounding atmosphere and the other surface borders on the thermoplastic intermediate layer of the composite pane. Therefore, different critical angles of total reflection occur on the two surfaces.
  • the reflective surface is designed in such a way that at least part of the light is reflected back into the transparent layer at such an input angle that it hits the second surface at an angle (angle of incidence) which is greater than the larger critical angle of total reflection.
  • the light spreads in the transparent layer until it either hits the side edge surface of the transparent layer and is coupled out there or hits a light-scattering structure on one of the two surfaces of the transparent layer, which interrupts the total reflection by light scattering, whereby the light is coupled out of the transparent layer via the surface in question.
  • the glazing element is provided with a light source which is suitable for coupling light into the glass pane.
  • the light source emits visible light, i.e. electromagnetic radiation in the visible spectral range, in particular in the range from 380 nm to 780 nm.
  • the light source can have one or more emission bands which are arranged in the visible spectral range and cover part of it. However, the light source can also have a broad emission band which covers the entire visible spectral range.
  • the emission band(s) - and thus the color of the emitted light - can be freely selected according to the requirements of the specific application.
  • the glazing element can have a single light source or several separate light sources whose light is coupled into the transparent layer at different locations.
  • the light source preferably comprises at least one light-emitting diode (LED).
  • the light source can be a single light-emitting diode, but it is preferably an arrangement of several light-emitting diodes.
  • the said arrangement is preferably installed in a common housing, for example as a linear arrangement in which the light-emitting diodes are arranged along a line.
  • the electroluminescent material of the light-emitting diode can be, for example, an inorganic semiconductor or an organic semiconductor. In the latter case, one also speaks of an organic light-emitting diode (OLED).
  • the light from the light source can be radiated into the glazing unit directly or via an optical element, for example a lens.
  • the light from the light source is radiated into the glazing element or into the transparent layer via a collimator.
  • the collimator generates a light beam from the typically divergent light beam from the light source, preferably with a substantially parallel beam path, or at least a less divergent, i.e. more concentrated beam path.
  • the collimator is a type of converging lens, in whose focal point the light source is arranged.
  • the collimator can be made of glass or a transparent plastic, for example, in particular polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • a separate collimator can be provided for each light-emitting diode.
  • a common collimator is preferably used for the entire LED arrangement.
  • a rod-like collimator can be used, the length of which corresponds at least to the length of the LED arrangement.
  • the collimator is preferably attached to the exposed (interior side) surface of the inner pane, for example glued.
  • the light source is attached to the surface of the collimator facing away from the composite pane, for example glued, screwed or locked into the collimator.
  • the collimator is preferably attached to the second surface, for example glued.
  • the collimated light beam is preferably irradiated into the glazing element at an angle of incidence other than 0°.
  • the angle of incidence is determined as the angle to the surface normal on the exposed surface of the glazing element facing the light source, for example the interior surface of the inner pane of a composite pane.
  • the angle of incidence is selected such that as large a proportion of the light as possible (preferably essentially all of the light) is coupled into the transparent layer in such a way that total reflection occurs on the surfaces of the transparent layer and the light thus spreads in the transparent layer.
  • the suitable angle of incidence lies in an angular range which depends significantly on the refractive indices of the media adjacent to the transparent layer (similar to the numerical aperture of a light guide).
  • the suitable angle of incidence also depends on the orientation of the inclined sections of the reflective surface relative to the light source and (in the case of a separate component with the reflective surface, in particular a microprism film) also on the refractive index of the material of the said component.
  • the orientation (inclination) of the sections of the reflective surface of the reflective structure determines the direction of the reflected light (angle of incidence corresponds to angle of reflection).
  • the appropriate angle of incidence can be selected by the specialist in the specific application using simple optical calculations.
  • An angle of incidence other than 0° is achieved, for example, by the surface of the collimator facing the transparent layer not being arranged parallel to the surface facing the light source to which the light source is attached.
  • the transparent layer according to the invention is provided with at least one light-scattering structure which is suitable for coupling the light out of the transparent layer via its first surface and/or via its second surface.
  • the light-scattering structure is on the first or the second surface arranged or is in contact with one of these surfaces.
  • the light-scattering structure appears as a luminous surface of the glazing element. This can be used, for example, to illuminate an interior or to display symbols or patterns that serve to convey information or may be intended for purely aesthetic reasons.
  • the light-scattering structure can be present in a single, connected area of the glass pane or in several separate areas. The light-scattering structure allows any shape or pattern to be realized.
  • the light-scattering structure can be applied directly to the first or second surface of the transparent layer or formed there.
  • the light-scattering structure can be provided, for example, on a carrier film which is attached to the first or second surface, for example by gluing.
  • the glazing element according to the invention is a composite pane
  • the light-scattering structure can be applied to the surface of a thermoplastic intermediate layer which is in contact with the transparent layer.
  • the light-scattering structure (for example applied to a carrier film) can be inserted between the transparent layer and the intermediate layer.
  • the light-scattering structure is designed as a print, in particular as a print on one of the surfaces of the transparent layer or - in the case of a composite pane - on the surface of the adjacent intermediate layer facing the transparent layer.
  • the transparent layer consists of glass (for example the inner pane of a composite pane or an embedded light guide plate made of glass)
  • a print on this is preferably designed as a light-scattering enamel.
  • This enamel can be printed on using a screen printing process, for example. It preferably contains glass frits, which are burned into the surface of the glass layer, creating a roughened and therefore light-scattering surface.
  • a print on a polymer layer can be realized by printing a surface of the polymer layer with a light-scattering printing paste, for example using a screen printing process.
  • the light-scattering structure is transparent so that it does not significantly restrict visibility through the glazing element.
  • the print (the enamel or printing paste) therefore preferably does not contain any pigment.
  • opaque or semi-transparent light-scattering structures with pigments are also conceivable, for example white structures.
  • Light-scattering structures can also be formed by roughening the relevant surface of the transparent layer. This roughening can be done mechanically (for example using grinding techniques) or by laser processing. Laser processing has the advantage, particularly in the case of a composite pane, that the light-scattering structure can also be introduced into the finished laminated composite pane, even if it is to be located inside the composite pane, since the laser radiation can also be focused on a plane inside the composite pane. Laser processing also makes it possible to form the light-scattering structure inside the transparent layer rather than on a surface.
  • the light-scattering structure is not absolutely necessary within the scope of the present invention. Applications are also conceivable in which the light is to be coupled out via the side edge surface of the transparent layer, whereby no light-scattering structures are necessary on the first or second surface.
  • the glazing element can be a monolithic pane, in particular a single pane of glass. Structurally, the glazing element is formed exclusively by a single pane of glass, which also functions as a transparent layer in the sense of the invention.
  • the pane of glass has, for example, a thickness of 1 mm to 10 mm and is preferably made of soda-lime glass.
  • the pane of glass is preferably made of clear glass without tints or coloring.
  • the single pane of glass is typically intended as a window pane for separating an interior from an external environment. It has an interior-side surface that faces the interior in the installed position and an exterior-side surface that faces the external environment in the installed position.
  • the interior-side surface is preferably the second surface in the sense of the invention and the light source is attached to it.
  • the exterior surface is the first surface in the sense of the invention and is provided with the reflective structure.
  • a single polymer pane made of a clear, transparent plastic can in principle also be used.
  • the glazing element according to the invention is designed as a composite pane.
  • the composite pane comprises an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via at least one thermoplastic intermediate layer.
  • the outer pane and the inner pane each have an interior-side surface which, in the installed position, faces the interior, and an exterior-side surface which, in the installed position, faces the external environment.
  • the exterior and interior surfaces are typically intended for viewing, with a side edge surface extending between them.
  • the interior-side surface of the outer pane and the exterior surface of the inner pane face one another and are connected to one another by the at least one intermediate layer.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass, in particular soda-lime glass, and each have a thickness of, for example, 0.5 mm to 10 mm, preferably 1 mm to 5 mm.
  • the intermediate layer (or each intermediate layer if there are several) is preferably made of a thermoplastic film, for example based on polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) or polyurethane (PU), and has a thickness of, for example, 0.3 mm to 1.0 mm.
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PU polyurethane
  • polymer panes made of a clear, transparent plastic can also be used as the outer pane and/or inner pane.
  • the light source is preferably attached to the interior surface of the inner pane.
  • a polymer film or layer is formed on the basis of a material, this means in the sense of the invention that the film or layer consists predominantly of the material, i.e. the proportion of the material is more than 50% by weight, preferably more than 60% by weight.
  • the film or layer can contain other components, for example plasticizers, stabilizers, UV or IR blockers.
  • the inner pane is preferably made of clear glass to allow light to enter efficiently.
  • the outer pane and the intermediate layers between the transparent layer and the outer pane can be tinted or colored.
  • the outer pane or the inner pane is the transparent layer in the sense of the invention, particularly preferably the inner pane.
  • the interior-side surface of the inner pane (or outer pane) is in particular the second surface in the sense of the invention, which outside surface the first surface that is provided with the reflective structure.
  • the reflective structure preferably comprises a separate component or is formed from it, in particular a microprism film.
  • the component is preferably attached to the outside surface of the inner pane (or outer pane). The component can be glued to the surface or (in the case of the inner pane) fixed there by the contact pressure of the at least one intermediate layer.
  • the composite pane has a light guide plate that is arranged between two intermediate layers.
  • the at least two intermediate layers and the light guide plate are arranged between the outer pane and the inner pane.
  • the light guide plate is the transparent layer in the sense of the invention, wherein the first surface in the sense of the invention is preferably the outside surface of the light guide plate and the second surface is the inside surface.
  • the light guide plate is a glass pane, in particular a comparatively thin glass pane with a thickness of 0.2 mm to 3 mm, preferably 0.5 mm to 2.1 mm, for example 0.5 mm to 1 mm.
  • the light guide plate can be a polymer light guide plate, preferably made of a clear, rigid plastic such as polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA), for example with a thickness in the ranges specified above for the glass light guide plate.
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the composite pane can also have a flexible light guide film (light guide foil) as a transparent layer.
  • a flexible light guide film light guide foil
  • the reflective structure can comprise a separate component or be formed from it, in particular a microprism film.
  • the component is attached to the first surface of the light guide plate, in particular the outside surface.
  • the component can be glued to the light guide plate or fixed there by the contact pressure of the adjacent intermediate layer.
  • the reflective structure can alternatively be formed directly in the first surface of the light guide plate (in its function as a transparent layer). This is comparatively easy to implement, in particular, if the light guide plate is made of plastic.
  • the reflective surface with the inclined surfaces can be created, for example, by removing material in an area of the first surface, for example by milling or grinding, by laser processing or by chemical processing such as etching.
  • the reflective surface can alternatively be formed by additionally applying polymeric material to the first surface, for example formed from UV-curing polyacrylate.
  • the composite pane preferably has an opaque masking area through which no view is possible.
  • This masking area is preferably arranged all the way around in an edge area of the composite pane and surrounds a central transparent see-through area in a frame-like manner. This is particularly common for vehicle windows.
  • the masking area is formed in particular by an opaque element which is arranged on the outside of the reflective structure, preferably between the reflective structure and the outer pane.
  • the masking area can be formed by an opaque cover print which is particularly preferably applied to the interior surface of the outer pane.
  • a tinted intermediate layer (or a tinted section of an intermediate layer) can form the said opaque element.
  • the glazing element can be flat or curved in one or more directions of the room.
  • the reflective coating is preferably deposited on the reflective surface by gas phase deposition, for example by chemical gas phase deposition (CVD), plasma-assisted chemical gas phase deposition (PECVD) or atomic layer deposition (ALD).
  • gas phase deposition for example by chemical gas phase deposition (CVD), plasma-assisted chemical gas phase deposition (PECVD) or atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical gas phase deposition
  • PECVD plasma-assisted chemical gas phase deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • PVD physical gas phase deposition
  • cathode sputtering and in particular magnetron sputtering are particularly preferred.
  • the glazing element is designed as a composite pane, known lamination processes can be used to manufacture it, for example autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calender processes, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the connection between the outer pane and the inner pane is usually carried out under the influence of heat, vacuum and/or pressure.
  • the invention also includes the use of a glazing element according to the invention as a window pane of a vehicle.
  • a particularly preferred use is a vehicle roof pane, which is used to illuminate the vehicle interior.
  • the vehicle can in principle be any land vehicle, watercraft or aircraft, and is preferably a passenger car, truck or rail vehicle.
  • the glazing element can also be used in buildings, for example as a window pane, glass facade or glass door in the outside or inside area, in particular as a window pane of a building or an interior.
  • the glazing element can also be used as a component of furniture, electrical devices, as a component of furnishings or as a furnishing.
  • the invention is explained in more detail below with reference to a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way.
  • Fig. 1 shows a cross section through an embodiment of the inventive
  • Fig. 2 shows an enlarged section Z from Figure 1 ,
  • Fig. 4 shows a cross section through a further embodiment of the inventive
  • FIG. 5 shows an enlarged section X from Figure 4.
  • Figure 1 shows a cross section of the glazing element.
  • a section Z is marked, which is shown enlarged in Figure 2.
  • a section Y is marked, which is shown enlarged in Figure 3.
  • the glazing element is designed as a composite pane.
  • the composite pane is intended, for example, as a roof pane of a vehicle, in particular a passenger car. For the sake of simplicity, it is shown flat, although such vehicle roof panes are typically curved.
  • the composite pane is structurally formed from an outer pane 1 and an inner pane 2, which are connected to one another by means of a thermoplastic intermediate layer 3.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist of soda-lime glass and each have a thickness of, for example, 2.1 mm.
  • the intermediate layer 3 is made of a PVB film with a thickness of, for example, 0.76 mm.
  • the inner pane 2 is clear, the outer pane 1 and the intermediate layer 3 are tinted in order to reduce the light transmission of the composite pane (for example to less than 15%), as is usual with vehicle roof panes.
  • the outer pane 1 faces the outside environment of the vehicle in the installed position. It has an outside surface I that faces the outside environment and an inside surface II that faces the vehicle interior.
  • the In the installed position, the inner pane 2 faces the vehicle interior. It has an outer surface III that faces the external environment and an inner surface IV that faces the vehicle interior.
  • the composite pane has a surrounding, opaque edge area in which a black masking print 9 is applied to the interior surface II, which prevents the view through the composite pane.
  • a light source 5 is attached to the interior surface IV of the inner pane 2 via a collimator 4.
  • the light source 5 is, for example, a linear arrangement of several LEDs.
  • the collimator 4 generates a directed, more concentrated light beam from the divergent radiation of the LEDs.
  • the light hits the inner pane 2 with an angle of incidence of, for example, 22° (measured to the surface normal of the interior surface IV) and with a full width at half maximum of +/- 4°.
  • the inner pane 2 functions as a transparent layer in the sense of the invention. It is intended as a flat light guide.
  • the light emitted by the light source 5 through the inner pane 3 is coupled into the inner pane 2.
  • the outer surface III of the inner pane 3 is provided with a reflective structure which is irradiated by the light from the light source 5.
  • the reflective structure is a microprism film 10 which is applied to a partial area of the outer surface III.
  • the surface of the microprism film 10 facing away from the inner pane 2 functions as the reflective surface 11 of the microprism film 10.
  • the microprism film 10 is constructed, for example, from two layers: a carrier layer made of PET facing the inner pane 2 and a layer made of a UV-curing polyacrylate from which the microprisms on the carrier layer are formed.
  • the light that has passed through the inner pane 2 passes through the microprism film 10 and hits the reflective surface 11. There it is reflected back towards the inner pane 2.
  • the light is deflected during reflection and radiated into the inner pane 2 in such a way that it (after transmission through the inner pane 2) strikes the interior surface IV with an angle of incidence (measured to the surface normal) that is greater than the largest critical angle of total reflection of the inner pane 2.
  • This largest critical angle occurs on the outside surface III, since here the difference between the refractive index of the inner pane and the refractive index of the adjacent medium (PVB intermediate layer 3) is the smallest.
  • the refractive index of the inner pane 2 is 1.53 and the refractive index of the intermediate layer 3 is 1.48. This results in a critical angle of total reflection of 75.31 °.
  • the light then spreads in the inner pane 2 like a light guide, being reflected back and forth between the surfaces III, IV (total reflection in each case).
  • light-scattering structures 6 made of transparent enamel are printed on the interior surface IV.
  • the light-scattering structures 6 therefore appear to a viewer as luminous surfaces which can be used for lighting, for example, or can display symbols or patterns.
  • the reflective surface 11 is provided with a reflective coating 20.
  • the reflective coating 20 is composed of (in this order starting from the microprism film 10) a primer layer 21, a reflective layer 22 and an anti-corrosion layer 23.
  • the primer layer 21 is, for example, a 1 nm thick layer of nickel vanadium (NiV).
  • the reflective layer 22 is, for example, a 100 nm thick layer of silver (Ag).
  • the reflective layer 22 provides the reflective properties of the reflective coating 20.
  • the primer layer 21 primarily improves the adhesion of the reflective layer 22 to the microprism film 10. Thanks to the primer layer 21, no delamination (detachment) of the reflective layer 22 occurs even under thermal stress.
  • the primer layer 21 also acts as a barrier between the microprism film 10 and the reflective layer 21, so that in particular the diffusion of chemical components of the microprism film 10 into the reflective layer 21 is prevented.
  • the anti-corrosion layer 23 is optional within the scope of the present invention. It is, for example, a 25 nm thick layer of copper (Cu), whereby a passivating layer of copper oxide may have formed on the surface.
  • the purpose of the anti-corrosion layer 23 is to protect the reflective layer 22 from corrosion if the microprism film 10 is exposed to air for a longer period of time before the composite pane is produced.
  • Figure 4 and Figure 5 each show a detail of a second embodiment of the glazing element according to the invention.
  • Figure 4 shows a cross section of the glazing element.
  • a section Z is marked there, which is shown enlarged in Figure 5.
  • the glazing element is again designed as a composite pane.
  • the outer pane 1 with the cover print 9 and the inner pane 2 with the light source 5 and the collimator 4 are designed in the same way as in the embodiment according to Figure 1.
  • the inner pane 2 that serves as a transparent layer in the sense of the invention, but rather a light guide plate 7 that is arranged between two thermoplastic intermediate layers 3.
  • the intermediate layers 2 are in turn each made of a PVB film with a thickness of, for example, 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the intermediate layer 3 adjacent to the inner pane 2 is clear, and the intermediate layer 3 adjacent to the outer pane 1 is tinted.
  • the light guide plate 7 is, for example, a plastic pane made of polycarbonate with a thickness of 0.7 mm. It has a first, outside surface i, which faces the external environment and the outer pane 1, and a second, interior surface ii, which faces the vehicle interior and the inner pane 2.
  • the light is emitted by the light source 5 through the inner pane 2, the adjacent intermediate layer 3 and the light guide plate 7 and coupled back into the light guide plate 7 via the outer surface i.
  • a microprism film 10 can be arranged on the outer surface i.
  • the reflective structure with the reflective surface 8 is directly in the outer Surface i of the light guide plate.
  • the inclined sections of the reflective surface 8 are, for example, embossed into the outer surface i.
  • the reflective surface 8 is provided with the reflective coating 20, which is designed in the same way as in the embodiment of Figure 3.
  • the light passing through the light guide plate 7 is reflected on the outside surface i, namely by the reflective surface 8, which forms a partial area of the outside surface i. Due to the inclined sections of the reflective surface 8, this light coupling takes place at such an angle that the light is totally reflected on the surfaces i, ii and thus spreads in the light guide plate 7.
  • the light-conducting structures 6 are arranged on the interior surface ii of the light guide plate 7.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beleuchtetes Verglasungselement, umfassend eine transparente Schicht (2, 7) mit einer ersten Oberfläche (III, i) und einer zweiten Oberfläche (IV, ii) und eine Lichtquelle (5) zur Erzeugung von Licht, welche derart angeordnet ist, dass das Licht über die zweite Oberfläche (IV, ii) in die transparente Schicht (2, 7) eingestrahlt wird, wobei eine reflektierende Struktur mit einer reflektierenden Oberfläche (8, 11) in der ersten Oberfläche (III, i) ausgebildet oder an der ersten Oberfläche (III, i) befestigt ist, wobei die reflektierende Oberfläche (8, 11) eine Mehrzahl von zur zweiten Oberfläche (IV, ii) geneigten Abschnitten aufweist und derart konfiguriert ist, dass das in die transparente Schicht (2, 7) eingestrahlte Licht an der reflektierenden Oberfläche (8, 11) reflektiert wird und zumindest teilweise wieder in die transparente Schicht (2, 7) eingekoppelt wird mit einem Einkopplungswinkel, der dazu geeignet ist, dass sich das eingekoppelte Licht in der transparenten Schicht (2, 7) ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an der ersten Oberfläche (III, i) und der zweiten Oberfläche (IV, ii), und wobei die reflektierende Oberfläche (8, 11) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, welche ausgehend von der reflektierenden Oberfläche (8, 11) in der folgenden Reihenfolge umfasst: - eine Primer-Schicht (21) und - eine reflektierende Schicht (22) auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung.

Description

Beleuchtetes Verglasungselement mit einer beschichteten reflektierenden Struktur zur Lichteinkopplung
Die Erfindung betrifft eine beleuchtetes Verglasungselement und seine Verwendung.
Beleuchtete Verglasungselemente sind als solche bekannt. Zur Beleuchtung kann eine Lichtquelle, typischerweise eine Leuchtdiode, an der Seitenkantenfläche oder in einer Ausnehmung einer Glasscheibe des Verglasungselements angeordnet werden, so dass Licht über die Seitenkantenfläche beziehungsweise die Kantenfläche der Ausnehmung in die Glasscheibe eingekoppelt wird und sich dort infolge von Totalreflexion ausbreitet. Häufig wird das Licht durch lichtstreuende Strukturen wieder aus der Glasscheibe ausgekoppelt, wodurch die Beleuchtung realisiert wird. Die Form der lichtstreuenden Strukturen ist dabei frei wählbar, so dass beleuchtete Flächen beliebiger Form, beispielsweise als Muster, erzeugt werden können. Beleuchtete Verglasungselemente dieser Art sind beispielsweise aus WG2014/060409A1 oder WO2014/167291 A1 bekannt.
Im Fahrzeugbereich sind solche beleuchteten Verglasungselemente insbesondere als Dachscheiben interessant, durch welche der Innenraum beleuchtet werden kann. Die beleuchtete Glasscheibe stellt dabei typischerweise die Innenscheibe einer Verbundscheibe dar. Aber auch für andere Fahrzeugscheiben oder auch Scheiben im Gebäude- und Architekturbereich oder in Einrichtungsgegenständen können solche beleuchteten Verglasungselemente Verwendung finden. Statt der Ausleuchtung eines Innenraums können die durch die lichtstreuenden Strukturen ausgebildeten beleuchteten Flächen auch zur Darstellung von Informationen verwendet werden, beispielweise zur Darstellung von Richtungspfeilen, Statusanzeigen, Warnhinweisen, Preistafeln oder ähnlichem.
In der nachveröffentlichten internationalen Anmeldung WO2023144282A1 ist vorgeschlagen worden, dass Licht nicht über die Seitenkantenfläche, sondern über eine Hauptfläche der lichtleitenden Schicht (beispielsweise einer Glasscheibe oder Lichtleiterplatte) des Verglasungselements in die lichtleitende Schicht einzukoppeln. Dazu ist an der ersten Oberfläche der lichtleitenden Schicht eine reflektierende Struktur mit einer reflektierenden Oberfläche angebracht oder darin ausgebildet. Die reflektierende Oberfläche weist zueinander geneigte Abschnitte auf. Die reflektierende Struktur wird von einer Lichtquelle durch die lichtleitende Schicht hindurch bestrahlt, wobei das Licht an den geneigten Abschnitten der reflektierenden Oberfläche derart reflektiert wird, dass es sich infolge von Totalreflexion an den Oberflächen in der lichtleitenden Schicht ausbreitet. Die reflektierende Oberfläche ist dazu mit einer Reflexionsbeschichtung aus Silber oder Aluminium versehen. Die reflektierende Struktur kann beispielsweise als Mikroprismenfilm ausgebildet sein, welcher an der ersten Oberfläche der lichtleitenden Schicht angebracht ist.
Es hat sich gezeigt, dass es bei einem Mikroprismenfilm, der mit einer reflektierenden Schicht aus Silber oder Aluminium versehen ist, zu Delaminationserscheinungen kommen kann. So löst sich die Mikroprismenfilm bei Alterungstest, welche beispielsweise das Durchlaufen von Temperaturzyklen umfassen, mitunter vom Mikroprismenfilm ab. Ursächlich hierfür könnte ein unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizient von reflektierender Schicht und Mikroprismenfilm sein oder Ausgasungen aus dem Mikroprismenfilm.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte beleuchtete Verglasungseinheit bereitzustellen, bei der das Licht einer Lichtquelle eine reflektierende Struktur durch eine transparente Schicht hindurch bestrahlt und durch Reflexion an einer reflektierenden Oberfläche der reflektierenden Struktur in die transparente Schicht eingekoppelt wird. Die reflektierende Oberfläche soll dazu mit einer Reflexionsbeschichtung versehen sein, welche stabil anhaftet und sich insbesondere auch bei thermischer Belastung nicht von der reflektierenden Oberfläche ablöst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein beleuchtetes Verglasungselement gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das beleuchtete Verglasungselement ist im Sinne der Erfindung ein scheiben- oder plattenartiger Gegenstand, der mindestens eine Glasscheibe umfasst und insbesondere strukturell aus mindestens einer Glasscheibe ausgebildet ist. Das Verglasungselement kann eine Einzelglasscheibe sein und dabei strukturell nur aus der besagten Glasscheibe bestehen. Das Verglasungselement kann alternativ eine Verbundscheibe oder Isolierverglasung sein, welche die besagte Glasscheibe enthält. Bei einer Verbundscheibe ist die Glasscheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht mit einer weiteren Scheibe verbunden. Bei einer Isolierverglasung ist die Glasscheibe über einen umlaufenden Abstandshalter im Randbereich mit einer weiteren Scheibe verbunden, wodurch ein typischerweise Inertgas-gefüllter oder evakuierter Scheibenzwischenraum ausgebildet wird. Das Verglasungselement kann als Fensterscheibe eingesetzt werden, beispielsweise als Fensterscheibe von Fahrzeugen, Gebäuden oder Innenräumen. Das Verglasungselement kann aber auch als Bestandteil von Möbeln oder elektrischen Geräten verwendet werden, beispielsweise als Türscheibe eines Schranks oder Regals oder als Scheibe einer Ofentür. Das Verglasungselement kann auch als solches als Einrichtungsgegenstand verwendet werden, beispielsweise als Anzeigetafel in Bars oder Diskotheken.
Das erfindungsgemäße beleuchtete Verglasungselement umfasst beziehungsweise enthält zumindest eine transparente Schicht und eine Lichtquelle, welche zur Erzeugung von Licht vorgesehen und geeignet ist. Die transparente Schicht weist eine erste Oberfläche (Hauptfläche), eine zweite Oberfläche (Hauptfläche) und eine dazwischen verlaufenden Seitenkantenfläche auf. Die Lichtquelle ist derart angeordnet, dass das Licht (zumindest teilweise) über die zweite Oberfläche in die transparente Schicht eingestrahlt wird. Das Licht tritt durch die transparente Schicht hindurch und trifft auf die erste Oberfläche.
Eine reflektierende Struktur, die eine reflektierende Oberfläche aufweist, ist in der ersten Oberfläche ausgebildet oder an der ersten Oberfläche befestigt. Die reflektierende Oberfläche weist eine Mehrzahl von zur zweiten Oberfläche geneigten Abschnitten auf und ist derart konfiguriert, dass das in die transparente Schicht eingestrahlte und durch die transparente Schicht hindurchgetretene Licht an der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird und zumindest teilweise wieder in die transparente Schicht eingekoppelt wird. Dabei wird das Licht durch die reflektierende Oberfläche mit einem Einkopplungswinkel in die transparente Schicht reflektiert und in sie eingekoppelt, der dazu geeignet ist, dass sich das eingekoppelte Licht zumindest teilweise (zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts) in der transparenten Schicht ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der transparenten Schicht.
Genauer gesagt
- tritt das Licht durch die transparente Schicht hindurch, trifft auf die erste Oberfläche und wird dort reflektiert, falls die reflektierende Struktur in der ersten Oberfläche ausgebildet ist; die reflektierende Oberfläche der reflektierenden Struktur ist dann ein Teilbereich der ersten Oberfläche und das Licht wird von diesem Teilbereich reflektiert;
- tritt das Licht durch die transparente Schicht hindurch, tritt über die erste Oberfläche wieder aus der transparenten Schicht aus und wird an der reflektierenden Oberfläche der reflektierenden Struktur reflektiert, falls reflektierende Struktur an der ersten Oberfläche befestigt ist; bevorzugt tritt das aus der transparenten Schicht austretende Licht durch die reflektierende Struktur hindurch und wird an deren von der transparenten Schicht abgewandten Oberfläche, welche die reflektierende Oberfläche bildet, reflektiert.
Die reflektierende Oberfläche ist mit einer Reflexionsbeschichtung versehen. Die Reflexionsbeschichtung umfasst erfindungsgemäß zumindest eine Primer-Schicht und eine reflektierende Schicht auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung, die in der angegebenen Reihenfolge ausgehend von der reflektierenden Oberfläche angeordnet sind. Die Primer-Schicht ist also unterhalb der reflektierenden Schicht angeordnet, und die reflektierende Schicht oberhalb der Primer-Schicht. Anders ausgedrückt ist die Primer-Schicht zwischen der reflektierenden Schicht und der reflektierenden Oberfläche angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Primer-Schicht wird insbesondere die Adhäsion der Reflexionsbeschichtung an der reflektierenden Oberfläche verbessert. Dadurch können Delaminationseffekte vermieden werden, die Reflexionsbeschichtung haftet auch nach Alterungstest stabil an der reflektierenden Oberfläche an. Die Primer-Schicht wirkt außerdem als Barriere zwischen der reflektierenden Struktur und der metallhaltigen reflektierenden Schicht. Dadurch wird beispielsweise die Diffusion von chemischen Bestandteilen oder Sauerstoff aus der reflektierenden Struktur in die reflektierende Schicht verhindert, wodurch die Alterung und Korrosion der reflektierenden Schicht wirksam reduziert werden können. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Die unterschiedlichen Schichten der Reflexionsbeschichtung sind bevorzugt Dünnschichten. Damit sind im Sinne der Erfindung Schichten mit einer Dicke von weniger als 1 pm gemeint. Die Dünnschichten sind insbesondere mittels Gasphasenabscheidung abgeschieden.
Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht abgeschieden, so bedeutet das im Sinne der Erfindung, dass sie einen größeren Abstand zur reflektierenden Oberfläche aufweist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht abgeschieden, so weist sie einen geringeren Abstand zur reflektierenden Oberfläche auf als die zweite Schicht.
Ist eine Schicht der Reflexionsbeschichtung auf Basis eines Materials ausgebildet, so bedeutet das im Sinne der Erfindung, dass die Schicht mehrheitlich aus dem Material besteht, also zu einem Anteil von mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%. Die Schicht kann außerdem insbesondere Dotierungen und/oder Verunreinigungen enthalten, bevorzugt mit einem Anteil bis zu 10 Gew.-%.
Die reflektierende Schicht der Reflexionsbeschichtung ist bevorzugt auf Basis von Silber oder Aluminium ausgebildet. Damit werden besonders gute reflektierende Eigenschaften erreicht. Der Anteil des besagten Metalls an der reflektierenden Schicht beträgt bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%, ganz besonders bevorzugt mindestens 99%. Daneben kann die reflektierende Schicht Dotierungen oder Verunreinigungen enthalten.
Die reflektierende Schicht weist bevorzugt eine Dicke von 50 nm bis 250 nm auf. Damit werden besonders gute reflektierende Eigenschaften erreicht.
Wenn die reflektierende Schicht auf Basis von Silber ausgebildet ist, so beträgt ihre Dicke bevorzugt von 50 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt von 80 nm bis 120 nm, beispielsweise etwa 100 nm. Wenn die reflektierende Schicht auf Basis von Aluminium ausgebildet ist, so beträgt ihre Dicke bevorzugt von 150 nm bis 250 nm, besonders bevorzugt von 180 nm bis 220 nm, beispielsweise etwa 200 nm. Das ist vorteilhaft im Hinblick auf die reflektierenden Eigenschaften, ohne dass allzu viel Material eingesetzt werden muss. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist mit der Dicke immer die geometrische Schichtdicke gemeint, nicht etwa die optische Schichtdicke, die sich als Produkt der geometrischen Dicke und des Brechungsindex ergibt.
Die Primer-Schicht der Reflexionsbeschichtung ist bevorzugt
- auf Basis einer Nickel-Legierung, besonders bevorzugt Nickel-Chrom (NiCr) oder Nickel- Vanadium (NiV),
- auf Basis von Siliziumoxid (SiCh), Siliziumnitrid (SisN^ oder Siliziumoxinitrid (SiOxNy),
- auf Basis von Chrom (Cr) oder einer Chrom-Legierung,
- auf Basis von Zinn (Sn) oder einer Zinn-Legierung,
- auf Basis einer Titan-Legierung oder eines Oxids oder Nitrids einer Titan-Legierung,
- auf Basis von Zink (Zn) oder einer Zink-Legierung, besonders bevorzugt Zink-Aluminium (ZnAI), oder
- auf Basis von Kupfer (Cu) oder einer Kupfer-Legierung ausgebildet. Mit diesen Materialien werden gute Ergebnisse erreicht hinsichtlich der Adhäsion der Reflexionsbeschichtung und der Barrierewirkung der Primer-Schicht. Die Primer-Schicht weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 nm bis 10 nm auf. Wenn die Primer- Schicht auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung ausgebildet ist, insbesondere ausgewählt aus den vorstehend genannten Metallen und Metalllegierungen, so beträgt ihre Dicke besonders bevorzugt von 0,5 nm bis 5 nm, ganz besonders bevorzugt von 1 nm bis 3 nm. Wenn die Primer-Schicht auf Basis eines Oxids, Nitrids oder Oxinitrids ausgebildet ist, insbesondere ausgewählt aus den vorstehend genannten Oxiden, Nitriden und Oxinitriden, so beträgt ihre Dicke besonders bevorzugt von 5 nm bis 10 nm.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Primerschicht auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung ausgebildet ist, und mit einer Dicke von 0,5 nm bis 5 nm, insbesondere von 1 nm bis 3 nm, vergleichsweise dünn ausgebildet ist. Dann wird die Ausbreitungsrichtung des Lichts der Lichtquelle besonders wenig beeinflusst. Besonders bevorzugte Metalle und Metalllegierungen sind die vorstehend genannten, also
- Nickel-Legierungen, insbesondere Nickel-Chrom (NiCr) oder Nickel-Vanadium (NiV),
- Chrom (Cr) oder eine Chrom-Legierung,
- Zinn (Sn) oder eine Zinn-Legierung,
- Titan-Legierungen,
- Zink (Zn) oder eine Zink-Legierung, insbesondere Zink-Aluminium (ZnAI), oder
- Kupfer (Cu) oder eine Kupfer-Legierung.
Die Primer-Schicht steht bevorzugt mit der reflektierenden Oberfläche der reflektierenden Struktur in direktem Kontakt, besonders bevorzugt auch mit der reflektierenden Schicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Reflexionsbeschichtung eine Korrosionsschutzschicht, die oberhalb der reflektierenden Schicht angeordnet ist. Die reflektierende Schicht ist also zwischen der Primer-Schicht und der Korrosionsschutzschicht angeordnet. Die Korrosionsschutzschicht schützt die darunter befindlichen Schichten, insbesondere die die reflektierende Schicht, vor Korrosion. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die reflektierende Struktur nicht direkt nach dem Aufbringen der Reflexionsbeschichtung luftdicht im Verglasungselement eingelagert wird, sondern zunächst gelagert wird oder bei der Herstellung des Verglasungselements über einen längeren Zeitraum der Luft ausgesetzt ist. In einem solchen Fall könnte die metallbasierte reflektierende Schicht korrodieren, insbesondere durch den Luftsauerstoff oxidieren, was durch die Korrosionsschutzschicht verhindert oder zumindest signifikant verzögert wird.
Die Korrosionsschutzschicht ist bevorzugt
- auf Basis einer Nickel-Legierung, besonders bevorzugt Nickel-Chrom (NiCr) oder Nickel- Vanadium (NiV),
- auf Basis von Siliziumoxid (SiCh), Siliziumnitrid (SisN^ oder Siliziumoxinitrid (SiOxNy),
- auf Basis von Chrom (Cr) oder einer Chrom-Legierung,
- auf Basis von Zinn (Sn) oder einer Zinn-Legierung,
- auf Basis einer Titan-Legierung oder eines Oxids oder Nitrids einer Titan-Legierung,
- auf Basis von Zink (Zn) oder einer Zink-Legierung, besonders bevorzugt Zink-Aluminium (ZnAI), oder
- auf Basis von Kupfer (Cu) oder einer Kupfer-Legierung ausgebildet. Damit werden gute Ergebnisse erreicht.
Die Korrosionsschutzschicht weist bevorzugt eine Dicke von 10 nm bis 50 nm auf, besonders bevorzugt von 30 nm bis 40 nm. Mit diesen Dicken wird ein guter Korrosionsschutz erreicht, ohne dass allzu viel Material eingesetzt werden muss.
An der (von der reflektierenden Schicht abgewandten, exponierten) Oberfläche der Korrosionsschutzschicht kann sich eine passivierende Oxidschicht ausbilden, insbesondere wenn die Korrosionsschutzschicht auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung ausgebildet ist.
Die Reflexionsschicht kann grundsätzlich weitere Schichten aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung steht aber die reflektierende Schicht direkt mit der Primer-Schicht (und der Korrosionsschutzschicht, falls vorhanden) in Kontakt. Oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht (falls keine Korrosionsschutzschicht vorhanden ist) beziehungsweise oberhalb der Korrosionsschutzschicht (falls eine solche Schicht vorhanden ist) kann eine weitere Schicht vorgesehen sein, die beispielsweise die Anbindung an benachbarte Bestandteile des Verglasungselements verbessert oder als Barriere dazu dient.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Reflexionsschicht nur aus den hier genannten Schichten (Primer-Schicht, elektrisch leitfähige Schicht, optional Korrosionsschutzschicht) besteht und keine weiteren Schichten aufweist. Die Reflexionsschicht besteht also besonders bevorzugt ausschließlich aus der Primer-Schicht und der reflektierenden Schicht oder aus der Primer- Schicht, der reflektierenden Schicht und der Korrosionsschutzschicht.
Die transparente Schicht des Verglasungselements kann auch als transparente Lage, als lichtleitende Schicht oder als lichtleitende Lage bezeichnet werden. Sie ist insbesondere eine transparente Glas- oder Polymerschicht. Die transparente Schicht ist bevorzugt eine starre Schicht. Sie kann beispielsweise als Glasscheibe beziehungsweise -platte oder als Kunststoffscheibe beziehungsweise -platte ausgebildet sein. Die Glasscheibe oder Kunststoffscheibe kann eine äußere, der Umgebung gegenüber exponierte Scheibe des Verglasungselements bilden oder als Lichtleiterplatte im Verglasungselement eingelagert sein. Es kann auch ein flexibler Lichtleiterfilm im Verglasungselement eingelagert sein und als transparente Schicht fungieren, beispielsweise eine PET-Folie mit einer Dicke von 30 pmm bis 200 pm. Die transparente Schicht hat die Aufgabe, das von der Lichtquelle eingestrahlte Licht nach Art eines Lichtleiters über die Fläche des Verglasungselement zu verteilen.
Die namensgebende Transparenz der transparenten Schicht bezieht sich insbesondere auf die Wellenlänge beziehungsweise den Wellenlängenbereich der Lichtquelle. Die transparente Schicht weist bevorzugt eine Lichttransmission gegenüber dem Licht der Lichtquelle von mindestens 70% auf, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%.
Die erste Oberfläche der transparenten Schicht ist von der Lichtquelle abgewandt, die zweite Oberfläche der transparenten Schicht der Lichtquelle zugewandt. Die Lichtquelle bestrahlt die transparente Schicht, wobei das Licht über die zweite Oberfläche in die transparente Schicht eintritt, durch die transparente Schicht hindurchtritt und auf die erste Oberfläche der transparenten Schicht trifft.
Die zweite Oberfläche ist insbesondere glatt ausgebildet (plan oder gebogen). Die erste Oberfläche ist bevorzugt ebenfalls glatt ausgebildet und parallel zur zweiten Oberfläche angeordnet - mit Ausnahme des Bereichs der reflektierenden Oberfläche, falls die reflektierende Struktur direkt in der ersten Oberfläche ausgebildet ist.
Die reflektierende Struktur dient der Lichteinkopplung in die transparente Schicht. Sie ist der Lichtquelle gegenüberliegend auf der ersten Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet, insbesondere an der ersten Oberfläche der transparenten Schicht befestigt, oder in der ersten Oberfläche ausgebildet, so dass das durch die transparente Schicht hindurchgetretene Licht auf die reflektierende Struktur trifft und von ihrer reflektierenden Oberfläche, die mit der Reflexionsbeschichtung versehen ist, (zumindest teilweise) wieder in Richtung der transparenten Schicht reflektiert wird.
Typischerweise ist nicht die gesamte erste Oberfläche der transparenten Schicht mit der reflektierenden Struktur versehen, sondern nur ein Teilbereich der ersten Oberfläche, der von der Lichtquelle bestrahlt wird.
Die reflektierende Struktur kann ein separates Bauteil der Verglasungseinheit umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein, insbesondere einen Mikroprismenfilm. Das Bauteil ist an der ersten Oberfläche angebracht, beispielsweise angeklebt. Die reflektierende Oberfläche der reflektierenden Struktur ist von der transparenten Schicht abgewandt. Das Bauteil ist transparent. Das Licht der Lichtquelle tritt über die erste Oberfläche wieder aus der transparenten Schicht aus, tritt durch das Bauteil hindurch und trifft auf dessen reflektierende Oberfläche, wo es reflektiert wird und wieder durch das Bauteil hindurchtritt und über die erste Oberfläche wieder in die transparente Schicht eintritt.
Ein Mikroprismenfilm ist ein flexibler, insbesondere folienartiger polymerer Film, der eine glatte Oberfläche aufweist, die der transparenten Schicht zugewandt ist und insbesondere auf dieser angeordnet ist, und eine strukturierte Oberfläche, die von der transparenten Schicht abgewandt ist. Die strukturierte Oberfläche ist in Form einer flächigen Anordnung einer Mehrzahl von Prismen mit Abmessungen im Mikrometerbereich ausgebildet, wobei die Prismenoberflächen die geneigten Abschnitte der reflektierenden Oberfläche bilden. Die (mit der Reflexionsbeschichtung versehenen) Mikroprismen wirken insbesondere als Reflexionsprismen und werfen das auf sie treffende Licht in eine Richtung zurück, welche vom Neigungswinkel der Prismenoberflächen und dem Einstrahlwinkel des Lichts abhängt. Mikroprismenfilme sind kommerziell erhältlich und können zugekauft werden oder bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verglasungselements eigens hergestellt werden. Die Kantenlänge der einzelnen Mikroprismen beträgt bevorzugt von 10 pm bis 250 pm, besonders bevorzugt von 20 pm bis 100 pm, beispielsweise etwa 30 pm.
Der Mikroprismenfilm kann mehrschichtig ausgebildet sein. So sind Mikroprismenfilme gebräuchlich, welche eine Substratschicht aufweisen, beispielsweise auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET), auf der die Mikroprismen aus einem UV-härtenden Polyacrylat ausgebildet sind.
Der Mikroprismenfilm ist transparent und weist bevorzugt eine Lichttransmission gegenüber dem Licht der Lichtquelle von mindestens 70° auf, besonders bevorzugt mindestens 80°, ganz besonders bevorzugt mindestens 90°. Es ist vorteilhaft, wenn der Unterschied zwischen den Brechungsindizes von transparenter Schicht und Mikroprismenfilm möglichst gering ist, um Reflexionsverluste an der Grenzfläche zwischen transparenter Schicht und Mikroprismenfilm. Bevorzugt beträgt der besagte Unterschied der Brechungsindizes höchstens 0,02 (bezogen auf eine Wellenlänge von 550 nm), besonders bevorzugt höchstens 0,01. Unterscheiden sich die transparente Schicht und der Mikroprismenfilm im Brechungsindex, so weist bevorzugt der Mikroprismenfilm einen größeren Brechungsindex auf als die transparente Schicht, was vorteilhaft für eine Lichteinkopplung mit hoher Ausbeute ist.
Statt eines flexiblen Mikroprismenfilms kann grundsätzlich auch eine starre Mikroprismenplatte verwendet werden, also eine starre Kunststoffplatte mit einer flächigen Anordnung von Mikroprismen.
Die reflektierende Struktur kann aber auch direkt in der ersten Oberfläche der transparenten Schicht ausgebildet sein. Dazu ist ein Teilbereich der ersten Oberfläche als reflektierende Oberfläche ausgebildet. Dies ist insbesondere dann vergleichsweise einfach realisierbar, wenn die transparente Schicht eine polymere Schicht ist, beispielsweise eine Kunststoffscheibe oder -platte. Das Licht direkt an der ersten Oberfläche reflektiert und wieder in die transparente Schicht zurückgeworfen, ohne aus der transparenten Schicht auszutreten. Ist die reflektierende Oberfläche mit der Reflexionsbeschichtung nur teilreflektierenden ausgebildet, so tritt natürlich ein Teil des Lichts über die erste Oberfläche aus der transparenten Schicht aus und wird nicht reflektiert.
Die reflektierende Oberfläche der reflektierenden Struktur weist erfindungsgemäß Abschnitte auf, die zur zweiten Oberfläche der transparenten Schicht geneigt sind. Damit ist gemeint, dass die Abschnitte nicht parallel zur zweiten Oberfläche angeordnet sind, sondern in einem Winkel von größer 0° zur zweiten Oberfläche. Die besagten Abschnitte sind in einem Winkel zur zweiten Oberfläche angeordnet, zwischen 0° und 90° beträgt, bevorzugt von 28° bis 60° oder von 30° bis 60°, ganz besonders bevorzugt von 30° bis 50°, insbesondere von 40° bis 50°, beispielsweise etwa 45°. Gemeint ist der Absolutbetrag des jeweiligen Winkels. Die Abschnitte können in unterschiedliche Richtungen geneigt sein.
Die Abschnitte sind bevorzugt auch zueinander geneigt. Damit ist gemeint, dass einander benachbarte Abschnitte zueinander geneigt sind, also nicht parallel angeordnet sind, sondern in einem Winkel zwischen 0° und 180° zueinander.
Die besagten Abschnitte der reflektierenden Oberfläche sind bevorzugt im Wesentlichen plan. Die Neigung der Abschnitte der reflektierenden Oberfläche zur zweiten Oberfläche der transparenten Schicht bestimmt den Winkel, unter dem das reflektierte Licht wieder in die transparente Schicht zurück reflektiert wird.
Die erste und die zweite Oberfläche der transparenten Schicht stellen Grenzflächen zum angrenzenden Medium dar, entweder zur umgebenden Atmosphäre oder zu einer anderen Schicht beziehungsweise Lage des Verglasungselements. Typischerweise weist das angrenzende Medium einen anderen Brechungsindex auf als die transparente Schicht. In dem Fall, dass das angrenzende Medium einen geringeren Brechungsindex aufweist als die transparente Schicht, ergibt sich daraus ein Grenzwinkel der Totalreflexion, der bestimmt wird als aT = arcsinf— ), wobei ni der Brechungsindex der transparenten Schicht und n2 der Brechungsindex des angrenzenden Mediums ist.
Die Abschnitte der reflektierenden Oberfläche sind insbesondere derart geneigt, dass zumindest ein Teil des Lichts mit einem solchen Einkopplungswinkel in die transparente Schicht zurück reflektiert wird, dass es mit einem Winkel (Einfallswinkel) auf die zweite Oberfläche trifft, welcher größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Der Lichtstrahl wird an der zweiten Oberfläche totalreflektiert mit einem Ausfallswinkel, der dem Einfallswinkel entspricht. Das Licht trifft mit eben diesem Einfallswinkel auf die erste Oberfläche, wo es wiederum totalreflektiert wird. Das Licht tritt nicht in die Umgebung über und breitet sich infolge wiederholter Totalreflexion im Wesentlichen verlustfrei in der transparenten Schicht aus, wobei es gleichsam zwischen den beiden Oberflächen der transparenten Schicht hin und her reflektiert wird. Wie in der Strahlenoptik üblich wird mit Einfallswinkel derjenige Winkel bezeichnet, den der auf die Oberfläche einfallende Lichtstrahl zur Flächennormalen der Oberfläche am Ort des Auftreffens aufweist. Der Ausfallswinkel wird analog ebenfalls zur Flächennormalen bestimmt, ebenso wie der Grenzwinkel der Totalreflexion.
In bestimmten Ausgestaltungen der Erfindung unterscheidet sich das an die erste Oberfläche der transparenten Schicht angrenzende Medium von dem an die zweite Oberfläche angrenzenden Medium. Das ist beispielsweise bei Verbundscheiben der Fall, die aus zwei laminierten Glasscheiben bestehen, wobei eine der Glasscheiben als transparente Schicht genutzt werden. Dann grenzt eine der Oberflächen der besagten Glasscheibe an die umgebende Atmosphäre und die andere Oberfläche an die thermoplastische Zwischenschicht der Verbundscheibe. Daher treten an den beiden Oberflächen unterschiedliche Grenzwinkel der Totalreflexion auf. In diesem Fall ist die reflektierende Oberfläche derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil des Lichts mit einem solchen Einkopplungswinkel in die transparente Schicht zurück reflektiert wird, dass es mit einem Winkel (Einfallswinkel) auf die zweite Oberfläche trifft, welcher größer ist als der größere Grenzwinkel der Totalreflexion. Diese Lichtanteile breiten sich infolge wiederholter Totalreflexion an beiden Oberflächen in der transparenten Schicht aus.
Das Licht breitet sich in der transparenten Schicht aus, bis es entweder auf die Seitenkantenfläche der transparenten Schicht trifft und dort ausgekoppelt wird oder auf eine lichtstreuende Struktur auf einer der beiden Oberflächen der transparenten Schicht, welche die Totalreflexion durch Lichtstreuung unterbricht, wodurch das Licht über die betreffende Oberfläche aus der transparenten Schicht ausgekoppelt wird.
Das Verglasungselement ist mit einer Lichtquelle versehen, welche geeignet ist, Licht in die Glasscheibe einzukoppeln. Die Lichtquelle sendet im Betrieb sichtbares Licht aus, also elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im Bereich von 380 nm bis 780 nm. Die Lichtquelle kann eine oder mehrere Emissionsbanden aufweisen, welche im sichtbaren Spektralbereich angeordnet ist beziehungsweise sind und einen Teil davon abdeckt beziehungsweise abdecken. Die Lichtquelle kann aber auch eine breite Emissionsbande aufweisen, die den gesamten sichtbaren Spektral be re ich abdeckt. Die Emissionsbande(n) - und damit die Farbe des abgestrahlten Lichts - kann beziehungsweise können den Anforderungen im konkreten Anwendungsfall entsprechend frei gewählt werden. Das Verglasungselement kann eine einzelne Lichtquelle oder mehrere separate Lichtquellen aufweisen, deren Licht an unterschiedlichen Stellen in die transparente Schicht eingekoppelt wird.
Die Lichtquelle umfasst bevorzugt mindestens eine Leuchtdiode (LED, light-emitting diode). Die Lichtquelle kann eine einzelne Leuchtdiode sein, bevorzugt ist sie jedoch eine Anordnung mehrerer Leuchtdioden. Die besagte Anordnung ist bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut, beispielsweise als lineare Anordnung, bei der die Leuchtdioden entlang einer Linie angeordnet sind. Das elektrolumineszente Material der Leuchtdiode kann beispielsweise ein anorganischer Halbleiter oder ein organischer Halbleiter sein. In letztem Fall spricht man auch von einer organischen Leuchtdiode (OLED, organic light emitting diode).
Das Licht der Lichtquelle kann direkt oder über ein optisches Element, beispielsweise eine Linse, in die Verglasungseinheit eingestrahlt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Licht der Lichtquelle über einen Kollimator in das Verglasungselement beziehungsweise in die transparente Schicht eingestrahlt. Der Kollimator erzeugt aus dem typischerweise divergenten Lichtstrahl der Lichtquelle einen Lichtstrahl mit bevorzugt im Wesentlichen parallelem Strahlengang, zumindest aber weniger divergentem, also konzentrierterem Strahlengang. Das hat den Vorteil, dass der gesamte Lichtstrahl mit dem gleichen Einstrahlwinkel in das Verglasungselement eingestrahlt wird, insbesondere mit einem solcher Einstrahlwinkel, der in Verbindung mit der Neigung der Abschnitte der reflektierenden Oberfläche der reflektierenden Struktur dafür sorgt, dass ein möglichst großer Anteil des Lichts derart in die transparente Schicht eingekoppelt wird, dass Totalreflexion an den Oberflächen erfolgt. Dadurch wird die Lichtausbeute optimiert.
Der Kollimator ist im einfachsten Fall eine Art Sammellinse, in deren Brennpunkt die Lichtquelle angeordnet ist. Der Kollimator kann beispielsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein, insbesondere Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Ist die Lichtquelle als Anordnung mehrere Leuchtdioden ausgebildet, so kann für jede Leuchtdiode ein separater Kollimator vorgesehen sind. Bevorzugt wird aber ein gemeinsamer Kollimator für die gesamte LED-Anordnung verwendet. Im Falle einer linearen LED-Anordnung kann beispielsweise ein stabartiger Kollimator verwendet werden, dessen Länge mindestens der Länge der LED-Anordnung entspricht. Ist das Verglasungselement eine Verbundscheibe, so ist der Kollimator bevorzugt an der exponierten (innenraumseitigen) Oberfläche der Innenscheibe angebracht, beispielsweise angeklebt. Die Lichtquelle ist an der von der Verbundscheibe abgewandten Oberfläche des Kollimators angebracht, beispielsweise angeklebt, angeschraubt oder im Kollimator eingerastet. Ist das Verglasungselement eine monolithische Scheibe, insbesondere Einzelglasscheibe, so ist der Kollimator bevorzugt entsprechend an der zweiten Oberfläche angebracht, beispielsweise angeklebt.
Der kollimierte Lichtstrahl wird bevorzugt mit einem Einstrahlwinkel ungleich 0° in das Verglasungselement eingestrahlt. Der Einstrahlwinkel wird als Winkel zur Flächennormalen auf der exponierten, der Lichtquelle zugewandten Oberfläche des Verglasungselements bestimmt, beispielsweise der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe einer Verbundscheibe. Der Einstrahlwinkel wird derart gewählt, dass ein möglichst großer Anteil des Lichts (bevorzugt im Wesentlichen das gesamte Licht) derart in die transparente Schicht eingekoppelt wird, dass Totalreflexion an den Oberflächen der transparenten Schicht erfolgt und sich das Licht somit in der transparenten Schicht ausbreitet. Der geeignete Einstrahlwinkel liegt in einem Winkelbereich, welcher maßgeblich von den Brechungsindizes der an die transparente Schicht angrenzenden Medien abhängig ist (ähnlich der numerischen Apertur eines Lichtleiters). Der geeignete Einstrahlwinkel ist auch abhängig von der Orientierung der geneigten Abschnitte der reflektierenden Oberfläche relativ zur Lichtquelle und (im Falle eines separaten Bauteils mit der reflektierenden Oberfläche, insbesondere eines Mikroprismenfilms) auch vom Brechungsindex des Materials des besagten Bauteils. Die Orientierung (Neigung) der Abschnitte der reflektierenden Oberfläche der reflektierenden Struktur bestimmt die Richtung des reflektierten Lichts (Einfallswinkel entspricht Ausfallswinkel). Der geeignete Einstrahlwinkel kann vom Fachmann im konkreten Anwendungsfall durch einfache optische Berechnungen gewählt werden.
Ein Einstrahlwinkel ungleich 0° wird beispielsweise dadurch realisiert, dass die zur transparenten Schicht hingewandte Oberfläche des Kollimators zu der zur Lichtquelle hingewandten Oberfläche, an der die Lichtquelle befestigt wird, nicht parallel angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße transparente Schicht mit mindestens einer lichtstreuenden Struktur versehen, die geeignet ist, das Licht aus der aus der transparenten Schicht über ihre erste Oberfläche und/oder über ihre zweite Oberfläche auszukoppeln. Die lichtstreuende Struktur ist auf der ersten oder der zweiten Oberfläche angeordnet oder steht mit einer dieser Oberflächen in Kontakt. Trifft das sich in der transparenten Schicht ausbreitende Licht auf die lichtstreuende Struktur, so wird es gestreut, wodurch die Totalreflexion verhindert wird, so dass das gestreute Licht ausgekoppelt wird und die transparente Schicht verlässt.
Die lichtstreuende Struktur erscheint als leuchtende Fläche des Verglasungselements. Das kann beispielsweise genutzt werden zur Beleuchtung eines Innenraums oder zur Anzeige von Symbolen oder Mustern, die der Informationsvermittlung dienen oder aus rein ästhetischen Gründen vorgesehen sein können. Die lichtstreuende Struktur kann in einem einzelnen zusammenhängenden Bereich der Glasscheibe vorhanden sein oder auch in mehreren voneinander separierten Bereichen. Durch die lichtstreuende Struktur sind beliebige Formen oder Muster realisierbar.
Die lichtstreuende Struktur kann direkt auf der ersten oder der zweiten Oberfläche der transparenten Schicht aufgebracht oder dort ausgebildet sein. Alternativ kann die lichtstreuende Struktur beispielsweise auf einer Trägerfolie bereitgestellt werden, welche an der ersten oder der zweiten Oberfläche befestigt ist, beispielsweise durch Kleben. Ist das erfindungsgemäße Verglasungselement eine Verbundscheibe, so kann die lichtstreuende Struktur auf der mit der transparenten Schicht in Kontakt stehenden Oberfläche einer thermoplastischen Zwischenschicht aufgebracht sein. Alternativ kann die lichtstreuende Struktur (beispielsweise aufgebracht auf einer Trägerfolie) zwischen die transparente Schicht und der Zwischenschicht eingelegt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die lichtstreuende Struktur als Aufdruck ausgebildet, insbesondere aus Aufdruck auf einer der Oberflächen der transparenten Schicht oder - im Falle einer Verbundscheibe - auf der der transparenten Schicht zugewandten Oberfläche der angrenzenden Zwischenschicht. Besteht die transparente Schicht aus Glas (beispielsweise die Innenscheibe einer Verbundscheibe oder eine eingelagerte Lichtleiterplatte aus Glas), so ist ein Aufdruck auf dieser bevorzugt als lichtstreuende Emaille ausgebildet. Diese Emaille kann beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgedruckt werden. Sie enthält bevorzugt Glasfritten, welche in die Oberfläche der Glasschicht eingebrannt werden, wodurch eine aufgeraute und daher lichtstreuende Fläche entsteht. Ein Aufdruck auf einer polymeren Schicht (beispielsweise einer Zwischenschicht oder einer polymeren Lichtleiterplatte) kann dadurch realisiert werden, dass eine Oberfläche der polymeren Schicht mit einer lichtstreuenden Druckpaste bedruckt wird, beispielsweise im Siebdruckverfahren. Die lichtstreuende Struktur ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung transparent, so dass sie die Durchsicht durch das Verglasungselement nicht wesentlich einschränkt. Der Aufdruck (die Emaille beziehungsweise Druckpaste) enthält daher bevorzugt kein Pigment. Aber es sind auch opake oder semitransparente lichtstreuende Strukturen mit Pigmenten denkbar, beispielsweise weiße Strukturen.
Lichtstreuende Strukturen können aber auch durch Aufrauhung der betreffenden Oberfläche der transparenten Schicht ausgebildet werden. Diese Aufrauhung kann mechanisch erfolgen (beispielsweise durch Schleiftechniken) oder auch durch Laserbearbeitung. Die Laserbearbeitung hat insbesondere im Falle einer Verbundscheibe den Vorteil, dass die lichtstreuende Struktur auch in die fertig laminierte Verbundscheibe eingebracht werden kann, selbst dann, wenn sie sich im Innern der Verbundscheibe befinden soll, da die Laserstrahlung auch auf eine Ebene im Innern der Verbundscheibe fokussiert werden kann. Mit der Laserbearbeitung ist es außerdem möglich, die lichtstreuende Struktur nicht auf einer Oberfläche, sondern im Innern der transparenten Schicht auszubilden.
Die lichtstreuende Struktur ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber nicht zwingend notwendig. So sind auch Anwendungen denkbar, bei denen die Lichtauskopplung über die Seitenkantenfläche der transparenten Schicht erfolgen soll, wobei keine lichtstreuenden Strukturen auf der ersten oder zweiten Oberfläche nötig sind.
Das Verglasungselement kann eine monolithische Scheibe sein, insbesondere eine Einzelglasscheibe. Strukturell wird das Verglasungselement dabei ausschließlich durch eine einzelne Glasscheibe gebildet, welche auch als transparente Schicht im Sinne der Erfindung fungiert. Die Glasscheibe weist beispielsweise eine Dicke von 1 mm bis 10 mm auf und ist bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas ausgebildet. Die Glasscheibe besteht bevorzugt aus Klarglas ohne Tönungen oder Färbungen. Die Einzelglasscheibe ist typischerweise als Fensterscheibe zur Abgrenzung eines Innenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Sie weist eine innenraumseitige Oberfläche auf, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist und eine außenseitige Oberfläche, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist. Die innenraumseitige Oberfläche ist bevorzugt die zweite Oberfläche im Sinne der Erfindung und die Lichtquelle ist an ihr befestigt. Die außenseitige Oberfläche ist die erste Oberfläche im Sinne der Erfindung und mit der reflektierenden Struktur versehen. Statt einer einzelnen Glasscheibe kann grundsätzlich auch eine einzelne polymere Scheibe aus einem klaren transparenten Kunststoff verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verglasungselement jedoch als Verbundscheibe ausgebildet. Die Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine innenraumseitige Oberfläche auf, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist und eine außenseitige Oberfläche, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist. Die außenseitige und die innenraumseitige Oberfläche sind typischerweise zur Durchsicht vorgesehen, zwischen ihnen erstreckt sich eine Seitenkantenfläche. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die mindestens eine Zwischenschicht miteinander verbunden. Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas ausgebildet, insbesondere Kalk-Natron-Glas, und weisen beispielsweise eine Dicke von jeweils 0,5 mm bis 10 mm auf, bevorzugt von 1 mm bis 5 mm. Die Zwischenschicht (beziehungsweise jede Zwischenschicht, falls mehrere vorhanden sind) ist bevorzugt aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet, beispielsweise auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) oder Polyurethan (PU), und weist eine Dicke von beispielsweise 0,3 mm bis 1 ,0 mm auf. Statt Glasscheiben können grundsätzlich auch polymere Scheiben aus einem klaren transparenten Kunststoff als Außenscheibe und/oder Innenscheibe verwendet werden. Die Lichtquelle ist bevorzugt an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe befestigt.
Ist eine polymere Folie oder Schicht auf Basis eines Materials ausgebildet, so bedeutet das im Sinne der Erfindung, dass die Folie oder Schicht mehrheitlich aus dem Material besteht, der Anteil des Materials also mehr als 50 Gew.-% beträgt, bevorzugt mehr als 60 Gew.-%. Außerdem kann die Folie oder Schicht weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, UV- oder IR-Blocker.
Die Innenscheibe ist bevorzugt aus klarem Glas gebildet, um die Lichteinstrahlung effizient zu gestalten. Die Außenscheibe sowie die Zwischenschichten zwischen transparenter Schicht und Außenscheibe können getönt oder gefärbt sein.
In einer ersten bevorzugten Variante der Verbundscheibe ist die Außenscheibe oder die Innenscheibe die transparente Schicht im Sinne der Erfindung, besonders bevorzugt die Innenscheibe. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe (beziehungsweise Außenscheibe) ist insbesondere die zweite Oberfläche im Sinne der Erfindung, die außenseitige Oberfläche die erste Oberfläche, die mit der reflektierenden Struktur versehen ist. Die reflektierende Struktur umfasst bevorzugt ein separates Bauteil beziehungsweise ist daraus ausgebildet, insbesondere einen Mikroprismenfilm. Das Bauteil ist bevorzugt an der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe (beziehungsweise Außenscheibe) befestigt. Das Bauteil kann an der Oberfläche angeklebt sein oder (im Falle der Innenscheibe) durch den Anpressdruck der mindestens einen Zwischenschicht dort fixiert sein.
In einer zweiten bevorzugten Variante weist die Verbundscheibe eine Lichtleiterplatte auf, die zwischen zwei Zwischenschichten angeordnet ist. Die mindestens zwei Zwischenschichten und die Lichtleiterplatte sind zwischen Außenscheibe und Innenscheibe angeordnet. Die Lichtleiterplatte ist dabei die transparente Schicht im Sinne der Erfindung, wobei die erste Oberfläche im Sinne der Erfindung bevorzugt die außenseitige Oberfläche der Lichtleiterplatte ist und die zweite Oberfläche die innenraumseitige Oberfläche. Die Lichtleiterplatte ist in einer Ausgestaltung eine Glasscheibe, insbesondere vergleichsweise dünne Glasscheibe mit einer Dicke von 0,2 mm bis 3 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 2,1 mm, beispielsweise von 0.5 mm bis 1 mm. Die Lichtleiterplatte kann in einer weiteren Ausgestaltung eine polymere Lichtleiterplatte sein, bevorzugt aus einem klaren, starren Kunststoff wie Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), beispielsweise mit einer Dicke in den Bereichen, die vorstehend für die Glas-Lichtleiterplatte angegeben sind.
Die Verbundscheibe kann statt der Lichtleiterplatte auch einen flexiblen Lichtleiterfilm (Lichtleiterfolie) als transparente Schicht aufweisen.
Die reflektierende Struktur kann ein separates Bauteil umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein, insbesondere einen Mikroprismenfilm. Das Bauteil ist an der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte, insbesondere der außenseitigen Oberfläche, befestigt. Das Bauteil kann an der Lichtleiterplatte angeklebt sein oder durch den Anpressdruck der angrenzenden Zwischenschicht dort fixiert sein.
Die reflektierende Struktur kann alternativ direkt in der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte (in ihrer Funktion als transparente Schicht) ausgebildet sein. Dies ist insbesondere dann vergleichsweise einfach realisierbar, wenn die Lichtleiterplatte aus Kunststoff ausgebildet ist. Die reflektierende Oberfläche mit den geneigten Oberflächen kann beispielsweise durch Materialabtrag in einem Bereich der ersten Oberfläche erzeugt werden, beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen, durch Laserbearbeitung oder durch chemische Bearbeitung wie ätzen. Die reflektierende Oberfläche kann alternativ durch zusätzlich aufgebrachtes polymeres Material auf der ersten Oberfläche ausgebildet werden, beispielsweise ausgebildet aus UV- härtendem Polyacrylat.
Die Verbundscheibe weist bevorzugt einen opaken Maskierungsbereich auf, durch den keine Durchsicht möglich ist. Dieser Maskierungsbereich ist bevorzugt umlaufend in einem Randbereich der Verbundscheibe angeordnet und umgibt einen zentralen transparenten Durchsichtsbereich rahmenartig. Dies ist insbesondere für Fahrzeugscheiben gebräuchlich. Der Maskierungsbereich ist insbesondere durch ein opakes Element ausgebildet, welches außenseitig der reflektierenden Struktur angeordnet ist, bevorzugt zwischen der reflektierenden Struktur und der Außenscheibe. Der Maskierungsbereich kann durch einen opaken Abdeckdruck ausgebildet sein, der besonders bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht ist. Alternativ kann eine getönte Zwischenschicht (beziehungsweise ein getönter Abschnitt einer Zwischenschicht) das besagte opake Element bilden.
Das Verglasungselement kann plan sein oder in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen.
Die Reflexionsbeschichtung wird bevorzugt durch Gasphasenabscheidung auf der reflektierenden Oberfläche abgeschieden, beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) oder Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD). Besonders bevorzugt ist die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), beispielsweise das Aufdampfen, ganz besonders bevorzugt die Kathodenzerstäubung („Sputtern“) und insbesondere die magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“).
Ist das Verglasungselement als Verbundscheibe ausgebildet, so können zu deren Herstellung an sich bekannte Verfahren zur Lamination zum Einsatz kommen, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck. Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verglasungselements als Fensterscheibe eines Fahrzeugs. Eine besonders bevorzugte Verwendung ist dabei eine Fahrzeug-Dachscheibe, welchen zur Beleuchtung des Fahrzeuginnenraums eingesetzt wird. Das Fahrzeug kann grundsätzlich ein beliebiges Landfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug sein, ist bevorzugt ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Schienenfahrzeug. Das Verglasungselement kann auch in Gebäuden verwendet werden, beispielsweise als Fensterscheibe, Glasfassade oder Glastür im Außen- oder Innenbereich, insbesondere als Fensterscheibe eines Gebäudes oder eines Innenraums. Das Verglasungselement kann auch als Bestandteil von Möbeln, elektrischen Geräten, als Bestandteil von Einrichtungsgegenständen oder als Einrichtungsgegenstand verwendet werden.
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. 1 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verglasungselements,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt Z aus Figur 1 ,
Fig. 3 einen weiter vergrößerten Ausschnitt Y aus Figur 2,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verglasungselements,
Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt X aus Figur 4.
Figur 1 , Figur 2 und Figur 3 zeigen je ein Detail einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements. In Figur 1 ist ein Querschnitt des Verglasungselements gezeigt. Dort ist ein Ausschnitt Z gekennzeichnet, der in Figur 2 vergrößert dargestellt ist. Dort ist wiederum ein Ausschnitt Y gekennzeichnet, der in Figur 3 vergrößert dargestellt ist.
Das Verglasungselement ist als Verbundscheibe ausgebildet. Die Verbundscheibe ist beispielsweise als Dachscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens vorgesehen. Sie ist der Einfachheit halber plan dargestellt, obwohl solche Fahrzeug- Dachscheiben typischerweise gebogen sind. Die Verbundscheibe ist strukturell gebildet aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2, welche mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen aus Kalk-Natron-Glas und weisen eine Dicke von beispielsweise jeweils 2,1 mm auf. Die Zwischenschicht 3 ist aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von beispielsweise 0,76 mm ausgebildet. Die Innenscheibe 2 ist klar, die Außenscheibe 1 und die Zwischenschicht 3 getönt, um die Lichttransmission der Verbundscheibe zu verringern (beispielsweise auf weniger als 15%), wie es bei Fahrzeug-Dachscheiben üblich ist.
Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt. Sie weist eine außenseitige Oberfläche I auf, die der äußeren Umgebung zugewandt ist und eine innenraumseitige Oberfläche II, die dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt ist. Die Innenscheibe 2 ist in Einbaulage dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt. Sie weist eine außenseitige Oberfläche III auf, die der äußeren Umgebung zugewandt ist und eine innenraumseitige Oberfläche IV, die dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt ist.
Die Verbundscheibe weist einen umlaufenden, opaken Randbereich auf, indem ein schwarzer Abdeckdruck 9 auf der innenraumseitigen Oberfläche II aufgebracht ist, der die Durchsicht durch die Verbundscheibe verhindert. In diesem Randbereich ist eine Lichtquelle 5 über einen Kollimator 4 an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 befestigt. Die Lichtquelle 5 ist beispielsweise eine lineare Anordnung mehrerer LEDs. Der Kollimator 4 erzeugt aus der divergenten Strahlung der LEDs einen gerichteten, konzentrierteren Lichtstrahl. Das Licht trifft mit einem Einstrahlwinkel von beispielsweise 22° (gemessen zur Flächennormalen der innenraumseitigen Oberfläche IV) und mit einer Halbwertsbreite (full width at half maximum) von +/- 4° auf die Innenscheibe 2.
Die Innenscheibe 2 fungiert als transparente Schicht im Sinne der Erfindung. Sie ist als flächiger Lichtleiter vorgesehen. Dazu wird das von der Lichtquelle 5 durch die Innenscheibe 3 gestrahlte Licht in die Innenscheibe 2 eingekoppelt. Die außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 3 ist zu diesem Zweck mit einer reflektierenden Struktur versehen, welche vom Licht der Lichtquelle 5 bestrahlt wird. Die reflektierende Struktur ist ein Mikroprismenfilm 10, der auf einem Teilbereich der außenseitigen Oberfläche III angebracht ist. Die von der Innenscheibe 2 abgewandte Oberfläche des Mikroprismenfilms 10 fungiert als reflektierende Oberfläche 11 des Mikroprismenfilms 10. Sie ist in Form einer flächigen Anordnung von Mikroprismen ausgebildet und weist daher eine Mehrzahl von Abschnitten auf, die in unterschiedlichen Richtungen gegenüber der Innenscheibe 2 (und ihren Oberflächen III, IV) geneigt sind, beispielsweise mit einem Winkel von etwa 45° (der „Dachwinkel“ zwischen benachbarten, zueinander geneigten Abschnitten beträgt 90°).
Der Mikroprismenfilm 10 ist beispielsweise aus zwei Schichten aufgebaut: einer der Innenscheibe 2 zugewandten Trägerschicht aus PET und einer Schicht aus einem UV- härtenden Polyacrylat, aus dem die Mikroprismen auf der Trägerschicht ausgebildet sind.
Das durch die Innenscheibe 2 getretene Licht durchläuft den Mikroprismenfilm 10 und trifft auf die reflektierende Oberfläche 11. Dort wird es zurück in Richtung der Innenscheibe 2 reflektiert. Entsprechend der Neigung der Abschnitte der reflektierenden Oberfläche 11 wird das Licht bei der Reflexion abgelenkt und derart in die Innenscheibe 2 eingestrahlt, dass es (nach Transmission durch die Innenscheibe 2) mit einem Einfallswinkel (gemessen zur Flächennormalen) auf die innenraumseitige Oberfläche IV trifft, der größer ist als der größte auftretende Grenzwinkel der Totalreflexion der Innenscheibe 2. Dieser größte Grenzwinkel tritt an der außenseitigen Oberfläche III auf, da hier der Unterschied des Brechungsindex der Innenscheibe zum Brechungsindex des angrenzenden Mediums (PVB-Zwischenschicht 3) am geringsten ist. Bei einer Wellenlänge von beispielsweise 520 nm beträgt der Brechungsindex der Innenscheibe 2 1 ,53, der Brechungsindex der Zwischenschicht 3 1 ,48. Daraus errechnet sich ein Grenzwinkel der Totalreflexion von 75,31 °.
Das Licht breitet sich dann in der Innenscheibe 2 nach Art eines Lichtleiters aus, wobei es zwischen den Oberflächen III, IV hin und her reflektiert wird (jeweils Totalreflexion).
Um das Licht wieder aus der Innenscheibe 2 auszukoppeln und dadurch eine Beleuchtung zu realisieren, sind auf der innenraumseitigen Oberfläche IV lichtstreuende Strukturen 6 aus einer transparenten Emaille aufgedruckt. Wenn das Licht auf diese lichtstreuenden Strukturen 6 trifft, wird es gestreut und dadurch aus der Innenscheibe 2 ausgekoppelt. Die lichtstreuenden Strukturen 6 erscheinen einem Betrachter dadurch als leuchtende Flächen, welche beispielsweise zur Beleuchtung eingesetzt werden können oder Symbole oder Muster anzeigen können.
Da der Brechungsindex-Unterschied zwischen dem Mikroprismenfilm 10 und der Zwischenschicht 3 für eine effiziente Reflexion des eingestrahlten Lichts nicht ausreichend ausgeprägt ist, ist die reflektierende Oberfläche 11 mit einer Reflexionsbeschichtung 20 versehen. Die Reflexionsbeschichtung 20 ist aufgebaut aus (in dieser Reihenfolge ausgehend vom Mikroprismenfilm 10) einer Primer-Schicht 21 , einer reflektierenden Schicht 22 und einer Korrosionsschutzschicht 23.
Die Primer-Schicht 21 ist beispielsweise eine 1 nm dicke Schicht aus Nickel-Vanadium (NiV). Die reflektierende Schicht 22 ist beispielsweise eine 100 nm dicke Schicht aus Silber (Ag). Die reflektierende Schicht 22 stellt die reflektierenden Eigenschaften der Reflexionsbeschichtung 20 bereit. Die Primer-Schicht 21 verbessert in erster Linie die Adhäsion der reflektierenden Schicht 22 auf dem Mikroprismenfilm 10. Durch die Primer- Schicht 21 tritt auch bei thermischer Belastung keine Delamination (Ablösung) der reflektierenden Schicht 22 auf. Die Primer-Schicht 21 wirkt außerdem als Barriere zwischen Mikroprismenfilm 10 und der reflektierenden Schicht 21 , so dass insbesondere die Diffusion von chemischen Bestandteilen des Mikroprismenfilms 10 in die reflektierende Schicht 21 verhindert wird.
Die Korrosionsschutzschicht 23 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung optional. Sie ist beispielsweise ein 25 nm dicke Schicht aus Kupfer (Cu), wobei sich an der Oberfläche eine passivierende Schicht aus Kupferoxid gebildet haben kann. Aufgabe der Korrosionsschutzschicht 23 ist es, die reflektierende Schicht 22 vor Korrosion zu schützen, wenn der Mikroprismenfilm 10 vor der Herstellung der Verbundscheibe längere Zeit der Luft ausgesetzt ist.
Figur 4 und Figur 5 zeigen je ein Detail einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements. In Figur 4 ist ein Querschnitt des Verglasungselements gezeigt. Dort ist ein Ausschnitt Z gekennzeichnet, der in Figur 5 vergrößert dargestellt ist.
Das Verglasungselement ist wieder als Verbundscheibe ausgebildet. Die Außenscheibe 1 mit dem Abdeckdruck 9 und die Innenscheibe 2 mit der Lichtquelle 5 und dem Kollimator 4 sind genauso ausgebildet wie in der Ausgestaltung nach Figur 1.
Im Unterschied zur Ausgestaltung nach Figur 1 dient aber nicht die Innenscheibe 2 als transparente Schicht im Sinne der Erfindung, sondern eine Lichtleiterplatte 7, die zwischen zwei thermoplastischen Zwischenschichten 3 angeordnet ist. Die Zwischenschichten 2 sind wiederum jeweils aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm ausgebildet. Die an die Innenscheibe 2 angrenzende Zwischenschicht 3 ist klar, die an die Außenscheibe 1 angrenzende Zwischenschicht 3 getönt.
Die Lichtleiterplatte 7 ist beispielsweise eine Kunststoffscheibe aus Polycarbonat mit einer Dicke von 0,7 mm. Sie weist eine erste, außenseitige Oberfläche i auf, die der äußeren Umgebung und der Außenscheibe 1 zugewandt ist, und eine zweite, innenraumseitige Oberfläche ii, die dem Fahrzeug-Innenraum und der Innenscheibe 2 zugewandt ist.
Das Licht wird von der Lichtquelle 5 durch die Innenscheibe 2, die angrenzende Zwischenschicht 3 und die Lichtleiterplatte 7 hindurchgestrahlt und über die außenseitige Oberfläche i wieder in die Lichtleiterplatte 7 eingekoppelt. Dazu kann ein Mikroprismenfilm 10 auf der außenseitigen Oberfläche i angeordnet sein. In der gezeigten Ausgestaltung ist die reflektierende Struktur mit der reflektierenden Oberfläche 8 jedoch direkt in der außenseitigen Oberfläche i des Lichtleiterplatte ausgebildet. Die geneigten Abschnitte der reflektierenden Oberfläche 8 sind beispielsweise in die außenseitige Oberfläche i geprägt. Die reflektierende Oberfläche 8 ist mit der Reflexionsbeschichtung 20 versehen, welche ebenso ausgebildet ist wie in der Ausgestaltung der Figur 3.
Das durch die Lichtleiterplatte 7 getretene Licht wird an der außenseitigen Oberfläche i reflektiert, und zwar durch die reflektierende Oberfläche 8, die einen Teilbereich der außenseitigen Oberfläche i bildet. Durch die geneigten Abschnitte der reflektierenden Oberfläche 8 erfolgt diese Lichteinkopplung unter einem derartigen Winkel, dass das Licht an den Oberflächen i, ii totalreflektiert wird und sich dadurch in der Lichtleiterplatte 7 ausbreitet.
Zur Auskopplung des Lichts sind die lichtleitenden Strukturen 6 auf der innenraumseitigen Oberfläche ii der Lichtleiterplatte 7 angeordnet.
Bezugszeichenliste:
(1) Außenscheibe
(2) Innenscheibe
(3) thermoplastische Zwischenschicht
(4) Kollimator
(5) Lichtquelle
(6) lichtstreuende Struktur
(7) Lichtleiterplatte
(8) strukturierte, reflektierende Oberfläche der Lichtleiterplatte 7
(9) Abdeckdruck
(10) Mikroprismenfilm
(11) reflektierende Oberfläche des Mikroprismenfilms 10
(20) Reflexionsbeschichtung
(21) Primer-Schicht der Reflexionsbeschichtung 20
(22) reflektierende Schicht der Reflexionsbeschichtung 20
(23) Korrosionsschutzschicht der Reflexionsbeschichtung 20
(I) erste/außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(II) zweite/innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(III) erste/außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
(IV) zweite/innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
(i) erste/außenseitige Oberfläche der Lichtleiterplatte 7
(ii) zweite/innenraumseitige Oberfläche der Lichtleiterplatte 7
Z vergrößerter Ausschnitt
Y vergrößerter Ausschnitt
X vergrößerter Ausschnitt

Claims

Patentansprüche Beleuchtetes Verglasungselement, umfassend eine transparente Schicht (2, 7) mit einer ersten Oberfläche (III, i) und einer zweiten Oberfläche (IV, ii) und eine Lichtquelle (5) zur Erzeugung von Licht, welche derart angeordnet ist, dass das Licht über die zweite Oberfläche (IV, ii) in die transparente Schicht (2, 7) eingestrahlt wird, wobei eine reflektierende Struktur mit einer reflektierenden Oberfläche (8, 11) in der ersten Oberfläche (III, i) ausgebildet oder an der ersten Oberfläche (III, i) befestigt ist, wobei die reflektierende Oberfläche (8, 11) eine Mehrzahl von zur zweiten Oberfläche (IV, ii) geneigten Abschnitten aufweist und derart konfiguriert ist, dass das in die transparente Schicht (2, 7) eingestrahlte Licht an der reflektierenden Oberfläche (8, 11) reflektiert wird und zumindest teilweise wieder in die transparente Schicht (2, 7) eingekoppelt wird mit einem Einkopplungswinkel, der dazu geeignet ist, dass sich das eingekoppelte Licht in der transparenten Schicht (2, 7) ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an der ersten Oberfläche (III, i) und der zweiten Oberfläche (IV, ii), und wobei die reflektierende Oberfläche (8, 11) mit einer Reflexionsbeschichtung (20) versehen ist, welche ausgehend von der reflektierenden Oberfläche (8, 11) in der folgenden Reihenfolge umfasst:
- eine Primer-Schicht (21) und
- eine reflektierende Schicht (22) auf Basis eines Metalls oder einer Metalllegierung. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 1, wobei die reflektierende Schicht (22) auf Basis von Silber oder Aluminium ausgebildet ist. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die reflektierende Schicht (22) eine Dicke von 50 nm bis 250 nm aufweist. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Primer- Schicht (21) auf Basis einer Nickel-Legierung, bevorzugt Nickel-Chrom (NiCr) oder Nickel-Vanadium (NiV), auf Basis von Siliziumoxid (SiÜ2), Siliziumnitrid (SisN^ oder Siliziumoxinitrid (SiOxNy), auf Basis von Chrom (Cr) oder einer Chrom-Legierung, auf Basis von Zinn (Sn) oder einer Zinn-Legierung, auf Basis einer Titan-Legierung oder eines Oxids oder Nitrids einer Titan-Legierung, auf Basis von Zink (Zn) oder einer Zink- Legierung, bevorzugt Zink-Aluminium (ZnAI), oder auf Basis von Kupfer (Cu) oder einer Kupfer-Legierung ausgebildet ist. 5. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Primer- Schicht (21) eine Dicke von 0,5 nm bis 10 nm aufweist.
6. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei oberhalb der reflektierenden Schicht (22) eine Korrosionsschutzschicht (23) angeordnet ist.
7. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 6, wobei die Korrosionsschutzschicht (23) auf Basis einer Nickel-Legierung, bevorzugt Nickel-Chrom (NiCr) oder Nickel- Vanadium (NiV), auf Basis von Siliziumoxid (SiCh), Siliziumnitrid (SisN^ oder Siliziumoxinitrid (SiOxNy), auf Basis von Chrom (Cr) oder einer Chrom-Legierung, auf Basis von Zinn (Sn) oder einer Zinn-Legierung, auf Basis einer Titan-Legierung oder eines Oxids oder Nitrids einer Titan-Legierung, auf Basis von Zink (Zn) oder einer Zink- Legierung, bevorzugt Zink-Aluminium (ZnAI), oder auf Basis von Kupfer (Cu) oder einer Kupfer-Legierung ausgebildet ist.
8. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Korrosionsschutzschicht (23) eine Dicke von 10 nm bis 50 nm aufweist, bevorzugt von 30 nm bis 40 nm.
9. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches als Verbundscheibe ausgebildet ist und eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2) umfasst, die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind.
10. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 9, wobei die Innenscheibe (2) die transparente Schicht ist.
11 . Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 9, wobei die transparente Schicht eine Lichtleiterplatte (7) ist, die zwischen zwei Zwischenschichten (3) angeordnet ist.
12. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die reflektierende Struktur als Mikroprismenfilm (10) ausgebildet ist, der auf der ersten Oberfläche (III, i) befestigt ist. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 11, wobei die reflektierende Struktur in der ersten Oberfläche (i) der Lichtleiterplatte (7) ausgebildet ist. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Licht über einen Kollimator (4) in die transparente Schicht (2, 7) eingestrahlt wird. Verwendung eines beleuchteten Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Fensterscheibe eines Fahrzeugs, eines Gebäudes oder eines Innenraums, als Bestandteil von Möbeln, elektrischen Geräten, als Bestandteil von Einrichtungsgegenständen oder als Einrichtungsgegenstand, bevorzugt als Fahrzeug- Dachscheibe.
EP23793314.8A 2022-12-12 2023-10-18 Beleuchtetes verglasungselement mit einer beschichteten reflektierenden struktur zur lichteinkopplung Pending EP4633945A1 (de)

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