EP4649066A1 - Beleuchtetes verglasungselement mit emissivitätsmindernder beschichtung - Google Patents

Beleuchtetes verglasungselement mit emissivitätsmindernder beschichtung

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Publication number
EP4649066A1
EP4649066A1 EP24700901.2A EP24700901A EP4649066A1 EP 4649066 A1 EP4649066 A1 EP 4649066A1 EP 24700901 A EP24700901 A EP 24700901A EP 4649066 A1 EP4649066 A1 EP 4649066A1
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EP
European Patent Office
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glass pane
light
pane
layer
glazing element
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
EP24700901.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anna NEFT
Nariaki SAKAI
Jan Hagen
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 EP4649066A1 publication Critical patent/EP4649066A1/de
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Definitions

  • the invention relates to an illuminated glazing element with at least one glass pane, a method for its production and its use.
  • Illuminated glass panes are known as such.
  • the glass pane is equipped with a light source, typically a light-emitting diode, the light of which is coupled into the glass pane in such a way that it spreads out in the glass pane like a light guide, in particular by total reflection on the surfaces of the glass pane.
  • the light can be coupled out of the glass pane again using light-scattering structures, thereby realizing the illumination.
  • 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 glass panes of this type are known, for example, from W02014/060409A1, WO2014/167291 A1 or the subsequently published application WO2023/144282.
  • the light can be coupled in via the side edge surface of the glass pane, via the edge surface of a recess in the glass pane or via one of the main surfaces of the glass pane. In the latter case, the light is radiated through the glass pane and reflected back into the glass pane by a light coupling means opposite the light source in such a way that the condition of total reflection is fulfilled.
  • the light coupling means has appropriately inclined reflective surfaces.
  • microprism films can be used as light coupling means.
  • Such illuminated glass panes are particularly interesting as roof panes.
  • the illuminated glass pane is typically the inner pane of a laminated pane.
  • such illuminated glass panes can also be used for other vehicle windows or windows in the building and architecture sector or in furnishings.
  • Glass panes are also known which are equipped with emissivity-reducing coatings (so-called LowE coatings), which improve the thermal comfort in the interior of the vehicle by reflecting thermal radiation.
  • Transparent emissivity-reducing coatings can, for example, contain a functional layer based on indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the emissivity-reducing coatings are typically applied to the interior surface of the glass pane (or the entire Glazing elements if they comprise more than one single pane of glass) and have reflective properties in the mid-IR range. In summer, they reduce the amount of heat energy from the heated pane of glass entering the interior. In winter, they reduce the amount of heat in the interior being radiated through the pane of glass into the outside environment.
  • the present invention is based on the object of providing an illuminated glazing element with at least one glass pane, the glass pane serving on the one hand to spread the light from a light source in the glazing element and on the other hand being provided with an emissivity-reducing coating, also referred to below as a low-E coating.
  • the coating should not lead to a significant loss of intensity of the coupled-in light or to a change in its color.
  • the glazing element should also have a low emissivity, a low interior reflectance and an interior reflection color that is as neutral as possible.
  • the coating should be able to be produced efficiently and inexpensively.
  • the illuminated glazing element is, in the sense of the invention, a disc-like or plate-like object which comprises at least one glass pane and in particular is 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 glass element can alternatively be a composite pane or insulating glazing which 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 region, whereby a space between the panes is typically filled with inert gas or evacuated.
  • the glazing element can be used as a window pane, for example as a window pane of vehicles, buildings or interiors.
  • the glazing element can also be used as a component of furniture or electrical devices, 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 board in bars or discotheques.
  • the illuminated glazing element according to the invention comprises at least one glass pane.
  • the glass pane has a first surface (main surface) and a second surface (main surface), which are typically formed substantially parallel to one another, and a side edge surface extending between the first and the second surface.
  • the glazing element or the glass pane can be flat or curved in one or more directions of the room. In the latter case, one of the surfaces is typically concave and the other convex.
  • the side edge surface can be flat. However, it is usual to grind the side edge surface in order to minimize the risk of injury posed by it. The side edge surface is then curved or rounded, in particular convexly curved or rounded.
  • the glazing element in particular the glass pane, is equipped with at least one light source which is suitable for coupling the light emitted by it into the glass pane in such a way that the light spreads (at least) in the glass pane.
  • the propagation of light in the glazing element occurs in particular through total reflection at two interfaces to an optically less dense medium (medium with a lower refractive index).
  • One of these interfaces is the second surface of the glass pane, which is provided with the emissivity-reducing coating. This is preferably an exposed surface of the glazing element, the adjacent optically less dense medium is preferably air.
  • the other interface is preferably the first surface of the glass pane - then the light only spreads in the glass pane.
  • the glazing element is designed as a composite pane, at least one further layer can be in contact with the first surface, which has essentially the same refractive index as the glass pane, so that the first surface does not represent a reflective interface.
  • the other interface is the surface of the said at least one further layer facing away from the glass pane, where there is a transition to an optically less dense medium.
  • the propagation of light in the glazing element occurs through total reflection at the second surface of the glass pane provided with the emissivity-reducing coating and a further interface, which is preferably the first surface of the glass pane, but in the case of a composite pane can also be formed by the surface of a layer facing away from the glass pane, which is in contact with the first surface and has the same refractive index as the glass pane.
  • the glazing element is also provided with at least one light-scattering structure which is suitable for coupling said light out of the glass pane via its first surface and/or via its second surface.
  • the light-scattering structure is arranged on or formed in one of the totally reflecting surfaces or between the totally reflecting surfaces.
  • the light-scattering structure is arranged on or formed in the first or second surface of the glass pane. If the light propagating in the glazing element hits the light-scattering structure, it is scattered, thereby preventing total reflection, so that the scattered light is coupled out of the glazing element (in particular the glass pane) and leaves the glazing element.
  • the second surface of the glass pane is provided with an emissivity-reducing coating which has exactly one electrically conductive layer based on a transparent conductive oxide (also referred to as TCO or transparent conductive oxide) and the electrically conductive layer has an imaginary portion k of the refractive index within the wavelength range from 380 nm to 780 nm, for which k ⁇ 0.035 applies.
  • TCO transparent conductive oxide
  • the electrically conductive layer has an imaginary portion k of the refractive index for which k ⁇ 0.035 applies. In the entire wavelength range, no k value occurs that is not less than 0.035.
  • the electrically conductive layer within the wavelength range from 380 nm to 780 nm has an imaginary component k of the refractive index for which k ⁇ 0.030 applies, particularly preferably k ⁇ 0.025.
  • Exactly one electrically conductive layer means that, apart from the electrically conductive layer based on a TCO, there is no further electrically conductive layer inside, below or above the emissivity-reducing coating. If the low-E coating contains further layers beyond the electrically conductive layer, these are dielectric layers.
  • the imaginary part ni of the complex refractive index is also called the extinction coefficient k.
  • the extinction coefficient describes the attenuation capacity of an optical medium, whereby k is greater the more incident light is absorbed by the material.
  • the size of the extinction coefficient k depends on the chemical and crystallographic structure of the material.
  • the wavelength range mentioned corresponds to that of visible light, in which the illuminated glazing element is also operated. If the extinction coefficient is chosen to be so small, only a slight weakening of the light coupled into the illuminated glazing element occurs through absorption and a high light intensity of the illuminated glazing element is maintained.
  • the electrically conductive layer has an imaginary component k of the refractive index within the wavelength range from 380 nm to 490 nm, for which k ⁇ 0.020, particularly preferably k ⁇ 0.015.
  • the electrically conductive layer preferably has an imaginary component k of the refractive index, for which k ⁇ 0.015, particularly preferably k ⁇ 0.010.
  • the electrically conductive layer has an imaginary component k of the refractive index within the wavelength range from 600 nm to 700 nm. an imaginary component k of the refractive index, for which k ⁇ 0.025, particularly preferably k ⁇ 0.020, applies.
  • the value for k is smaller than the value specified in each case.
  • the said wavelength ranges are particularly relevant because typical light sources in violet/blue, green and red colors have emission wavelengths in these ranges.
  • the extinction coefficient of the electrically conductive layer is determined by measuring the imaginary part of the refractive index of the low-E coating within the wavelength range of 380 nm to 780 nm.
  • the low-E coating comprises at most dielectric layers beyond the electrically conductive layer. Dielectrics do not contribute to absorption and can therefore be neglected, so that direct conclusions about the electrically conductive layer can be drawn from the measurements of the low-E coating.
  • Refractive indices of other layers of the low-E coating are, unless otherwise stated, generally based on a wavelength of 550 nm within the scope of the present invention.
  • the optical thickness is the product of the geometric thickness and the refractive index (at 550 nm).
  • the optical thickness of a layer sequence is calculated as the sum of the optical thicknesses of the individual layers. Unless otherwise stated, the layer thicknesses stated are geometric layer thicknesses.
  • the electrically conductive layer is preferably based on indium tin oxide (ITO).
  • the conductive layer can also be based on indium zinc mixed oxide (IZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO, ZnO:AI), gallium-doped tin oxide (GZO), fluorine-doped tin oxide (FTO, SnO2:F), antimony-doped tin oxide (ATO, SnO2:Sb) or niobium-doped titanium oxide (TiÜ2:Nb).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc mixed oxide
  • AZO, ZnO:AI aluminum-doped zinc oxide
  • GaZO gallium-doped tin oxide
  • FTO, SnO2:F fluorine-doped tin oxide
  • ATO, SnO2:Sb antimony-doped tin oxide
  • TiÜ2:Nb niobium-doped
  • the electrically conductive layer based on a TCO is therefore predominantly formed from this.
  • the electrically conductive layer based on a transparent conductive oxide preferably comprises at least 90% by weight of a TCO, particularly preferably at least 95% by weight of a TCO and consists in particular of a transparent conductive oxide.
  • the electrically conductive layer is preferably deposited by means of physical vapor deposition.
  • an oxygen content of 1% by volume to 3% by volume is selected in the process gas.
  • Such an oxygen content is particularly suitable for producing an electrically conductive TCO layer with an extinction coefficient k of less than 0.035 in the wavelength range from 380 nm to 780 nm.
  • the electrically conductive layer is particularly preferably formed on the basis of indium tin oxide (ITO) and deposited by means of physical vapor deposition with an oxygen content of 1% by volume to 3% by volume in the process gas. This achieves particularly good results in terms of absorption properties.
  • ITO indium tin oxide
  • the emissivity-reducing coating has a specific sheet resistance of less than 250 pQ*cm, particularly preferably less than 200 pQ*cm.
  • the glazing arrangement preferably has an interior-side emissivity of less than or equal to 40%, particularly preferably less than or equal to 35%, most preferably less than or equal to 30%.
  • Interior-side emissivity refers to the measure that indicates how much heat radiation the pane emits in the installed position into an interior, for example a building or a vehicle, compared to an ideal heat radiator (a black body).
  • emissivity is understood to mean the normal emissivity at 283 K according to the EN 12898 standard.
  • the electrically conductive layer preferably has a thickness of 60 nm to 100 nm, particularly preferably 65 nm to 95 nm. In these ranges, a good emissivity-reducing effect of the low-E coating and, at the same time, a sufficiently low absorption of the electrically conductive layer is achieved.
  • the low-E coating preferably comprises one or more dielectric layers that are arranged above or below the one TCO layer.
  • a dielectric layer or layer sequence is arranged below and/or above the TCO layer, which improves the optical properties, in particular the transmission and reflectivity.
  • the emissivity-reducing coating is then also a thin-layer stack, i.e. a layer sequence of thin individual layers. Preferred embodiments of the emissivity-reducing coating with which particularly good results are achieved are described below.
  • anti-reflective coatings which have a lower refractive index than the TCO layer and are arranged above and below it, have a particular influence on the optical properties. These anti-reflective coatings can increase the transmission through the pane and reduce the reflectivity, particularly as a result of interference effects. The effect depends crucially on the refractive index and layer thickness.
  • the emissivity-reducing coating comprises a dielectric upper anti-reflective layer which is arranged above the TCO layer.
  • the refractive index of the upper anti-reflective layer is preferably at most 1.8, for example from 1.3 to 1.8, particularly preferably at most 1.6, for example from 1.3 to 1.6.
  • the thickness of the upper anti-reflective layer is preferably from 45 nm to 100 nm, for example from 50 nm to 75 nm.
  • the emissivity-reducing coating has both a lower anti-reflective layer below the TCO layer and an upper anti-reflective layer above the TCO layer.
  • the anti-reflective coatings particularly result in advantageous optical properties of the pane. They increase the transparency of the pane and promote a neutral color impression.
  • the anti-reflective coatings are preferably based on an oxide or fluoride, particularly preferably based on silicon oxide, magnesium fluoride or calcium fluoride, in particular based on silicon oxide (SiO2).
  • the silicon oxide can be doped and is preferably doped with aluminum (SiO2:Al), boron (SiO2:B), titanium (SiO2:Ti), hafnium (SiO2:Hf) or zirconium (SiO2:Zr).
  • a greater or lesser transparency of the glazing may be desired or required. While a lower transparency is acceptable or desirable for decorative glazing or vehicle roof glazing, for example, a transmission of at least 70% in the visible range of the light spectrum is legally required for vehicle windshields.
  • the emissivity-reducing coating between the TCO layer and the upper anti-reflective layer comprises an upper dielectric barrier layer for regulating oxygen diffusion with a refractive index of at least 1.9.
  • the barrier layer serves to adjust the oxygen supply to an optimal level. Particularly good results are achieved when the refractive index of the barrier layer is between 1.9 and 2.5.
  • the upper dielectric barrier layer for regulating oxygen diffusion is preferably formed on the basis of a nitride or a carbide.
  • the upper dielectric barrier layer can, for example, be formed on the basis of a nitride or carbide of tungsten, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, chromium, titanium, silicon or aluminum.
  • the upper dielectric barrier layer is formed on the basis of silicon nitride or silicon carbide, in particular silicon nitride (SisN ⁇ ), with which particularly good results are achieved.
  • the silicon nitride can have doping and, in a preferred development, is doped with aluminum (SisN ⁇ Al), with zirconium (SisN ⁇ Zr), with hafnium (SisN ⁇ Hf), with titanium (SisN ⁇ Ti), or with boron (SisN ⁇ B).
  • the silicon nitride can be partially oxidized.
  • a barrier layer deposited as SisN4 then contains Si x N y O z after the temperature treatment, the oxygen content typically being from 0 atomic % to 35 atomic %.
  • the thickness of the upper dielectric barrier layer is preferably from 5 nm to 40 nm, particularly preferably from 8 nm to 25 nm, very particularly preferably from 9 nm to 15 nm. This regulates the oxygen content of the TCO layer particularly advantageously.
  • the thickness of the barrier layer is selected with regard to oxygen diffusion, rather than with regard to the optical properties of the pane. However, it has been shown that barrier layers with thicknesses in the specified range are compatible with the emissivity-reducing coating according to the invention and its optical requirements.
  • the emissivity-reducing coating below the TCO layer, and optionally below the lower anti-reflective layer comprises a lower dielectric blocking layer against alkali diffusion.
  • the blocking layer prevents the diffusion of alkali ions from the glass substrate into the Layer system reduced or prevented.
  • Alkali ions can have a negative effect on the properties of the coating.
  • the refractive index of the lower blocker layer is preferably at least 1.9. Particularly good results are achieved when the refractive index of the blocker layer is from 1.9 to 2.5.
  • the blocker layer is preferably based on an oxide, a nitride or a carbide, preferably tungsten, chromium, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, titanium, silicon or aluminum, for example oxides such as WO3, Nb20s, Bi20s, TiÜ2, Ta2Os, Y2O3, ZrÜ2, HfO2, SnÜ2, or ZnSnOx, or nitrides such as AIN.
  • the blocking layer is particularly preferably made from silicon nitride (SisN ⁇ ), which achieves particularly good results.
  • the silicon nitride can have doping and, in a preferred development, is doped with aluminum (SisN ⁇ Al), with titanium (SisN ⁇ Ti), with zirconium (SisN ⁇ Zr), with hafnium (SisN ⁇ Hf) or with boron (SisN ⁇ B).
  • the thickness of the blocking layer is preferably from 10 nm to 50 nm, particularly preferably from 10 nm to 40 nm, for example from 15 nm to 35 nm.
  • the blocking layer is preferably the bottom layer of the layer stack, so it has direct contact with the substrate surface, where it can optimally develop its effect.
  • the coating consists only of the layers described and contains no further layers.
  • the emissivity-reducing coating particularly preferably consists of the following layers in the specified order starting from the substrate surface (second surface of the glass pane):
  • the glazing element according to the invention is a window pane (for example of a vehicle, a building, an interior, a piece of furniture or a piece of furniture), it is intended to be inserted into a window opening and to separate an interior from an external environment.
  • the glass pane then has an external surface and an internal surface.
  • the term external surface refers to the main surface which is intended to face the external environment in the installed position.
  • the term internal surface refers to the main surface which is intended to face the interior in the installed position.
  • the glazing element can equally be used as a Door panes or facade glazing, whereby the above statements apply analogously.
  • the emissivity-reducing coating is typically applied over the entire surface of the second surface, possibly with the exception of a peripheral edge area and/or other locally limited areas that can be used, for example, for data transmission or for coupling in light.
  • the coated portion of the substrate surface is preferably at least 80%.
  • the glazing element according to the invention is a single glass pane and is structurally formed only from the glass pane, which serves as a light guide for the light from the light source.
  • the totally reflecting interfaces in this case are the first and second surfaces of the glass pane, which form exposed surfaces of the glazing element.
  • the glazing element according to the invention is a composite pane.
  • the composite pane comprises a further pane (in particular a glass pane) which is connected to the light-conducting glass pane via a thermoplastic intermediate layer.
  • the further pane also has a first surface, a second surface and a circumferential side edge surface running between them.
  • the glass element is a window pane
  • one of the panes can be referred to as the outer pane and the other pane as the inner pane.
  • the inner pane refers to the pane of the composite pane which faces the interior in the installed position.
  • the outer pane refers to the pane which faces the outside environment.
  • the interior-side surface of the outer pane and the exterior-side surface of the inner pane are connected to each other and to the thermoplastic intermediate layer and connected to each other by the thermoplastic intermediate layer.
  • the light-conducting glass pane with the emissivity-reducing coating is preferably the inner pane of the composite pane, the other pane is the outer pane.
  • the second surface of the glass pane provided with the emissivity-reducing coating is preferably the interior-side surface of the glass pane (inner pane), which faces away from the intermediate layer and the outer pane and is exposed to the interior. This achieves particularly good emissivity-reducing properties and improves thermal comfort in the interior in a particularly advantageous way.
  • the light-conducting glass pane with the emissivity-reducing coating may be the outer pane and the other pane to be the inner pane.
  • the second surface of the glass pane with the emissivity-reducing coating is the surface facing away from the intermediate layer, i.e. the outside surface that is exposed to the external environment.
  • the glazing element is provided with a light source which is suitable for coupling light into the glass pane.
  • the light coupling can take place in particular via the side edge surface of the glass pane, via the edge surface of a recess in the glass pane or with the aid of a light coupling means via one of the surfaces (main surfaces) of the glass pane.
  • the light is radiated into the glass pane and spreads (at least) in the glass pane, where it is reflected at the already described Interfaces to an optically less dense medium (in particular the surfaces of the glass pane) are totally reflected. More precisely, those parts of the light that hit the said surfaces at an angle of incidence that is greater than the respective critical angle of total reflection are totally reflected.
  • 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. In this case, the portion of the light in the glass pane that hits the surfaces at an angle of incidence that is greater than the greater critical angle of total reflection spreads out.
  • the refractive index and the critical angle of total reflection also depend on the wavelength of the light from the light source. For example, at a wavelength of 589 nm, the refractive index of a pane of glass made of soda-lime glass is 1.52. If the interface is an exposed surface of the pane of glass and the adjacent medium is the surrounding atmosphere (in particular air: refractive index 1.00 at a light wavelength of 589 nm), the critical angle of total reflection OCT is 41°. If the interface is a surface of the pane of glass that faces the intermediate layer of a composite pane that is made as a PVB film (refractive index 1.48 at a light wavelength of 589 nm), the critical angle of total reflection OCT is 77°.
  • the angle of incidence is the angle that the light beam incident on the surface makes to the surface normal to the surface at the point of impact.
  • the critical angle of total reflection is also determined analogously to the surface normal.
  • 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 that are arranged in the visible spectral range and cover part of it. However, the light source can also have a broad emission band that 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 contain a single light source or several light sources whose light is coupled into the glass pane at different points.
  • the light from the light source can be coupled into the glass pane directly or via an optical element, such as a lens or a collimator.
  • the light source is preferably a light-emitting diode (LED).
  • the electroluminescent material of the light-emitting diode can be, for example, an inorganic semiconductor or an organic semiconductor. In the latter case, it is also referred to as an organic light-emitting diode (OLED).
  • the light source is assigned to one of the two surfaces (main surfaces) of the glass pane.
  • the light source is arranged on one of the surfaces and radiates light into the glass pane via this surface.
  • the glazing element is equipped with a light coupling means opposite the light source, which is irradiated with light from the light source through the glass pane.
  • the light coupling means is suitable for coupling the light into the glass pane via the surface facing away from the light source and facing the light coupling means, so that at least a portion of the light spreads through (at least) the glass pane by total reflection.
  • the light coupling means typically has reflective surfaces that are suitably inclined relative to the surface of the glass pane.
  • the light coupling means can be designed, for example, as a microprism film, as a structured plastic film or as a plastic plate with a flat arrangement of microprisms.
  • the light coupling means reflects the light back into the glass pane, but at a changed angle that deviates from 0° to the surface normal.
  • the light is refracted at the surface of the glass pane and at least part of the resulting light in the glass pane hits the opposite surface at an angle of incidence that is greater than the critical angle of total reflection, whereby the light is coupled into the glass pane.
  • the light source is preferably arranged on an exposed surface of the glass pane or the glazing element so that it can be subsequently attached and easily replaced in the event of a defect.
  • the interior-side exposed surface of the glass pane or the glazing element which is preferably also provided with the emissivity-reducing coating (second surface of the glass pane).
  • the light coupling means is preferably arranged on the first surface of the glass pane.
  • the light source is associated with a recess in the glass pane.
  • the glass pane therefore has a recess.
  • This recess is preferably a hole, i.e. a passage, which extends between the first and second surfaces of the glass pane.
  • the recess can also be a depression in the manner of a blind hole (blind-like depression) which extends from the first surface or the second surface into the glass pane, but without reaching the opposite main surface, which would result in a passage.
  • the blind hole preferably extends from a surface which forms an exposed surface of the glass element according to the invention into the glass pane. The light source can then be inserted subsequently and easily replaced in the event of a defect.
  • the surface of the glass pane which faces away from the intermediate layer is the exposed surface.
  • the recess can be created in the glass pane, for example, by mechanical drilling or by laser processing.
  • the recess is preferably round, but can in principle have any shape, for example a polygonal shape. This refers to the base area of the recess in the plane of at least one surface of the glass pane over which the recess is made in the glass pane.
  • the recess is limited by a peripheral edge surface which extends between the main surfaces of the glass pane. In the case of the lead-through, this is the only boundary surface of the recess. In the case of the sack-like depression, there is a further boundary surface which corresponds to that main surface of the glass pane, up to which the recess does not extend, and which forms the bottom of the blind hole. If the glazing element comprises several light sources, a separate recess is preferably provided for each light source.
  • the light source is assigned to the said edge surface of the recess and is suitable for coupling light into the glass pane via this edge surface.
  • the light source itself can be arranged in the recess so that it is in the plane defined by the glass pane and the emitted light hits the edge surface directly.
  • the light source can, for example, be clamped into the recess or glued to the edge surface. It is also conceivable that the light source is located in a housing or a holder and is fixed there, with the housing or the holder being inserted into the recess, preferably with a precise fit. Alternatively, however, it is also possible for the light source not to irradiate the edge surface directly, but rather for the radiation to be redirected first.
  • the light source it is conceivable for the light source to be located in a housing, with part of the housing being inserted into the recess, while another part of the housing is outside the recess.
  • the light source is positioned in the part of the housing outside the recess and the light is redirected by reflective surfaces or waveguides in the housing such that it irradiates the edge surface of the recess.
  • Said housing is preferably attached to an exposed surface of the glass pane and extends from there into the recess.
  • the light source is assigned to the side edge surface of the glass pane and is suitable for coupling light into the glass pane via the side edge surface.
  • the light emitted by the light source can hit the side edge surface directly.
  • the light source can be located to the side of the glass pane in the plane defined by the glass pane.
  • the light source can be attached directly to the side edge surface, for example glued or clamped.
  • the light source can also be located in a housing or a holder and fixed there, wherein the housing or the holder is attached to the glass pane in such a way, for example glued or clamped, that the light source irradiates the side edge surface.
  • the light source does not irradiate the side edge surface directly, but rather the radiation is first deflected. It is therefore conceivable that the light source is located in a housing which contains reflective surfaces or waveguides through which the beam path of the light is designed. This housing is designed in such a way attached to the glass pane so that the beam path directs the light to the side edge surface of the glass pane.
  • the light source itself then does not have to be located to the side of the glass pane in the plane defined by the glass pane, but can be arranged in front of or behind the glass pane in the viewing direction, for example.
  • the said housing is preferably attached to an exposed surface of the glass pane and extends from there to the side edge surface of the glass pane.
  • the glazing element (in particular the glass pane) is also provided with a light-scattering structure which is suitable for coupling the coupled-in light out of the glass pane via the first and/or the second surface.
  • the light-scattering structure is arranged on one of the two totally reflecting interfaces or between them.
  • the light-scattering structure preferably has direct contact with one of the surfaces of the glass pane, so that the light spreading through the glass pane hits it.
  • the light-scattering properties of the light-scattering structure prevent total reflection.
  • the light-scattering structure represents a scattering center, so to speak, where the light is scattered and is therefore not totally reflected. Since the scattering is fundamentally undirected, at least some of the scattered light leaves the glass pane. This can be used to create lighting or to display information or aesthetic shapes.
  • the surface of the glazing element covered by the light-scattering structure appears to the observer as a luminous surface. This can be used, for example, for lighting (for example, an interior) or for creating a display to show information or aesthetic shapes.
  • the luminous structure can be present in a single, connected area of the glazing element or in several separate areas.
  • the light-scattering structure allows any shape or pattern to be created.
  • the light-scattering structure can be applied directly to the first or second surface of the glass pane or formed there.
  • the light-scattering The structure can be provided, for example, on a carrier film which is attached to the first or second surface, for example by gluing.
  • the glass element according to the invention is a composite pane
  • the light-scattering structure can be applied to the surface of the thermoplastic intermediate layer which is in contact with the glass pane.
  • the light-scattering structure (for example applied to a carrier film) can be inserted between the glass pane 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 glass pane or - in the case of a composite pane - on the surface of the intermediate layer facing the glass pane.
  • a print on the glass pane 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 pane, creating a roughened and therefore light-scattering surface.
  • a print on the intermediate layer can be realized by printing a surface of a thermoplastic film with a light-scattering printing paste, for example using a screen printing process.
  • the film is inserted between the outer and inner panes during the manufacture of the composite pane in order to form the intermediate layer, with the printed surface facing the glass pane, in particular with direct contact with the glass pane.
  • the light-scattering structure is transparent, so that it does not significantly restrict the view through the glass pane.
  • the print (the enamel or printing paste) therefore preferably contains no pigment. But 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 glass pane or the intermediate 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, for example through the transparent glass pane. Laser processing also makes it possible to form the light-scattering structure inside the glass pane rather than on a surface.
  • the glass pane is preferably made of soda-lime glass, which is common for window panes.
  • the glass pane can also be made of other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass).
  • glass compositions with a transmission in the visible range of the light spectrum of greater than 90% are used.
  • the thickness of the glass pane can vary widely.
  • panes with a thickness in the range of 0.5 mm to 10 mm are used, preferably from 1 mm to 5 mm.
  • the glass pane is preferably clear so that the light can spread advantageously in the glass pane.
  • the further pane and the intermediate layer can be clear or also tinted or colored.
  • the composite pane can comprise a tinted intermediate layer and/or a tinted further pane.
  • the glass pane is the inner pane of the composite pane facing the vehicle interior and the further pane is the outer pane facing the outside environment, both a high light intensity and a color-neutral display can be made possible in this way, with the tinted intermediate layer or the tinted outer pane increasing thermal comfort, particularly in strong sunlight, and preventing the vehicle occupants from being dazzled.
  • the tinted outer pane or the tinted intermediate layer preferably has a visible light transmittance of less than 50%, particularly preferably less than 20%.
  • the thermoplastic intermediate layer comprises at least one layer of a thermoplastic connecting material, which preferably contains ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is typically made of at least one thermoplastic film. The thickness of the film is preferably from 0.3 mm to 2 mm, with the standard thicknesses of 0.36 mm and 0.76 mm being particularly common.
  • the intermediate layer can also comprise several layers of thermoplastic material and can be made, for example, from several polymer films arranged flatly one above the other.
  • the glazing element preferably has an opaque masking area through which no view is possible.
  • the invention also includes a method for producing an illuminated glazing element according to the invention, wherein
  • a glass sheet having a first surface and a second surface
  • the second surface of the glass pane is provided with an emissivity-reducing coating which comprises exactly one electrically conductive layer based on a transparent conductive oxide and the electrically conductive layer has an imaginary component k of the refractive index within the wavelength range from 380 nm to 780 nm, for which k ⁇ 0.035 applies,
  • the glass pane is equipped with at least one light source which is suitable for coupling light into the glass pane in such a way that the light propagates in the glass pane, in particular by total reflection at the first surface and the second surface.
  • the glazing element is provided with at least one light-scattering structure which is suitable for coupling said light out of the glass pane via the first surface and/or via the second surface. This can take place between process steps (a) and (b), between process steps (b) and (c) or after process step (c).
  • the emissivity-reducing coating is preferably deposited on the substrate 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).
  • Physical gas phase deposition PVD
  • cathode sputtering and in particular magnetic field-assisted cathode sputtering (magnetron sputtering) are particularly preferred.
  • the emissivity-reducing coating is deposited by gas phase deposition, in particular by magnetic field-assisted cathode sputtering.
  • An electrically conductive layer according to the invention with an imaginary proportion k of the refractive index of less than 0.035 can be realized in particular by adding a proportion of 1% by volume to 3% by volume of oxygen to the process gas.
  • the electrically conductive layer is preferably deposited by magnetic field-assisted cathode sputtering in DC mode, wherein the glass pane is preferably not actively heated.
  • the emissivity-reducing coating is subjected to a thermal post-treatment after deposition.
  • a thermal post-treatment Such methods for thermally tempering conductive coatings are known in principle to those skilled in the art. The inventors have found that the thermal treatment of the emissivity-reducing coating facilitates the achievement of the refractive indices according to the invention.
  • the glass pane is connected to another pane via a thermoplastic intermediate layer. It is then also possible for the light-scattering structure and either the light-scattering or diffractive layer or the opaque element not to be applied to the glass pane, but to be applied to the intermediate layer or inserted between the intermediate layer and the glass pane, as described above.
  • the light source is preferably only attached after the laminated pane.
  • Known lamination processes can be used, such as 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.
  • 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 for exterior or interior use, in particular as a window pane of a building or an interior room.
  • the glazing element can also be used as a component of furniture, electrical equipment, as a component of furnishings or as a furnishing item.
  • 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 a first embodiment of the glazing element according to the invention
  • Fig. 2 is an enlarged view of section Z of Figure 1 ,
  • Fig. 4 shows a cross section through a further embodiment of the glazing element according to the invention
  • Fig. 5 Diagrams of the extinction coefficient k (imaginary part of the complex refractive index) for conventional and inventive ITO layers,
  • Fig. 6 is a diagram of the real part of the complex refractive index n for the conventional and the inventive ITO layers from Fig. 5
  • FIG. 1 and Figure 2 each show a detail of a first embodiment of the glazing element according to the invention.
  • the glass element is designed as a composite pane, which comprises a glass pane 2 as the inner pane, which is connected to an outer pane 1 via a thermoplastic intermediate layer 3.
  • the outer pane 1 and the glass pane 2 are made of soda-lime glass and each have a thickness of 2.1 mm, for example.
  • the intermediate layer 3 is made, for example, from a PVB film with a thickness of 0.76 mm.
  • the glazing element is shown flat, but can also be cylindrically or spherically curved depending on the intended use.
  • the glazing element is intended, for example, as a roof pane of a passenger car.
  • the outer pane 1 faces the outside environment
  • the glass pane 2 faces the vehicle interior.
  • the outer pane 1 has an outside surface I that faces the outside environment and an inside surface II that faces the vehicle interior.
  • the glass pane 2 also has two parallel main surfaces, namely a first surface III, which represents the outside surface, and a second surface IV, which represents the inside surface.
  • the glass pane 2 acts as a light-conducting layer of the illuminated glazing element.
  • a light source 5 is attached to the second (interior side) surface IV of the glass pane 2.
  • a light coupling means 7 is attached to the first (outside side) surface III of the glass pane 2. The light source 5 irradiates the light coupling means 7 through the glass pane 2.
  • the light source 5 is designed as a light-emitting diode.
  • the light coupling means 7 is designed as a microprism film with a plurality of reflection surfaces that are inclined with respect to the surfaces III, IV. The reflected light then re-enters the glass pane 2 via the first surface III with a changed beam angle. The light is therefore coupled into the glass pane 2 via the first surface III by means of the light coupling means 7.
  • the light radiation is indicated by arrows in the figure. A portion of the light hits the surfaces III, IV of the glass pane 2 at an angle of incidence that is greater than the critical angle of total reflection (or greater than the largest critical angle of total reflection, since different critical angles of total reflection occur at the two surfaces III, IV due to the different adjacent medium). This portion of light spreads through repeated total reflection in the glass pane 2.
  • an opaque masking print 9 is applied to the interior-side surface II of the outer pane 1.
  • the light source 5 and the light coupling means 7 are arranged inconspicuously in this opaque edge area (masking area).
  • the first surface III of the glass pane 2 is provided with a plurality of light-scattering structures 6, on which the light is scattered and total reflection is prevented.
  • the light is thus coupled out of the glass pane 2, in particular via the second surface IV, so that the vehicle occupants perceive the surfaces with the light-scattering structures 6 as luminous surfaces.
  • the second (interior side) surface IV of the glass pane 2 is provided with an emissivity-reducing coating 4, the optical properties of which are optimized in such a way that it does not lead to a significant loss of intensity of the propagating light and does not lead to a change in its color.
  • the emissivity-reducing coating 4 is designed as a stack of thin layers. The individual layers can be seen in the enlarged illustration in Figure 2.
  • the emissivity-reducing coating 4 consists of a lower dielectric blocker layer 4.2, a lower dielectric anti-reflective layer 4.3a, an electrically conductive layer 4.1, an upper dielectric barrier layer 4.4, an upper dielectric anti-reflective layer 4.3b and an anti-scratch layer 4.5.
  • the lower dielectric blocker layer 4.2 has a refractive index of at least 1.9 and prevents the diffusion of alkali ions from the glass pane 2 into the layers above the blocker layer 4.2.
  • the lower dielectric anti-reflective layer 4.3a has a refractive index of at most 1.6
  • the upper dielectric anti-reflective layer 4.3b has a refractive index of at most 1.8.
  • the anti-reflective layers 4.3a, 4.3b increase the transmission through the pane and reduce the reflectivity.
  • the upper dielectric barrier layer 4.4 regulates the oxygen diffusion into the layer stack and has a refractive index of at least 1.9.
  • the electrically conductive layer 4.1 consists of ITO and has an imaginary component k of the refractive index within the wavelength range from 380 nm to 780 nm, for which k ⁇ 0.035 applies.
  • FIG 3 shows a further embodiment of the glazing element according to the invention.
  • the glazing element is basically constructed in the same way as in the embodiment of Figure 1, but differs in the type of light coupling.
  • the light source 5 is attached to the side edge surface e of the glass pane 2 and radiates the light into the glass pane 2 via this side edge surface e.
  • a portion of the light hits the surfaces III, IV of the glass pane 2 at an angle of incidence that is greater than the (largest) critical angle of total reflection and spreads through repeated total reflection in the glass pane 2.
  • the side edge surface e is shown flat, but in reality is often convexly rounded as a result of edge grinding.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the glazing element according to the invention.
  • the glazing element is basically constructed in the same way as in the embodiment of the figures
  • a recess A which extends as a passage completely through the glass pane 2, i.e. from its first surface III to its second surface IV.
  • This recess A has, for example, a circular base and is delimited by a peripheral edge surface i.
  • the light source 5 is inserted into the recess A, for example glued to the edge surface i.
  • the light is coupled into the glass pane 2 via the edge surface i.
  • a portion of the light with an angle of incidence on the surfaces III, IV of the glass pane 2 which is greater than the (largest) critical angle of total reflection and propagates by repeated total reflection in the glass pane 2.
  • the structure of the emissivity-reducing coating is explained below using examples according to the invention and comparative examples.
  • the layer structures shown are to be understood as examples only.
  • the dielectric layer sequences can also comprise more or fewer layers.
  • the dielectric layer sequences do not have to be symmetrical.
  • Example materials and layer thicknesses can be taken from the following examples.
  • the emissivity-reducing coatings are applied to the second surface IV of the glass pane 2 and are located adjacent to the vehicle interior when the glazing element is installed in a vehicle.
  • the layer sequences of an emissivity-reducing coating 4 on a glass pane 2 according to inventive examples B1 to B6, together with the materials and geometric layer thicknesses of the individual layers, are shown in Table 1.
  • the dielectric layers can be doped independently of one another, for example with boron, titanium, zirconium or aluminum.
  • the electrically conductive layer 4.1 provided as an ITO layer is deposited with an oxygen content according to Table 1 in the process gas by means of magnetic field-assisted cathode sputtering.
  • the magnetic field-assisted cathode sputtering takes place, for example, in an industrial plant in direct current mode (DC mode) without actively heating the glass pane 2 during deposition.
  • the glass pane 2 has a thickness of 2.0 mm in each case and consists of soda-lime glass.
  • Examples B1 to B3 and B4 to B6 each show identical layer stacks, in the first case with a thin TiO x cover layer as a scratch protection layer 4.5 and in the second case without such a scratch protection layer 4.5.
  • Examples B1 to B3 and B4 to B6 differ from each other in the oxygen content during the deposition of the ITO layer.
  • Table 2 shows further examples B7 to B12 according to the invention.
  • Examples B7 to B9 and B10 to B12 differ from each other in the oxygen content during the deposition of the ITO layer. Layer variants with thicker ITO are considered here.
  • Table 3 shows non-inventive comparative examples V1 to V4, where an emissivity-reducing coating 4 according to the comparative examples has the same basic structure as in the examples according to the invention, but differs in the layer thicknesses and in the oxygen content of the process gas during the deposition of the electrically conductive layer 4.1 (ITO).
  • the structure of the emissivity-reducing coating 4 in the comparative example V1 corresponds to the layer structure of the emissivity-reducing coating 4 in the examples B1, B2 and B3 with the difference that in V1 the oxygen content in the process gas is 0% when the ITO layer is deposited.
  • the layer structure of the emissivity-reducing coating 4 in the comparative example V1 corresponds to the layer structure of the emissivity-reducing coating 4 in the examples B1, B2 and B3 with the difference that in V1 the oxygen content in the process gas is 0% when the ITO layer is deposited.
  • Coating 4 in comparative example V2 corresponds to the layer structure of B4, B5 and B6, the layer structure in V3 corresponds to that of B7, B8 and B9 and the layer structure in V4 corresponds to that of B10, B11, B12, in each case with the difference that in comparative examples V2, V3 and V4 the oxygen content in the process gas is 0% during the deposition of the ITO layer.
  • Table 4 shows the maximum extinction coefficient k max of the electrically conductive layer 4.1 in the wavelength range of visible light from 380 nm to 780 nm for different oxygen contents in the process gas of ITO.
  • the electrically conductive layer 4.1 has maximum extinction coefficients k max of 0.021, 0.015 and 0.016 in the wavelength range of visible light, which are thus less than 0.035, which is a prerequisite for an inventive example.
  • the maximum extinction coefficient k of the electrically conductive layer 4.1 is given in the wavelength ranges from 380 nm to 490 nm, from 490 nm to 575 nm and from 600 nm to 700 nm.
  • the examples according to the invention have maximum extinction coefficients k of less than 0.020 in the wavelength range from 380 nm to 490 nm, of less than 0.015 in the wavelength range from 490 nm to 575 nm and of less than 0.025 in the wavelength range from 600 nm to 700 nm.
  • the comparative examples each have an extinction coefficient k above these values in the wavelength ranges mentioned.
  • the electrically conductive layer 4.1 has a maximum extinction coefficient k max of 0.048 in the wavelength range of visible light from 380 nm to 780 nm, which is thus greater than 0.035, which is why the comparative examples are not according to the invention.
  • Table 4
  • Table 5 summarizes some characterizing parameters of examples B1 to B3 according to the invention in comparison with comparative example V1.
  • the reflectance R and the color values a* and b* of the reflected light are each determined using the standard light source D65 with a 10° detector for the reflection below 8° on the emissivity-reducing coating as seen from the vehicle interior (referred to as Ri_(coating), a* CO ating , b* CO ating) and for the reflection within the glass at the interface of the coating below 80° (referred to as Ri_(interface), a*j n terface, b*j n terface).
  • the values of the reflectance R and the color values a* and b* shown were determined by simulations using the CODE software.
  • RL is a measure of the reflectivity of light radiation and should be as low as possible for Ri_(coating) to avoid unwanted reflections inside the vehicle, whereas Ri_(interface) should be maximized with a view to optimizing the light intensity of the illuminated glazing element.
  • the color values in the L*a*b* color space are a measure for how color-neutral the light reflection is, whereby the values should be as close to zero as possible.
  • Examples B1 to B3 and the comparative example V1 the sheet resistance and emissivity after heat treatment were also determined, which are given in Table 5. Low values for sheet resistance and emissivity enable greater thermal comfort. Examples B1 and B2 are therefore preferred because they have high light reflection in the glass and low emissivity. Table 5
  • Table 6 and Table 7 show the reflection properties of the coating both from the outside (coating) and from the inside (interface) for the inventive examples B4 to B12 and the comparative examples V2 to V4.
  • All examples according to the invention have an optimized light intensity of the illuminated glazing element, with RL(interface) being over 96% and color values a*j n terface and b*interface between -1.7 and 0.0 being achieved.
  • the reflectivity Ri_(coating) of the coating is classified as low at less than or equal to 7% for a clear glass.
  • the reflection color a* CO atin g and b* CO atin g are also in ranges that are acceptable to the customer.
  • the composite pane comprises the glass pane 2 made of extra-clear glass with the emissivity-reducing coating 4 from each of the inventive examples B1, B2 and B3 and the comparative example V1, and an outer pane 1 which is also made of extra-clear glass and is connected to the glass pane 2 via a thermoplastic intermediate layer 3, the thermoplastic intermediate layer 3 being made of polyvinyl butyral (PVB) and being heavily tinted.
  • PVB polyvinyl butyral
  • a transmission of visible light is the average transmission in a wavelength range from 380 nm to 780 nm.
  • This is particularly advantageous when a glazing element comprising the composite pane is used as a roof pane in a vehicle.
  • the use of a tinted composite pane instead of a single pane has a major influence on the reflection properties of the layer viewed from the outside (“coating”), but does not influence the reflection properties within the glass (“interface”), which in turn determine the light conduction.
  • FIG. 5 shows the extinction coefficient k of several TCO layers as a function of the wavelength.
  • the TCO layers are designed as ITO layers which are deposited by means of magnetic field-assisted cathode sputtering.
  • no oxygen 0% O2 was added to the process gas, as in comparative examples V1, V2, V3 and V4, 1.5% oxygen, as in inventive examples B1, B4, B7 and B10, 3% oxygen, as in inventive examples B2, B5, B8 and B11, and 4% oxygen, as in inventive examples B3, B6, B9 and B12.
  • the extinction coefficient k for 0% oxygen is shown in a solid line, for 1.5% oxygen in a broad dashed line, for 3% oxygen in a fine dashed line, and for 4% oxygen in a very fine dashed line.
  • the ITO layer has an imaginary component k of the refractive index within the wavelength range from 380 nm to 780 nm, for which k ⁇ 0.035 applies.
  • the values from Figure 5a) are shown in a more detailed view in the visible wavelength range from 380 nm to 780 nm.
  • the comparative examples with 0% oxygen content are not comparative examples according to the invention, since the extinction coefficient k is not less than 0.035 across the entire wavelength range. In the examples with 1.5%, 3% and 4% oxygen content, however, the extinction coefficient is less than 0.035 across the entire wavelength range from 380 nm to 780 nm. These are therefore examples according to the invention. It should be noted that these are only exemplary values that show that it is possible to influence the extinction coefficient k based on the oxygen content in the process gas.
  • Figure 6 shows a diagram of the real part of the refractive index n as a function of the wavelength for the ITO layers of the examples according to the invention and the non-inventive comparative examples from Figure 5.
  • the refractive indices were each determined by means of ellipsometry. List of reference symbols:

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beleuchtetes Verglasungselement, umfassend eine Glasscheibe (2) mit einer ersten Oberfläche (III) und einer zweiten Oberfläche (IV), wobei das Verglasungselement - mit mindestens einer Lichtquelle (5) ausgestattet ist, die geeignet ist, Licht derart in die Glasscheibe (2) einzukoppeln, dass sich das Licht in der Glasscheibe (2) ausbreitet, und - mit mindestens einer lichtstreuenden Struktur (6) versehen ist, die geeignet ist, das besagte Licht aus der Glasscheibe (2) über die erste Oberfläche (III) und/oder über die zweite Oberfläche (IV) auszukoppeln, wobei die zweite Oberfläche (IV) der Glasscheibe (2) mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung (4) versehen ist, die genau eine elektrisch leitfähige Schicht (4.1) auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids umfasst und die elektrisch leitfähige Schicht (4.1) innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k < 0,035.

Description

Beleuchtetes Verglasungselement mit emissivitätsmindernder Beschichtung
Die Erfindung betrifft eine beleuchtetes Verglasungselement mit mindestens einer Glasscheibe, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.
Beleuchtete Glasscheiben sind als solche bekannt. Zur Beleuchtung ist die Glasscheibe mit einer Lichtquelle ausgestattet, typischerweise einer Leuchtdiode, deren Licht derart in die Glasscheibe eingekoppelt wird, dass es sich in der Glasscheibe nach Art eines Lichtleiters ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an den Oberflächen der Glasscheibe. Durch lichtstreuende Strukturen kann das Licht wieder aus der Glasscheibe ausgekoppelt werden, wodurch die Beleuchtung realisiert wird. Die Form der lichtstreuenden Strukturen ist dabei frei wählbar, so dass beleuchtete Fläche beliebiger Form, beispielsweise als Muster, erzeugt werden können. Beleuchtete Glasscheiben dieser Art sind beispielsweise aus W02014/060409A1 , WO2014/167291 A1 oder nachveröffentlichten Anmeldung WO2023/144282 bekannt. Die Einkopplung des Lichts kann über die Seitenkantenfläche der Glasscheibe erfolgen, über die Kantenfläche einer Ausnehmung in der Glasscheibe oder über eine der Hauptflächen der Glasscheibe. In letzterem Fall wird das Licht durch die Glasscheibe hindurch gestrahlt und durch ein der Lichtquelle gegenüberliegendes Lichteinkopplungsmittel derart in die Glasscheibe zurück reflektiert, dass die Bedingung der Totalreflexion erfüllt ist. Das Lichteinkopplungmittel weist dazu entsprechend geneigte reflektierende Oberflächen auf. Beispielsweise können Mikroprismenfilme als Lichteinkopplungsmittel eingesetzt werden.
Im Fahrzeugbereich sind solche beleuchteten Glasscheiben insbesondere als Dachscheiben interessant. 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 Glasscheiben Verwendung finden.
Ebenso sind Glasscheiben bekannt, welche mit emissivitätsmindernden Beschichtungen (sogenannten LowE-Beschichtungen) ausgestattet sind, welche durch Reflexion von Wärmestrahlung den thermischen Komfort im Innenraum des Fahrzeugs verbessern. Transparente emissivitätsmindernde Beschichtungen können beispielsweise eine funktionelle Schicht auf Basis von Indium-Zinn-Oxid (ITO) enthalten. Beispielhaft sei auf WO2013131667A1 , WO2018206236A1 , DE202022100518U1 und DE202013006875U1 verwiesen. Die emissivitätsmindernden Beschichtungen sind typischerweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Glasscheibe (beziehungsweise des gesamtem Verglasungselements, falls dieses mehr als eine einzelne Glasscheibe umfasst) angeordnet und weisen reflektierende Eigenschaften im mittleren IR-Bereich auf. Im Sommer reduzieren sie die Einstrahlung der Wärmeenergie der aufgeheizten Glasscheibe in den Innenraum. Im Winter reduzieren sie die Abstrahlung der Wärme im Innenraum durch die Glasscheibe hindurch in die äußere Umgebung.
Aus der WO2022/136107A1 und der WO 2007/077099A1 ist es prinzipiell bekannt, dass auf eine Oberfläche einer beleuchteten Glasscheibe der eingangs genannten Art eine derartige emissivitätsmindernde Beschichtung aufgebracht sein kann. Dabei können jedoch unerwünschte Effekte auftreten. Die Beschichtung hat Einfluss auf das Reflexionsverhalten der besagten Oberfläche, an welcher auch die Totalreflexion des in die Glasscheibe eingekoppelten Lichts der Lichtquelle stattfindet. So kann die Beschichtung zu einem Intensitätsverlust des eingekoppelten Lichts führen und/oder zu einer Veränderung seiner Farbe (“Farbstich“).
Es besteht daher Bedarf an emissivitätsmindernden Beschichtungen, welche auf beleuchteten Glasscheiben der eingangs genannten Art eingesetzt werden können, ohne dass die Beschichtung negative Auswirkungen auf die Beleuchtung hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beleuchtetes Verglasungselement mit mindestens einer Glasscheibe bereitzustellen, wobei die Glasscheibe einerseits dazu dient, das Licht einer Lichtquelle im Verglasungselement zu verbreiten, und andererseits mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung, im Folgenden auch als Low-E-Beschichtung bezeichnet, versehen ist. Die Beschichtung soll nicht zu einem signifikanten Intensitätsverlust des eingekoppelten Lichts führen und auch nicht zu einer Veränderung seiner Farbe. Das Verglasungselement soll außerdem eine geringe Emissivität, einen geringen innenraumseitigen Reflexionsgrad und eine möglichst neutrale innenraumseitige Reflexionsfarbe aufweisen. Außerdem soll die Beschichtung effizient und kostengünstig herstellbar sein.
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 Glaselement 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 mindestens eine Glasscheibe. Die Glasscheibe weist eine erste Oberfläche (Hauptfläche) und eine zweite Oberfläche (Hauptfläche) auf, die typischerweise im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet sind, sowie eine zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche verlaufende Seitenkantenfläche.
Das Verglasungselement beziehungsweise die Glasscheibe kann plan sein oder in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen. In letzterem Fall ist typischerweise eine der Oberflächen konkav und die andere konvex gebogen. Die Seitenkantenfläche kann plan ausgebildet sein. Es ist jedoch üblich, die Seitenkantenfläche zu schleifen, um das von ihr ausgehende Verletzungsrisiko zu minimieren. Die Seitenkantenfläche ist dann gekrümmt beziehungsweise abgerundet ausgebildet, insbesondere konvex gekrümmt beziehungsweise abgerundet.
Die Verglasungselement, insbesondere die Glasscheibe, ist mit mindestens einer Lichtquelle ausgestattet, die geeignet ist, das von ihr abgestrahlte Licht derart in die Glasscheibe einzukoppeln, dass sich das Licht (mindestens) in der Glasscheibe ausbreitet.
Die Ausbreitung des Lichts im Verglasungselement erfolgt insbesondere durch Totalreflexion an zwei Grenzflächen zu einem optische weniger dichten Medium (Medium mit geringerem Brechungsindex). Eine dieser Grenzflächen ist die zweite Oberfläche der Glasscheibe, welche mit der emissivitätsmindernden Beschichtung versehen ist. Dies ist bevorzugt eine exponierte Oberfläche des Verglasungselement, das angrenzende optisch weniger dichte Medium ist bevorzugt Luft. Die andere Grenzfläche ist bevorzugt die erste Oberfläche der Glasscheibe - dann breitet sich das Licht nur in der Glasscheibe aus. Insbesondere, falls das Verglasungselement als Verbundscheibe ausgebildet ist, kann mindestens eine weitere Schicht mit der ersten Oberfläche in Kontakt stehen, die im Wesentlichen denselben Brechungsindex aufweist wie die Glasscheibe, so dass die erste Oberfläche keine reflektierende Grenzfläche darstellt. In diesem Fall ist die andere Grenzfläche die von der Glasscheibe abgewandte Oberfläche der besagten mindestens einen weiteren Schicht, wo ein Übergang zu einem optisch weniger dichten Medium vorliegt.
Anders ausgedrückt erfolgt die Ausbreitung des Lichts im Verglasungselement durch Totalreflexion an der mit der emissivitätsmindernden Beschichtung versehen zweiten Oberfläche der Glasscheibe und einer weiteren Grenzfläche, welche bevorzugt die erste Oberfläche der Glasscheibe ist, im Falle einer Verbundscheibe aber auch durch die von der Glasscheibe abgewandte Oberfläche einer Schicht gebildet werden kann, die mit der ersten Oberfläche in Kontakt steht und den gleichen Brechungsindex aufweist wie die Glasscheibe.
Das Verglasungselement ist außerdem mit mindestens einer lichtstreuenden Struktur versehen, die geeignet ist, das besagte Licht aus der Glasscheibe über ihre erste Oberfläche und/oder über ihre zweite Oberfläche auszukoppeln. Die lichtstreuende Struktur ist auf einer der totalreflektierenden Oberflächen angeordnet oder darin ausgebildet oder zwischen den totalreflektierenden Oberflächen. Bevorzugt ist die lichtstreuende Struktur auf der ersten oder der zweiten Oberfläche der Glasscheibe angeordnet oder darin ausgebildet. Trifft das sich im Verglasungselement ausbreitende Licht auf die lichtstreuende Struktur, so wird es gestreut, wodurch die Totalreflexion verhindert wird, so dass das gestreute Licht aus dem Verglasungselement (insbesondere der Glasscheibe) ausgekoppelt wird und das Verglasungselement verlässt.
Erfindungsgemäß ist die zweite Oberfläche der Glasscheibe mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung versehen, welche genau eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids (auch als TCO oder transparent conductive oxide bezeichnet) aufweist und die elektrisch leitfähige Schicht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k < 0,035. Damit ist gemeint, dass für jede Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm gilt, dass die elektrisch leitfähige Schicht einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k<0,035. Im gesamten Wellenlängenbereich tritt kein k- Wert auf, der nicht kleiner als 0,035 ist. Bevorzugt weist die elektrisch leitfähige Schicht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex auf, für den gilt k<0,030, besonders bevorzugt k<0,025. Genau eine elektrisch leitfähige Schicht bedeutet, dass über die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines TCOs hinausgehend keine weitere elektrisch leitfähige Schicht innerhalb, unterhalb oder oberhalb der emissivitätsmindernden Beschichtung vorhanden ist. Enthält die Low-E- Beschichtung weitere über die elektrisch leitfähige Schicht hinausgehende Schichten, so sind diese dielektrische Schichten.
Der komplexe Brechungsindex n setzt sich zusammen als Summe des Realteils des Brechungsindex n und dem Produkt von Imaginärteil n; multipliziert mit der imaginären Zahl i: n = n + i * ni
Der Imaginärteil ni des komplexen Brechungsindices wird auch als Extinktionskoeffizient k bezeichnet. Der Extinktionskoeffizient beschreibt das Schwächungsvermögen eines optischen Mediums, wobei k umso größer ist, je stärker einfallendes Licht vom Material absorbiert wird. Die Größe des Extinktionskoeffizienten k ist dabei abhängig vom chemischen und kristallografischen Aufbau des Materials.
Die Erfinder haben festgestellt, dass eine Low-E-Beschichtung, umfassend eine einzige elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines TCO, besonders geeignet ist, um eine hohe Intensität des in die Verglasung eingestrahlten Lichtes zu erhalten, sofern der Imaginäranteil des Brechungsindices der TCO-Schicht im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm, kleiner als k = 0,035 ist. Der genannte Wellenlängenbereich entspricht dem des sichtbaren Lichtes, in dem auch das beleuchtete Verglasungselement betrieben wird. Wird der Extinktionskoeffizient derartig klein gewählt, so tritt nur eine geringfügige Schwächung des in das beleuchtete Verglasungselement eingekoppelten Lichtes durch Absorption auf und eine hohe Lichtintensität des beleuchteten Verglasungselements bleibt erhalten.
Bevorzugt weist die elektrisch leitfähige Schicht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 490 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex auf, für den gilt k < 0,020, besonders bevorzugt k < 0,015. Innerhalb des Wellenlängenbereichs von 490 nm bis 575 nm weist die elektrisch leitfähige Schicht bevorzugt einen imaginären Anteil k des Brechungsindex auf, für den gilt k < 0,015, besonders bevorzugt k < 0,010. Bevorzugt weist die elektrisch leitfähige Schicht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 600 nm bis 700 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex auf, für den gilt k < 0,025, besonders bevorzugt k < 0,020. Dies ermöglicht es, dass in diesen Wellenlängenbereichen eine besonders hohe Lichtintensität erhalten bleibt. Auch hier ist gemeint, dass für jede Wellenlänge innerhalb des besagten Wellenlängenbereichs der Wert für k kleiner ist als der jeweils angegebene Wert. Die besagten Wellenlängenbereiche sind besonders relevant, weil typische Lichtquellen in violetter/blauer, grüner und roter Farbe Emissionswellenlängen in diesen Bereichen aufweisen.
Der Brechungsindex ist grundsätzlich unabhängig von der Messmethode, er kann beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmt werden. Bei der Ellipsometrie handelt es sich um eine gängige optische Methode zur Bestimmung von Schichtdicken und optischen Konstanten, wobei sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil des Brechungsindices bestimmt werden können. Ellipsometer sind kommerziell erhältlich, beispielsweise von der Firma Sentech.
Der Extinktionskoeffizient der elektrisch leitfähigen Schicht wird bestimmt, indem der Imaginärteil des Brechungsindex der Low-E-Beschichtung innerhalb des Wellenlängenbereichs 380 nm bis 780 nm gemessen wird. Die Low-E-Beschichtung umfasst über die elektrisch leitfähige Schicht hinausgehend allenfalls dielektrische Schichten. Dielektrika tragen nicht zur Absorption bei und können somit vernachlässigt werden, so dass aus den Messungen der Low-E-Beschichtung unmittelbare Rückschlüsse auf die elektrisch leitfähige Schicht zu ziehen sind.
Brechungsindices weiterer Schichten der Low-E-Beschichtung werden, sofern nicht anders angegeben, im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auf eine Wellenlänge von 550 nm bezogen. Die optische Dicke ist das Produkt aus der geometrischen Dicke und dem Brechungsindex (bei 550 nm). Die optische Dicke einer Schichtenfolge berechnet sich als Summe der optischen Dicken der Einzelschichten. Sofern nicht anders erwähnt, handelt es sich bei den angegebenen Schichtdicken um geometrische Schichtdicken.
Die elektrisch leitfähige Schicht ist bevorzugt auf Basis von Indium-Zinn-Oxid (ITO, indium tin oxide) ausgebildet. Die leitfähige Schicht kann alternativ aber auch beispielsweise auf Basis von Indium-Zink-Mischoxid (IZO), aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO, ZnO:AI), galliumdotiertem Zinnoxid (GZO), fluor-dotiertem Zinnoxid (FTO, SnO2:F), antimon-dotiertem Zinnoxid (ATO, SnO2:Sb) oder niob-dotiertem Titanoxid (TiÜ2:Nb) ausgebildet sein. Solche Schichten sind korrosionsbeständig und können auf exponierten Oberflächen eingesetzt werden. Der Realteil des komplexen Brechungsindex der TCO-Schicht beträgt bevorzugt von 1 ,5 bis 2,3.
Ist eine Schicht (Dünnschicht) einer Beschichtung auf Basis eines Materials ausgebildet, so besteht die Schicht mehrheitlich aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen aus diesem Material neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen. Die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines TCOs ist also mehrheitlich aus diesem gebildet. Bevorzugt umfasst die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids mindestens 90 Gew.-% eines TCOs, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% eines TCOs und besteht insbesondere aus einem transparenten leitfähigen Oxid.
Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Schicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschieden. Grundsätzlich ist es möglich, über den Sauerstoffanteil im Prozessgas bei der physikalischen Gasphasenabscheidung, insbesondere bei magnetfeldunterstützter Kathodenzerstäubung, den Extinktionskoeffizienten k zu beeinflussen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Prozessgas ein Sauerstoffanteil von 1 % Volumenanteil bis 3% Volumenanteil gewählt. Ein solcher Sauerstoffgehalt ist besonders geeignet, um eine elektrisch leitfähige TCO-Schicht mit einem Extinktionskoeffizienten k kleiner als 0,035 im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm herzustellen. Besonders bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Indium-Zinnoxid (ITO) ausgebildet und mittels physikalischer Gasphasenabscheidung mit einem Sauerstoffanteil von 1 % Volumenanteil bis 3 % Volumenanteil im Prozessgas abgeschieden. Damit werden besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Absorptionseigenschaften erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die emissivitätsmindernde Beschichtung einen spezifischen Schichtwiderstand von kleiner als 250 pQ*cm auf, besonders bevorzugt von kleiner als 200 pQ*cm.
Die Verglasungsanordnung weist bevorzugt eine innenraumseitige Emissivität kleiner oder gleich 40 % auf, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 35 %, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 30%. Mit innenraumseitiger Emissivität wird dabei das Maß bezeichnet, welches angibt, wie viel Wärmestrahlung die Scheibe in Einbaulage im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler (einem schwarzen Körper) in einen Innenraum, beispielsweise eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs abgibt. Unter Emissivität wird im Sinne der Erfindung der normale Emissionsgrad bei 283 K nach der Norm EN 12898 verstanden. Die elektrisch leitfähige Schicht weist bevorzugt eine Dicke von 60 nm bis 100 nm, besonders bevorzugt von 65 nm bis 95 nm, auf. In diesen Bereichen wird eine gute emissivitätsmindernde Wirkung der Low-E-Beschichtung und gleichzeitig eine ausreichend niedrige Absorption der elektrisch leitfähigen Schicht erreicht.
Die Low-E-Beschichtung umfasst bevorzugt eine oder mehrere dielektrische Schichten, die oberhalb oder unterhalb der einen TCO-Schicht angeordnet sind. Typischerweise sind unterhalb und/oder oberhalb der TCO-Schicht eine dielektrische Schicht oder Schichtenfolge angeordnet, welche die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmission und Reflektivität, verbessern. Die emissivitätsmindernde Beschichtung ist dann ebenfalls ein Dünnschichtstapel, also eine Schichtenfolge dünner Einzelschichten. Nachstehend werden bevorzugte Ausgestaltungen der emissivitätsmindernden Beschichtung beschrieben, mit denen besonders gute Ergebnisse erzielt werden.
Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter von dem Substrat, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet ist, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht. Die Low-E- Beschichtung ist bevorzugt als Dünnschichtfolge ausgebildet, wobei sie mehrere Dünnschichten umfasst, die flächenmäßig übereinander auf der zweiten Oberfläche der Glasscheibe abgeschieden sind. Ist eine erste dieser Dünnschichten unter einer zweiten Dünnschicht angebracht, so ist der Abstand der ersten Dünnschicht zur zweiten Oberfläche der Glasscheibe geringer als der Abstand der zweiten Dünnschicht zu dieser.
Einen besonderen Einfluss auf die optischen Eigenschaften haben sogenannte Entspiegelungsschichten oder Antireflexionsschichten, die einen geringeren Brechungsindex aufweisen als die TCO-Schicht und unterhalb wie oberhalb derselben angeordnet sind. Diese Entspiegelungsschichten können insbesondere infolge von Interferenzeffekten die Transmission durch die Scheibe erhöhen und die Reflektivität verringern. Die Wirkung hängt entscheidend von Brechungsindex und Schichtdicke ab.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die emissivitätsmindernde Beschichtung eine dielektrische untere Entspiegelungsschicht, die unterhalb der TCO-Schicht angeordnet ist. Der Brechungsindex der unteren Entspiegelungsschicht beträgt bevorzugt höchstens 1 ,8, beispielsweise von 1 ,3 bis 1 ,8, besonders bevorzugt höchstens 1 ,6, beispielsweise von 1 ,3 bis 1 ,6. Die Dicke der unteren Entspiegelungsschicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 25 nm, bevorzugt von 5 nm bis 20 nm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die emissivitätsmindernde Beschichtung eine dielektrische obere Entspiegelungsschicht, die oberhalb der TCO-Schicht angeordnet ist. Der Brechungsindex der oberen Entspiegelungsschicht beträgt bevorzugt höchstens 1 ,8, beispielsweise von 1 ,3 bis 1 ,8, besonders bevorzugt höchstens 1 ,6, beispielsweise von 1 ,3 bis 1 ,6. Die Dicke der oberen Entspiegelungsschicht beträgt bevorzugt von 45 nm bislOO nm, beispielsweise von 50 nm bis 75 nm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die emissivitätsmindernde Beschichtung sowohl eine untere Entspiegelungsschicht unterhalb der TCO-Schicht als auch eine obere Entspiegelungsschicht oberhalb der TCO-Schicht auf.
Die Entspiegelungsschichten bewirken insbesondere vorteilhafte optische Eigenschaften der Scheibe. Sie erhöhen die T ransparenz der Scheibe und fördern einen neutralen Farbeindruck. Die Entspiegelungsschichten sind bevorzugt auf Basis eines Oxids oder Fluorids ausgebildet, besonders bevorzugt auf Basis von Siliziumoxid, Magnesiumfluorid oder Kalziumfluorid, insbesondere auf Basis von Siliziumoxid (SiÜ2). Das Siliziumoxid kann Dotierungen aufweisen und ist bevorzugt mit Aluminium (SiO2:AI), mit Bor (SiO2:B), mit Titan (SiO2:Ti), mit Hafnium (SiÜ2:Hf) oder mit Zirkonium dotiert (SiO2:Zr).
Je nach Anwendungsgebiet des beleuchteten Verglasungselementes kann eine größere oder geringere Transparenz der Verglasung gewünscht oder erforderlich sein. Während bei Dekorverglasungen oder Kraftfahrzeugdachverglasungen beispielsweise eine geringere Transparenz akzeptabel oder gegebenenfalls erstrebenswert ist, so ist bei Kraftfahrzeugwindschutzscheiben eine Transmission von mindestens 70 % im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums gesetzlich vorgeschrieben.
Die obere Entspiegelungsschicht kann die oberste Schicht der Beschichtung sein. Sie weist dann den größten Abstand zur Substratoberfläche (zweite Oberfläche der Glasscheibe) auf und ist die abschließende Schicht des Schichtstapels. Diese kann, je nach Anwendung und Einbausituation des Verglasungselementes auch freiliegend, also exponiert sowie für Personen zugänglich und berührbar, sein. Es ist aber auch möglich, dass oberhalb der oberen Entspiegelungsschicht eine oder mehrere weitere Einzelschichten angeordnet sind. Eine solche weitere Schicht kann beispielsweise zur Verbesserung des Kratzschutzes dienen und auf Basis von Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Hafniumoxid ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die emissivitätsmindernde Beschichtung zwischen der TCO-Schicht und der oberen Entspiegelungsschicht eine obere dielektrische Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion mit einem Brechungsindex von mindestens 1 ,9. Die Barriereschicht dient dazu, die Sauerstoffzufuhr auf ein optimales Maß einzustellen. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der Brechungsindex der Barriereschicht von 1 ,9 bis 2,5 beträgt.
Die obere dielektrische Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion ist bevorzugt auf Basis eines Nitrids oder eines Carbids ausgebildet. Die obere dielektrische Barriereschicht kann beispielsweise auf Basis eines Nitrids oder Carbids von Wolfram, Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Chrom, Titan, Silizium oder Aluminium ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die obere dielektrische Barriereschicht auf Basis von Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid ausgebildet, insbesondere Siliziumnitrid (SisN^, womit besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Das Siliziumnitrid kann Dotierungen aufweisen und ist in einer bevorzugten Weiterbildung mit Aluminium (SisN^AI), mit Zirkonium (SisN^Zr), mit Hafnium (SisN^Hf), mit Titan (SisN^Ti), oder mit Bor dotiert (SisN^B). Bei einer Temperaturbehandlung nach dem Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung kann das Siliziumnitrid teilweise oxidiert werden. Eine als SisN4 abgeschiedene Barriereschicht enthält dann nach der Temperaturbehandlung SixNyOz, wobei der Sauerstoffgehalt typischerweise von 0 Atom-% bis 35 Atom-% beträgt.
Die Dicke der oberen dielektrischen Barriereschicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 40 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm, ganz besonders bevorzugt von 9 nm bis 15 nm. Damit wird der Sauerstoffgehalt der TCO-Schicht besonders vorteilhaft reguliert. Die Dicke der Barriereschicht wird hinsichtlich der Sauerstoffdiffusion gewählt, weniger hinsichtlich der optischen Eigenschaften der Scheibe. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Barriereschichten mit Dicken im angegebenen Bereich mit der erfindungsgemäßen emissivitätsmindernden Beschichtung und deren optischen Anforderungen kompatibel sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die emissivitätsmindernde Beschichtung unterhalb der TCO-Schicht, und gegebenenfalls unterhalb der unteren Entspiegelungsschicht, eine untere dielektrische Blockerschicht gegen Alkalidiffusion. Durch die Blockerschicht wird die Diffusion von Alkali-Ionen aus dem Glassubstrat in das Schichtsystem reduziert oder unterbunden. Alkali-Ionen können die Eigenschaften der Beschichtung negativ beeinflussen. Der Brechungsindex der unteren Blockerschicht beträgt bevorzugt mindestens 1 ,9. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der Brechungsindex der Blockerschicht von 1 ,9 bis 2,5 beträgt. Die Blockerschicht ist bevorzugt auf Basis eines Oxids, eines Nitrids oder eines Carbids ausgebildet, bevorzugt von Wolfram, Chrom, Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Titan, Silizium oder Aluminium, beispielsweise Oxide wie WO3, Nb20s, Bi20s, TiÜ2, Ta2Os, Y2O3, ZrÜ2, HfO2, SnÜ2, oder ZnSnOx, oder Nitride wie AIN. Die Blockerschicht ist besonders bevorzugt aus Basis von Siliziumnitrid (SisN^ ausgebildet, womit besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Das Siliziumnitrid kann Dotierungen aufweisen und ist in einer bevorzugten Weiterbildung mit Aluminium (SisN^AI), mit Titan (SisN^Ti), mit Zirkonium (SisN^Zr), mit Hafnium (SisN^Hf) oder mit Bor dotiert (SisN^B). Die Dicke der Blockerschicht beträgt bevorzugt von 10 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 40 nm, beispielsweise von 15 nm bis 35 nm. Die Blockerschicht ist bevorzugt die unterste Schicht des Schichtstapels, hat also direkten Kontakt zur Substratoberfläche, wo sie ihre Wirkung optimal entfalten kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Beschichtung nur aus den beschriebenen Schichten und enthält keine weiteren Schichten. Die emissivitätsmindernde Beschichtung besteht besonders bevorzugt aus folgenden Schichten in der angegebenen Reichenfolge ausgehend von der Substratoberfläche (zweite Oberfläche der Glasscheibe):
- untere Blockerschicht gegen Alkalidiffusion
- eine untere Entspiegelungsschicht
- elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines TCO
- obere Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion
- obere Entspiegelungsschicht
Ist das erfindungsgemäße Verglasungselement eine Fensterscheibe (beispielsweise eines Fahrzeugs, eines Gebäudes, eines Innenraums, eines Möbelstücks oder eines Einrichtungsgegenstands), so ist es dafür vorgesehen, in eine Fensteröffnung eingesetzt zu werden und dort einen Innenraum von einer äußeren Umgebung abzutrennen. Die Glasscheibe weist dann eine außenseitige Oberfläche und eine innenraumseitige Oberfläche auf. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Statt als Fensterscheibe im engeren Sinne kann das Verglasungselement gleichermaßen als Türscheibe oder Fassadenverglasung eingesetzt werden, wobei die vorstehenden Ausführungen in analoger Weise gelten.
Die mit der emissivitätsmindernden Beschichtung versehene zweite Oberfläche ist bevorzugt die innenraumseitige Oberfläche der Glasscheibe und besonders bevorzugt die innenraumseitige Oberfläche des gesamten Verglasungselements, welche gegenüber dem Innenraum exponiert ist. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf den thermischen Komfort im Innenraum, weil insbesondere die Wärmeeinstrahlung des erwärmten Verglasungselements in den Innenraum hinein optimal reduziert wird. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die zweite Oberfläche der Glasscheibe die außenseitige Oberfläche der Glasscheibe und/oder sogar des gesamten Verglasungselements bildet.
Die emissivitätsmindernde Beschichtung ist typischerweise vollflächig auf der zweiten Oberfläche aufgebracht, eventuell mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und/oder anderer lokal begrenzter Bereiche, die beispielsweise zur Datenübertragung oder zur Einkopplung von Licht dienen können. Der beschichtete Anteil der Substratoberfläche beträgt bevorzugt mindestens 80%.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verglasungselement eine Einzelglasscheibe und wird strukturell nur aus der Glasscheibe gebildet, welche als Lichtleiter für das Licht der Lichtquelle dient. Die totalreflektierenden Grenzflächen sind in diesem Fall die erste und die zweite Oberfläche der Glasscheibe, welche exponierte Oberflächen des Verglasungselements bilden.
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verglasungselement eine Verbundscheibe. Die Verbundscheibe umfasst neben der lichtleitenden Glasscheibe mit der emissivitätsmindernden Beschichtung und der Lichtquelle eine weitere Scheibe (insbesondere Glasscheibe), welche über eine thermoplastische Zwischenschicht mit der lichtleitenden Glasscheibe verbunden ist. Die weitere Scheibe weist ebenfalls eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkantenfläche auf. Ist das Glaselement eine Fensterscheibe, so kann eine der Scheiben als Außenscheibe und die andere Scheibe als Innenscheibe bezeichnet werden. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die in Einbaulage dem Innenraum zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander und der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Auch im Falle der Verbundscheibe sind die totalreflektierenden Grenzflächen bevorzugt die erste und die zweite Oberfläche der lichtleitenden Glasscheibe. Typischerweise weist die Glasscheibe einen Brechungsindex auf, der sich von demjenigen der Zwischenschicht ausreichend unterscheidet, um die Totalreflexion zu gewährleisten. Grundsätzlich ist es aber denkbar, dass eine an die Glasscheibe angrenzende Lage der Zwischenschicht oder sogar die gesamte Zwischenschicht denselben Brechungsindex aufweisen wie die Glasscheibe, so dass keine Totalreflexion an der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Glasscheibe auftritt. In diesem Fall wird die reflektierende Grenzfläche von der nächsten Oberfläche gebildet, an welcher ein Übergang zu einem optisch weniger dichten Medium auftritt. Diese Grenzfläche kann innerhalb der Zwischenschicht liegen, an der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der weiteren Scheibe oder sogar an der von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der weiteren Scheibe.
Die lichtleitende Glasscheibe mit der emissivitätsmindernden Beschichtung ist bevorzugt die Innenscheibe der Verbundscheibe, die weitere Scheibe die Außenscheibe. Die mit der emissivitätsmindernden Beschichtung versehene zweite Oberfläche der Glasscheibe ist bevorzugt die innenraumseitige Oberfläche der Glasscheibe (Innenscheibe), welche von der Zwischenschicht und der Außenscheibe abgewandt ist und gegenüber dem Innenraum exponiert ist. Damit werden besonders gute emissivitätsmindernde Eigenschaften erreicht und der thermische Komfort im Innenraum besonders vorteilhaft verbessert.
Alternativ ist auch möglich, dass die lichtleitende Glasscheibe mit der emissivitätsmindernden Beschichtung die Außenscheibe ist und die weitere Scheibe die Innenscheibe. Auch in diesem Fall ist die mit der emissivitätsmindernden Beschichtung versehene zweite Oberfläche der Glasscheibe die von der Zwischenschicht abgewandte Oberfläche, also die außenseitige Oberfläche, die gegenüber der äußeren Umgebung exponiert ist.
Das Verglasungselement ist mit einer Lichtquelle versehen, welche geeignet ist, Licht in die Glasscheibe einzukoppeln. Die Lichteinkopplung kann insbesondere über die Seitenkantenfläche der Glasscheibe, über die Kantenfläche einer Ausnehmung der Glasscheibe oder mithilfe eines Lichteinkopplungsmittels über eine der Oberflächen (Hauptflächen) der Glasscheibe erfolgen. Das Licht wird in die Glasscheibe eingestrahlt und breitet sich (mindestens) in der Glasscheibe aus, wobei es an den bereits beschriebenen Grenzflächen zu einem optisch weniger dichten Medium (insbesondere den Oberflächen der Glasscheibe) totalreflektiert wird. Genauer gesagt werden diejenigen Anteile des Lichts totalreflektiert, welche mit einem Einfallswinkel auf die besagten Oberflächen treffen, der größer ist als der jeweilige Grenzwinkel der Totalreflexion. Da also ein Übergang von einem optische dichteren in ein optisch weniger dichtes Medium vorliegt, kann ein Grenzwinkel OCT der Totalreflexion bestimmt werden als aT = arcsin(— ), wobei ni der Brechungsindex der Glasscheibe und n2 der Brechungsindex des angrenzenden Mediums ist.
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 breitet sich der Anteil des Lichts in der Glasscheibe aus, der mit einem Einfallswinkel auf die Oberflächen trifft, welcher größer ist als der größere Grenzwinkel der Totalreflexion.
Der Brechungsindex und der Grenzwinkel der Totalreflexion sind dabei auch von der Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle abhängig. Bei einer Wellenlänge von 589 nm beträgt der Brechungsindex einer Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas beispielsweise 1 ,52. Ist die Grenzfläche eine exponierte Oberfläche der Glasscheibe und das angrenzende Medium die umgebende Atmosphäre (insbesondere Luft: Brechungsindex 1 ,00 bei einer Lichtwellenlänge von 589 nm), so beträgt der Grenzwinkel der Totalreflexion OCT = 41 °. Ist die Grenzfläche eine Oberfläche der Glasscheibe, die der Zwischenschicht einer Verbundscheibe zugewandt ist, welche als PVB-Folie ausgebildet ist (Brechungsindex 1 ,48 bei eine Lichtwellenlänge von 589 nm), so beträgt der Grenzwinkel der Totalreflexion OCT = 77°. 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 Grenzwinkel der Totalreflexion wird analog ebenfalls zur Flächennormalen bestimmt. 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 Spektralbereich 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 enthalten oder auch mehrere Lichtquellen, deren Licht an unterschiedlichen Stellen in die Glasscheibe eingekoppelt wird. Das Licht der Lichtquelle kann direkt oder über ein optisches Element, beispielsweise eine Linse oder einen Kollimator, in die Glasscheibe eingekoppelt werden.
Die Lichtquelle ist bevorzugt eine Leuchtdiode (LED, light-emitting diode). 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 Einkoppeln des Lichts der Lichtquelle in die Glasscheibe kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, wobei insbesondere drei Ausgestaltungen bevorzugt sind.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Lichtquelle einer der beiden Oberflächen (Hauptflächen) der Glasscheibe zugeordnet. Die Lichtquelle ist auf einer der Oberflächen angeordnet und strahlt Licht über diese Oberfläche in die Glasscheibe ein. Das Verglasungselement ist der Lichtquelle gegenüberliegend mit einem Lichteinkopplungsmittel ausgestattet, welches von der Lichtquelle durch die Glasscheibe hindurch mit Licht bestrahlt wird. Das Lichteinkopplungsmittel ist geeignet, das Licht über die von der Lichtquelle abgewandte, dem Lichteinkopplungsmittel zugewandte Oberfläche in die Glasscheibe einzukoppeln, so dass sich zumindest ein Anteil des Lichts durch Totalreflexion (mindestens) in der Glasscheibe ausbreitet. Dazu weist das Lichteinkopplungsmittel typischerweise gegenüber der Oberfläche der Glasscheibe geeignet geneigte reflektierende Flächen auf. Das Lichteinkopplungsmittel kann beispielsweise als Mikroprismenfilm, als strukturierte Kunststofffolie oder als Kunststoffplatte mit einer flächigen Anordnung von Mikroprismen ausgebildet sein. Das Lichteinkopplungsmittel reflektiert das Licht zurück in die Glasscheibe, aber mit einem veränderten Winkel, der von 0° zur Flächennormalen abweicht. Das Licht wird an der Oberfläche der Glasscheibe gebrochen und zumindest ein Teil des resultierenden Lichts in der Glasscheibe trifft mit einem Einfallswinkel auf die gegenüberliegende Oberfläche, der größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion, wodurch das Licht in die Glasscheibe eingekoppelt wird.
Die Lichtquelle ist bevorzugt an einer exponierten Oberfläche der Glasscheibe beziehungsweise des Verglasungselements angeordnet, so dass sie nachträglich angebracht und im Falle eines Defekts einfach ausgetauscht werden kann. Besonders bevorzugt ist dabei die innenraumseitige exponierte Oberfläche der Glasscheibe beziehungsweise des Verglasungselements, welche bevorzugt auch mit der emissivitätsmindernden Beschichtung versehen ist (zweite Oberfläche der Glasscheibe). Das Lichteinkopplungsmittel ist bevorzugt auf der ersten Oberfläche der Glasscheibe angeordnet
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist die Lichtquelle einer Ausnehmung der Glasscheibe zugeordnet. Die Glasscheibe weist also eine Ausnehmung auf. Diese Ausnehmung ist bevorzugt ein Loch, also eine Durchführung, welche sich zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche der Glasscheibe erstreckt. Die Ausnehmung kann aber alternativ auch eine Vertiefung nach Art einer Sackbohrung sein (sackartige Vertiefung), welche sich ausgehend von der ersten Oberfläche oder der zweiten Oberfläche in die Glasscheibe hinein erstreckt, ohne jedoch die gegenüberliegende Hauptfläche zu erreichen, wodurch sich eine Durchführung ergeben würde. Die Sackbohrung erstreckt sich bevorzugt ausgehend von einer Oberfläche, welche eine exponierte Oberfläche des erfindungsgemäßen Glaselements bildet, in die Glasscheibe hinein. Die Lichtquelle kann dann nachträglich eingesetzt werden und im Falle eines Defekts einfach ausgetauscht werden. Im Falle einer Verbundscheibe ist diejenige Oberfläche der Glasscheibe die exponierte Oberfläche, die von der Zwischenschicht abgewandt ist. Die Ausnehmung kann beispielsweise durch mechanisches Bohren oder durch Laserbearbeitung in der Glasscheibe erzeugt werden. Die Ausnehmung ist bevorzugt rund ausgebildet, kann aber grundsätzlich jede beliebige Form aufweisen, beispielweise auch eine polygonale Form. Damit ist die Grundfläche der Ausnehmung gemeint in der Ebene der mindestens einen Oberfläche der Glasscheibe, über welche die Ausnehmung in die Glasscheibe eingebracht ist.
Die Ausnehmung, sei es als Durchführung oder als Vertiefung, wird durch eine umlaufende Kantenfläche begrenzt, welche sich zwischen den Hauptflächen der Glasscheibe erstreckt. Im Falle der Durchführung ist dies die einzige Begrenzungsfläche der Ausnehmung. Im Fall der sackartigen Vertiefung ist eine weitere Begrenzungsfläche vorhanden, welche derjenigen Hauptfläche der Glasscheibe zugewandt ist, bis zu der sich die Vertiefung nicht erstreckt, und welche gleichsam den Boden der Sackbohrung bildet. Umfasst das Verglasungselement mehrere Lichtquellen, so ist für jede Lichtquelle bevorzugt eine eigene Ausnehmung vorgesehen.
Die Lichtquelle ist in dieser Ausgestaltung der besagten Kantenfläche der Ausnehmung zugeordnet und dazu geeignet, Licht über diese Kantenfläche in die Glasscheibe einzukoppeln. Die Lichtquelle selbst kann dazu in der Ausnehmung angeordnet sein, so dass sie sich in der durch die Glasscheibe definierten Ebene befindet und das abgestrahlte Licht direkt auf die Kantenfläche trifft. Die Lichtquelle kann dazu beispielsweise in die Ausnehmung geklemmt oder an der Kantenfläche angeklebt sein. Es ist auch denkbar, dass sich die Lichtquelle in einem Gehäuse oder einer Halterung befindet und dort fixiert ist, wobei das Gehäuse oder die Halterung in die Ausnehmung eingesetzt werden, bevorzugt passgenau. Es ist aber alternativ auch möglich, dass die Lichtquelle die Kantenfläche nicht direkt bestrahlt, sondern die Strahlung dazu zunächst umgelenkt wird. So ist es denkbar, dass sich die Lichtquelle in einem Gehäuse befindet, wobei ein Teil des Gehäuses in die Ausnehmung eingesetzt ist, während sich ein anderer Teil des Gehäuses außerhalb der Ausnehmung befindet. Die Lichtquelle ist in dem Teil des Gehäuses außerhalb der Ausnehmung positioniert und das Licht wird durch spiegelnde Flächen oder Wellenleiter im Gehäuse derart umgelenkt, dass es die Kantenfläche der Ausnehmung bestrahlt. Das besagte Gehäuse ist bevorzugt an einer exponierten Oberfläche der Glasscheibe befestigt und erstreckt sich von dort aus in die Ausnehmung.
In einer dritten bevorzugten Ausgestaltung ist die Lichtquelle der Seitenkantenfläche der Glasscheibe zugeordnet und dazu geeignet, Licht über die Seitenkantenfläche in die Glasscheibe einzukoppeln. Das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht kann dabei direkt auf die Seitenkantenfläche treffen. Die Lichtquelle kann sich dabei seitlich der Glasscheibe in der durch die Glasscheibe definierten Ebene befinden. Dazu kann die Lichtquelle direkt an der Seitenkantenfläche befestigt sein, beispielsweise angeklebt oder angeklemmt sein. Alternativ kann sich die Lichtquelle auch in einem Gehäuse oder einer Halterung befinden und dort fixiert sein, wobei das Gehäuse oder die Halterung derart an der Glasscheibe befestigt ist, beispielsweise angeklebt oder angeklemmt, dass die Lichtquelle die Seitenkantenfläche bestrahlt. Es ist aber auch möglich, dass die Lichtquelle die Seitenkantenfläche nicht direkt bestrahlt, sondern die Strahlung dazu zunächst umgelenkt wird. So ist es denkbar, dass sich die Lichtquelle in einem Gehäuse befindet, welches spiegelnde Flächen oder Wellenleiter beinhaltet, durch welche der Strahlengang des Lichts gestaltet wird. Dieses Gehäuse ist derart an der Glasscheibe befestigt, dass der Strahlengang das Licht der Seitenkantenfläche der Glasscheibe zuführt. Die Lichtquelle selbst muss sich dann nicht seitlich der Glasscheibe in der durch die Glasscheibe definierten Ebene befinden, sondern kann beispielsweise in Durchsichtsrichtung vor oder hinter der Glasscheibe angeordnet sein. Das besagte Gehäuse ist bevorzugt an einer exponierten Oberfläche der Glasscheibe befestigt und erstreckt sich von dort aus zur Seitenkantenfläche der Glasscheibe.
Es ist auch eine Kombination der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen denkbar, wobei mehrere Lichtquellen vorhanden sind, deren Licht auf unterschiedliche Weise in die Glasscheibe eingekoppelt wird.
Das Verglasungselement (insbesondere die Glasscheibe) ist außerdem mit einer lichtstreuenden Struktur versehen, die geeignet ist, das eingekoppelte Licht über die erste und/oder die zweite Oberfläche aus der Glasscheibe auszukoppeln. Die lichtstreuende Struktur ist auf einer der beiden totalreflektierenden Grenzflächen angeordnet oder zwischen ihnen.
Die lichtstreuende Struktur hat dazu bevorzugt direkten Kontakt mit einer der Oberflächen der Glasscheibe, so dass das sich in der Glasscheibe ausbreitende Licht auf sie trifft. Durch die lichtstreuenden Eigenschaften der lichtstreuenden Struktur wird die Totalreflexion unterbunden. Die lichtstreuende Struktur stellt gleichsam ein Streuzentrum dar, an dem das Licht gestreut wird und daher nicht totalreflektiert wird. Da die Streuung grundsätzlich ungerichtet ist, verlässt zumindest ein Teil des gestreuten Lichtes die Glasscheibe. Dadurch kann eine Beleuchtung realisiert werden oder es können Informationen oder ästhetische Formen dargestellt werden.
Die von der lichtstreuenden Struktur belegte Fläche des Verglasungselements erscheint dem Betrachter als leuchtende Fläche. Dies kann genutzt werden beispielsweise zur Beleuchtung (beispielsweise eines Innenraums) oder zur Realisierung einer Anzeige zur Darstellung von Informationen oder ästhetischen Formen. Die leuchtende Struktur kann in einem einzelnen zusammenhängenden Bereich des Verglasungselements 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 Glasscheibe 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 Glaselement eine Verbundscheibe, so kann die lichtstreuende Struktur auf der mit der Glasscheibe in Kontakt stehenden Oberfläche der thermoplastischen Zwischenschicht aufgebracht sein. Alternativ kann die lichtstreuende Struktur (beispielsweise aufgebracht auf einer Trägerfolie) zwischen die Glasscheibe und der Zwischenschicht eingelegt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die lichtstreuende Struktur als Aufdruck ausgebildet, insbesondere als Aufdruck auf einer der Oberflächen der Glasscheibe oder - im Falle einer Verbundscheibe - auf der der Glasscheibe zugewandten Oberfläche der Zwischenschicht. Ein Aufdruck auf der Glasscheibe ist bevorzugt als lichtstreuende Emaille ausgebildet. Diese Emaille kann beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgedruckt werden. Sie enthält bevorzugt Glasfritten, welche in die Oberfläche der Glasscheibe eingebrannt werden, wodurch eine aufgeraute und daher lichtstreuende Fläche entsteht. Ein Aufdruck auf der Zwischenschicht kann dadurch realisiert wird, dass eine Oberfläche einer thermoplastischen Folie mit einer lichtstreuenden Druckpaste bedruckt wird, beispielsweise im Siebdruckverfahren. Die Folie wird bei der Herstellung der Verbundscheibe zwischen Außen- und Innenscheibe eingelegt, um die Zwischenschicht auszubilden, wobei die bedruckte Oberfläche der Glasscheibe zugewandt wird, insbesondere mit direktem Kontakt zur Glasscheibe. Die lichtstreuende Struktur ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung transparent, so dass sie die Durchsicht durch die Glasscheibe 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 Glasscheibe beziehungsweise der Zwischenschicht 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, beispielsweise durch die transparente Glasscheibe hindurch. Mit der Laserbearbeitung ist es außerdem möglich, die lichtstreuende Struktur nicht auf einer Oberfläche, sondern im Innern der Glasscheibe auszubilden. Die Glasscheibe ist bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas gefertigt, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Glasscheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) gefertigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Glaszusammensetzungen mit einer Transmission im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums von größer als 90 % verwendet. Die Dicke der Glasscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm verwendet, bevorzugt von 1 mm bis 5 mm. Im Falle einer Verbundscheibe gilt selbiges für die weitere Scheibe, wobei Material und Dicke der weiteren Scheibe und der Glasscheibe unabhängig voneinander gewählt werden können.
Die Glasscheibe ist bevorzugt klar, damit sich das Licht vorteilhaft in der Glasscheibe ausbreiten kann. Im Falle einer Verbundscheibe können die weitere Scheibe und die Zwischenschicht klar oder auch getönt oder gefärbt sein. Insbesondere im Fall, dass das Verglasungselement die Verbundscheibe umfasst und als Dachscheibe in einem Fahrzeug verwendet wird, kann die Verbundscheibe eine getönte Zwischenschicht und/oder eine getönte weitere Scheibe umfassen. Insbesondere wenn die Glasscheibe die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Innenscheibe der Verbundscheibe ist und die weitere Scheibe die der äußeren Umgebung zugewandte Außenscheibe ist, kann auf diese Weise sowohl eine hohe Lichtintensität und eine farbneutrale Darstellung ermöglicht werden, wobei die getönte Zwischenschicht beziehungsweise die getönte Außenscheibe, besonders bei starker Sonneneinstrahlung den thermischen Komfort erhöhen und verhindern, dass die Fahrzeuginsassen geblendet werden. Die getönte Außenscheibe beziehungsweise die getönte Zwischenschicht weist bevorzugt einen Transmissionsgrad von sichtbarem Licht von weniger als 50 % auf, besonders bevorzugt von weniger als 20 %.
Die thermoplastische Zwischenschicht umfasst zumindest eine Lage eines thermoplastischen Verbindungsmaterial, welche bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon enthält, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus zumindest einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Folie beträgt bevorzugt von 0,3 mm bis 2 mm, wobei besonders die Standarddicken von 0,36 mm und 0,76 mm gebräuchlich sind. Die Zwischenschicht kann auch mehrere Lagen thermoplastischen Materials umfassen und beispielsweise aus mehreren flächig übereinander angeordneten Polymerfolien ausgebildet sein. Das Verglasungselement weist bevorzugt einen opaken Maskierungsbereich auf, durch den keine Durchsicht möglich ist. Dieser Maskierungsbereich ist bevorzugt umlaufend in einem Randbereich angeordnet und umgibt einen zentralen transparenten Durchsichtsbereich rahmenartig. Dies ist insbesondere für Fahrzeugscheiben gebräuchlich. Der Maskierungsbereich ist bevorzugt durch einen opaken Abdeckdruck ausgebildet auf der Glasscheibe und/oder (im Falle einer Verbundscheibe) auf der weiteren Scheibe. Der Abdeckdruck ist typischerweise aus einer Emaille ausgebildet, welche Glasfritten und ein Pigment enthält und bevorzugt im Siebdruckverfahren aufgebracht und anschließend eingebrannt wird. In einer alternativen Ausführungsform wird der Abdeckdruck im Digitaldruckverfahren aufgebracht und anschließend eingebrannt.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen beleuchteten Verglasungselements, wobei
(a) eine Glasscheibe bereitgestellt wird mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche,
(b) die zweite Oberfläche der Glasscheibe mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung versehen wird, die genau eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids umfasst und die elektrisch leitfähige Schicht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k < 0,035,
(c) die Glasscheibe mit mindestens einer Lichtquelle ausgestattet wird, die geeignet ist, Licht derart in die Glasscheibe einzukoppeln, dass sich das Licht in der Glasscheibe ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche.
Dabei wird das Verglasungselement mit mindestens einer lichtstreuenden Struktur versehen, die geeignet ist das besagte Licht aus der Glasscheibe über die erste Oberfläche und/oder über die zweite Oberfläche auszukoppeln. Dies kann nach zwischen den Verfahrensschritten (a) und (b), zwischen den Verfahrensschritten (b) und (c) oder nach Verfahrensschritt (c) erfolgen.
Die emissivitätsmindernde Beschichtung wird bevorzugt durch Gasphasenabscheidung auf der Substratoberfläche 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“). In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die emissivitätsmindernde Beschichtung durch Gasphasenabscheidung abgeschieden, insbesondere durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung. Eine erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Schicht mit einem imaginären Anteil k des Brechungsindex von kleiner 0,035 lässt sich insbesondere dadurch realisieren, dass dem Prozessgas ein Anteil von 1 Volumen-% bis 3 Volumen-% Sauerstoff zugesetzt wird. Die elektrisch leitfähige Schicht wird dabei bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung im DC-Modus abgeschieden, wobei die Glasscheibe bevorzugt nicht aktiv beheizt wird.
Bevorzugt wird die emissivitätsmindernde Beschichtung nach Abscheidung einer thermischen Nachbehandlung unterzogen. Derartige Verfahren zum thermischen Tempern von leitfähigen Beschichtungen sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Die Erfinder haben festgestellt, dass die thermische Behandlung der emissivitätsmindernden Beschichtung ein Erreichen der erfindungsgemäßen Brechungsindices erleichtert.
Ist das Glaselement eine Verbundscheibe, so wird die Glasscheibe mit einerweiteren Scheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht verbunden. Dann ist es auch möglich, dass die lichtstreuende Struktur und entweder die lichtstreuende oder- beugende Schicht oder das opake Element nicht auf der Glasscheibe aufgebracht werden, sondern auf der Zwischenschicht aufgebracht wird oder zwischen der Zwischenschicht und der Glasscheibe eingelegt wird, wie dies vorstehend schon beschrieben wurde. Die Lichtquelle wird bevorzugt erst nach der Lamination der Verbundscheibe angebracht.
Es können 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. 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 erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts Z aus Figur 1 ,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements,
Fig. 5 Diagramme des Extinktionskoeffizienten k (Imaginärteil des komplexen Brechungsindex) für herkömmliche und erfindungsgemäße ITO-Schichten,
Fig. 6 ein Diagramm des Realteils des komplexen Brechungsindex n für die herkömmlichen und die erfindungsgemäßen ITO-Schichten aus Fig. 5
Figur 1 und Figur 2 zeigen je ein Detail einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements. Das Glaselement ist als Verbundscheibe ausgebildet, welche eine Glasscheibe 2 als Innenscheibe umfasst, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 mit einer Außenscheibe 1 verbunden ist. Die Außenscheibe 1 und die Glasscheibe 2 sind aus Kalk-Natron-Glas gefertigt und weisen beispielsweise eine Dicke von jeweils 2,1 mm auf. Die Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm ausgebildet. Das Verglasungselement ist plan dargestellt, kann aber je nach beabsichtigter Verwendung auch zylindrisch oder sphärisch gebogen sein. Das Verglasungselement ist beispielsweise als Dachscheibe eines Personenkraftwagens vorgesehen.
Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung, die Glasscheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum zugewandt. Die Außenscheibe 1 weist eine außenseitige Oberfläche I auf, der der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche II, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist. Ebenso weist die Glasscheibe 2 zwei parallele Hauptflächen auf, nämlich eine erste Oberfläche III, welche die außenseitige Oberfläche darstellt, und eine zweite Oberfläche IV, welche die innenraumseitige Oberfläche darstellt. Die Glasscheibe 2 fungiert als lichtleitende Schicht des beleuchteten Verglasungselements. Eine Lichtquelle 5 ist an der zweiten (innenraumseitigen) Oberfläche IV der Glasscheibe 2 angebracht. Der Lichtquelle 5 gegenüberliegend ist ein Lichteinkopplungsmittel 7 an der ersten (außenseitigen) Oberfläche III der Glasscheibe 2 angebracht. Die Lichtquelle 5 bestrahlt das Lichteinkopplungsmittel 7 durch die Glasscheibe 2 hindurch. Die Lichtquelle 5 ist als Leuchtdiode ausgebildet. Das Lichteinkopplungsmittel 7 ist als Mikroprismenfilm ausgebildet mit einer Mehrzahl von Reflexionsflächen, die gegenüber den Oberflächen III, IV geneigt sind. Das reflektierte Licht tritt dann mit verändertem Strahlwinkel über die erste Oberfläche III wieder in die Glasscheibe 2 ein. Das Licht wird also mittels des Lichteinkopplungsmittels 7 über die erste Oberfläche III in die Glasscheibe 2 eingekoppelt. Die Lichtstrahlung ist durch Pfeile in der Figur angedeutet. Ein Anteil des Lichts trifft mit einem Einfallswinkel auf die Oberflächen III, IV der Glasscheibe 2, der größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion (beziehungsweise größer als der größte Grenzwinkel der Totalreflexion, da an den beiden Oberflächen III, IV aufgrund des unterschiedlichen angrenzenden Mediums verschiedene Grenzwinkel der Totalreflexion auftreten). Dieser Lichtanteil breitet sich durch wiederholte Totalreflexion in der Glasscheibe 2 aus.
In einem umlaufenden Randbereich des Verglasungselements ist ein opaker Abdeckdruck 9 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 aufgebracht. Lichtquelle 5 und Lichteinkopplungsmittel 7 sind unauffällig in diesem opaken Randbereich (Maskierungsbereich) angeordnet.
Die erste Oberfläche III der Glasscheibe 2 ist mit einer Mehrzahl von lichtstreuenden Strukturen 6 versehen, an denen das Licht gestreut wird und die Totalreflexion unterbunden wird. So wird das Licht aus der Glasscheibe 2 ausgekoppelt, insbesondere über die zweite Oberfläche IV, so dass die Fahrzeuginsassen die Flächen mit den lichtstreuenden Strukturen 6 als leuchtende Flächen wahrnehmen.
Die zweite (innenraumseitige) Oberfläche IV der Glasscheibe 2 ist mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung 4 versehen, deren optische Eigenschaften dahingehend optimiert ist, dass sie insbesondere nicht zu einem signifikanten Intensitätsverlust des sich ausbreitenden Lichts führt und nicht zu einer Veränderung seiner Farbe. Die emissivitätsmindernde Beschichtung 4 ist als Stapel dünner Schichten ausgebildet. Die Einzelschichten sind in der vergrößerten Darstellung der Figur 2 zu erkennen. Die emissivitätsmindernde Beschichtung 4 besteht aus einer unteren dielektrischen Blockerschicht 4.2, einer unteren dielektrischen Entspiegelungsschicht 4.3a, einer elektrisch leitfähigen Schicht 4.1 , einer oberen dielektrischen Barriereschicht 4.4, einer oberen dielektrischen Entspiegelungsschicht 4.3b und einer Kratzschutzschicht 4.5. Die untere dielektrische Blockerschicht 4.2 weist einen Brechungsindex von mindestens 1 ,9 auf und verhindert die Diffusion von Alkali-Ionen aus der Glasscheibe 2 in die Schichten oberhalb der Blockerschicht 4.2. Die untere dielektrische Entspiegelungsschicht 4.3a hat einen Brechungsindex von höchstens 1 ,6, die obere dielektrische Entspiegelungsschicht 4.3b weist einen Brechungsindex von höchstens 1 ,8 auf. Die Entspiegelungsschichten 4.3a, 4.3b erhöhen die Transmission durch die Scheibe und verringern die Reflektivität. Die obere dielektrische Barriereschicht 4.4 reguliert die Sauerstoffdiffusion in den Schichtstapel und weist einen Brechungsindex von mindestens 1 ,9 auf. Die elektrisch leitfähige Schicht 4.1 besteht aus ITO und weist innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex auf, für den gilt k < 0,035.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements. Das Verglasungselement ist grundsätzlich ebenso aufgebaut wie in der Ausgestaltung der Figur 1 , unterschiedet sich aber in der Art der Lichteinkopplung. Die Lichtquelle 5 ist an der Seitenkantenfläche e der Glasscheibe 2 angebracht und strahlt das Licht über diese Seitenkantenfläche e in die Glasscheibe 2 ein. Auch hier trifft wieder ein Anteil des Lichts mit einem Einfallswinkel auf die Oberflächen III, IV der Glasscheibe 2, der größer ist als der (größte) Grenzwinkel der Totalreflexion und breitet sich durch wiederholte Totalreflexion in der Glasscheibe 2 aus.
Die Seitenkantenfläche e ist der Einfachheit halber plan dargestellt, ist in der Realität aber häufig infolge eines Kantenschliffs konvex abgerundet.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verglasungselements. Das Verglasungselement ist grundsätzlich ebenso aufgebaut wie in der Ausgestaltung der Figuren
1 und 3, unterschiedet sich aber wiederum in der Art der Lichteinkopplung. Die Glasscheibe
2 ist mit einer Ausnehmung A versehen, welche sich als Durchführung vollständig durch die Glasscheibe 2 erstreckt, also von ihrer ersten Oberfläche III bis zu ihrer zweiten Oberfläche IV. Diese Ausnehmung A weist beispielsweise eine kreisförmige Grundfläche auf und wird von einer umlaufenden Kantenfläche i begrenzt. Die Lichtquelle 5 ist in die Ausnehmung A eingesetzt, beispielsweise an die Kantenfläche i angeklebt. Das Licht wird über die Kantenfläche i in die Glasscheibe 2 eingekoppelt. Auch hier trifft wieder ein Anteil des Lichts mit einem Einfallswinkel auf die Oberflächen III, IV der Glasscheibe 2, der größer ist als der (größte) Grenzwinkel der Totalreflexion und breitet sich durch wiederholte Totalreflexion in der Glasscheibe 2 aus.
Im Folgenden wird der Aufbau der emissivitätsmindernden Beschichtung anhand von erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert. Die dargestellten Schichtaufbauten sind lediglich beispielhaft zu verstehen. So können die dielektrischen Schichtenfolgen auch mehr oder weniger Schichten umfassen. Die dielektrischen Schichtenfolgen müssen auch nicht symmetrisch sein. Beispielhafte Materialien und Schichtdicken können den nachfolgenden Beispielen entnommen werden. Die emissivitätsmindernden Beschichtungen sind auf der zweiten Oberfläche IV der Glasscheibe 2 angebracht und befinden sich im Einbauzustand des Verglasungselementes in einem Fahrzeug benachbart zum Fahrzeuginnenraum.
Die Schichtenfolgen einer emissivitätsmindernden Beschichtung 4 auf einer Glasscheibe 2 gemäß erfindungsgemäßer Beispiele B1 bis B6, zusammen mit den Materialien und geometrische Schichtdicken der Einzelschichten, sind in Tabelle 1 dargestellt. Die dielektrischen Schichten können unabhängig voneinander dotiert sein, beispielsweise mit Bor, Titan, Zirkonium oder Aluminium. Die als ITO-Schicht vorgesehene elektrisch leitfähige Schicht 4.1 ist mit einem Sauerstoffgehalt gemäß Tabelle 1 im Prozessgas mittels magnetfeldunterstützter Kathodenzerstäubung abgeschieden. Die magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung erfolgt beispielsweise in einer industriellen Anlage im Gleichstrom- Modus (DC-Modus) ohne aktive Beheizung der Glasscheibe 2 bei der Abscheidung. Die Glasscheibe 2 weist jeweils eine Dicke von 2,0 mm auf und besteht aus Kalk-Natron-Glas. Beispiele B1 bis B3 und B4 bis B6 zeigen jeweils identische Schichtstapel, im ersten Fall mit einer dünnen TiOx-Deckschicht als eine Kratzschutzschicht 4.5 und im zweiten Fall ohne eine solche Kratzschutzschicht 4.5. Die Beispiele B1 bis B3 und B4 bis B6 unterscheiden sich untereinander jeweils im Sauerstoffgehalt bei der Abscheidung der ITO-Schicht.
In Tabelle 2 sind weitere erfindungsgemäße Beispiele B7 bis B12, gezeigt. Die Beispiele B7 bis B9 und B10 bis B12 unterscheiden sich untereinander jeweils im Sauerstoffgehalt bei der Abscheidung der ITO-Schicht. Hier werden Schichtvarianten mit dickerem ITO betrachtet. In Tabelle 3 sind nicht erfindungsgemäße Vergleichsbeispiele V1 bis V4 gezeigt, wobei eine emissivitätsmindernde Beschichtung 4 gemäß den Vergleichsbeispielen den identischen Grundaufbau hat, wie bei den erfindungsgemäßen Beispielen, sich jedoch in den Schichtdicken und im Sauerstoffgehalt des Prozessgases während der Abscheidung der elektrisch leitfähigen Schicht 4.1 (ITO) unterscheidet. Der Aufbau der emissivitätsmindernden Beschichtung 4 im Vergleichsbeispiel V1 entspricht dabei dem Schichtaufbau der emissivitätsmindernden Beschichtung 4 in den Beispielen B1 , B2 und B3 mit dem Unterschied, dass bei V1 bei der Abscheidung der ITO-Schicht der Sauerstoffgehalt im Prozessgas 0 % beträgt. Ebenso entspricht der Schichtaufbau der emissivitätsmindernden
Beschichtung 4 im Vergleichsbeispiel V2 dem Schichtaufbau aus B4, B5 und B6, der Schichtaufbau in V3 dem aus B7, B8 und B9 und der Schichtaufbau in V4 dem aus B10, B11 , B12, jeweils mit dem Unterschied, dass in den Vergleichsbeispielen V2, V3 und V4 bei der Abscheidung der ITO-Schicht der Sauerstoffgehalt im Prozessgas 0 % beträgt.
Tabelle 1
Tabelle 2 Tabelle 3
In Tabelle 4 ist der maximale Extinktionskoeffizient kmax der elektrisch leitfähigen Schicht 4.1 im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 780 nm für unterschiedliche Sauerstoffgehalte im Prozessgas von ITO angegeben. Bei den erfindungsgemäßen Beispielen B1 bis B12 weist die elektrisch leitfähige Schicht 4.1 im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts maximale Extinktionskoeffizienten kmax von 0,021 , 0,015 und 0,016 auf, diese sind somit kleiner als 0,035, was eine Voraussetzung für ein erfindungsgemäßes Beispiel darstellt. Außerdem ist der maximale Extinktionskoeffizient k der elektrisch leitfähigen Schicht 4.1 jeweils in den Wellenlängenbereichen von 380 nm bis 490 nm, von 490 nm bis 575 nm und von 600 nm bis 700 nm angegeben. Die erfindungsgemäßen Beispiele weisen im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm maximale Extinktionskoeffizienten k von kleiner als 0,020 auf, im Wellenlängenbereich von 490 nm bis 575 nm von kleiner als 0,015 und im Wellenlängenbereich von 600 nm bis 700 nm von kleiner als 0,025. Die Vergleichsbeispiele weisen in den genannten Wellenlängenbereichen jeweils einen Extinktionskoeffizienten k oberhalb dieser Werte auf.
Bei den Vergleichsbeispielen V1 bis V4 weist die elektrisch leitfähige Schicht 4.1 im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 780 nm einen maximalen Extinktionskoeffizienten kmax von 0,048 auf, dieser ist somit größer als 0,035, weshalb die Vergleichsbeispiele nicht erfindungsgemäß sind. Tabelle 4
In Tabelle 5 sind einige charakterisierende Parameter der erfindungsgemäßen Beispiele B1 bis B3 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel V1 zusammengefasst. Dabei werden Reflexionsgrad R und die Farbwerte a* und b* des reflektierten Lichtes jeweils unter Verwendung der Standardlichtquelle D65 mit einem 10°-Detektor für die eine Reflektion unter 8° an der emissivitätsmindernden Beschichtung vom Fahrzeuginnenraum aus gesehen (bezeichnet als Ri_(coating), a*COating, b*COating) und für die Reflektion innerhalb des Glases an der Grenzfläche der Beschichtung unter 80° (bezeichnet als Ri_(interface), a*jnterface, b*jnterface). Die dargestellten Werte des Reflexionsgrads R und die Farbwerte a* und b* wurden durch Simulationen mit der Software CODE ermittelt. Die genannten Reflexionswinkel sind angegeben im Verhältnis zur jeweiligen Flächennormalen. RL ist ein Maß für das Reflexionsvermögen gegenüber Lichtstrahlung und sollte für Ri_(coating) möglichst gering sein um unerwünschte Reflexionen im Inneren des Fahrzeugs zu vermeiden, wohingegen Ri_(interface) im Hinblick auf eine optimierte Lichtintensität des beleuchteten Verglasungselementes zu maximieren ist. Die Farbwerte im L*a*b*-Farbraum sind ein Maß dafür, wie farbneutral die Lichtreflexion erfolgt, wobei die Werte möglichst nahe an Null liegen sollten.
Für die Beispiele B1 bis B3 und das Vergleichsbeispiel V1 wurde zusätzlich der Schichtwiderstand und die Emissivität nach Wärmebehandlung ermittelt, welche in Tabelle 5 angegeben sind. Niedrige Werte für Schichtwiderstand und Emissivität ermöglichen einen höheren thermischen Komfort. Beispiele B1 und B2 sind somit bevorzugt, da sie eine hohe Lichtreflexion im Glas und eine geringe Emissivität aufweisen. Tabelle 5
In Tabelle 6 und Tabelle 7 sind die Reflexionseigenschaften der Beschichtung sowohl von außen (coating) als auch von innen (interface) für die erfindungsgemäßen Beispiele B4 bis B12 und die Vergleichsbeispiele V2 bis V4 dargestellt.
Alle erfindungsgemäßen Beispiele verfügen über eine optimierte Lichtintensität des beleuchteten Verglasungselementes, wobei RL(interface) über 96 % liegt und Farbwerte a*jnterface und b*interface zwischen -1 ,7 und 0,0 erreicht werden. Gleichzeitig ist die Reflektivität Ri_(coating) der Beschichtung mit weniger oder gleich 7 % für ein klares Glas als gering einzustufen. Auch die Reflexionsfarbe a*COating und b*COating liegt dabei in kundenseitig akzeptablen Bereichen.
Auch die Farbwerte a*jnterface und b*jnterface sind für die erfindungsgemäßen Beispiele deutlich neutraler. Dies ist wichtig für eine Lichtleitung ohne Farbverschiebung. Tabelle 6
Tabelle 7 Es ist anzumerken, dass die Werte für Reflexionsvermögen und die Farbwerte abhängig sind vom Tönungsgrad der Scheibe und sich bei einer Einzelscheibe und einer Verbundscheibe unterscheiden können. Während für die Tabellen 5 bis 7 eine extraklare Einzelscheibe aus Glas untersucht wurde, wird in Tabelle 8 eine laminierte Verbundscheibe betrachtet. Die Verbundscheibe umfasst die Glasscheibe 2 aus extraklarem Glas mit der emissivitätsmindernden Beschichtung 4 jeweils aus den erfindungsgemäßen Beispielen B1 , B2 und B3 und dem Vergleichsbeispiel V1 und eine ebenfalls aus extraklarem Glas ausgebildete Außenscheibe 1 , welche mit der Glasscheibe 2 über eine thermoplastischen Zwischenschicht 3 verbunden ist, wobei die thermoplastische Zwischenschicht 3 aus Polyvinylbutyral (PVB) ausgebildet ist und stark getönt ist. Mit stark getönt ist gemeint, dass der Transmissionsgrad von sichtbarem Licht durch die Verbundscheibe auf beispielsweise ca. 6 % reduziert wird, während bei der Einzelscheibe ein Transmissionsgrad von sichtbarem Licht von beispielsweise ca. 92 % erreicht wird, wobei mit dem Transmissionsgrad von sichtbarem Licht der gemittelte T ransmissionsgrad in einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm gemeint ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Verglasungselement umfassend die Verbundscheibe als Dachscheibe in einem Fahrzeug verwendet wird Die Verwendung einer getönten Verbundscheibe anstatt einer Einzelscheibe hat großen Einfluss auf die Reflexionseigenschaften der Schicht von außen betrachtet („coating“), beeinflusst aber nicht die Reflexionseigenschaften innerhalb des Glases („interface“), die wiederum die Lichtleitung bestimmen.
Tabelle 8
Figur 5 zeigt den Extinktionskoeffizienten k mehrerer TCO-Schichten in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die TCO-Schichten sind als ITO-Schichten ausgeführt, die mittels magnetfeldunterstützter Kathodenzerstäubung abgeschieden sind. Dabei wurde dem Prozessgas jeweils kein Sauerstoff (0% O2), wie in den Vergleichsbeispielen V1 , V2, V3 und V4, 1 ,5 % Sauerstoff ,wie in den erfindungsgemäßen Beispielen B1 , B4, B7 und B10, 3 % Sauerstoff wie in den erfindungsgemäßen Beispielen B2, B5, B8 und B11 und 4 % Sauerstoff wie in den erfindungsgemäßen Beispielen B3, B6, B9 und B12 zugesetzt. Der Extinktionskoeffizient k für 0 % Sauerstoff ist hierbei in durchgezogener Linie dargestellt, für 1 ,5 % Sauerstoff in breit gestrichelter Linie, für 3 % Sauerstoff in fein gestrichelter Linie und für 4 % Sauerstoff in sehr fein gestrichelter Linie. Gemäß erfindungsgemäßem Beispiel weist die ITO-Schicht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex auf für den gilt k < 0,035. In Figur 5b) sind die Werte aus Figur 5a) in einer detaillierteren Ansicht im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm gezeigt. Aus Figur 5b) ist ersichtlich, dass die Vergleichsbeispiele mit 0 % Sauerstoffgehalt nicht erfindungsgemäße Vergleichsbeispiele sind, da der Extinktionskoeffizient k nicht im gesamten Wellenlängenbereich kleiner als 0,035 ist. Bei den Beispielen mit 1 ,5 %, 3 % und 4 % Sauerstoffgehalt liegt der Extinktionskoeffizient dagegen im gesamten Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm kleiner als 0,035. Hiermit handelt es sich daher um erfindungsgemäße Beispiele. Zu berücksichtigen ist, dass dies lediglich beispielhafte Werte sind, die zeigen, dass es möglich ist, anhand des Sauerstoffgehalts im Prozessgas den Extinktionskoeffizienten k zu beeinflussen.
Figur 6 zeigt ein Diagramm des Realteils des Brechungsindex n in Abhängigkeit von der Wellenlänge für die ITO-Schichten der erfindungsgemäßen Beispiele und der nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiele aus Figur 5. Die Brechungsindices wurden jeweils mittels Ellipsometrie bestimmt. Bezugszeichenliste:
(1) Außenscheibe
(2) Glasscheibe / Innenscheibe
(3) thermoplastische Zwischenschicht
(4) emissivitätsmindernde Beschichtung
(4.1) elektrisch leitfähige Schicht
(4.2) untere dielektrische Blockerschicht
(4.3) Entspiegelungsschichten
(4.3a) untere dielektrische Entspiegelungsschicht
(4.3b) obere dielektrische Entspiegelungsschicht
(4.4) obere dielektrische Barriereschicht
(4.5) Kratzschutzschicht
(5) Lichtquelle
(6) lichtstreuende Struktur
(7) Lichteinkopplungsmittel
(9) Abdeckdruck
(I) außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(II) innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(III) erste Oberfläche der Glasscheibe 2
(IV) zweite Oberfläche der Glasscheibe 2
(A) Ausnehmung in der Glasscheibe 2
(e) Seitenkantenfläche der Glasscheibe 2
(i) Kantenfläche der Ausnehmung A
Z vergrößerter Ausschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtetes Verglasungselement, umfassend eine Glasscheibe (2) mit einer ersten Oberfläche (III) und einer zweiten Oberfläche (IV), wobei das Verglasungselement
- mit mindestens einer Lichtquelle (5) ausgestattet ist, die geeignet ist, Licht derart in die Glasscheibe (2) einzukoppeln, dass sich das Licht in der Glasscheibe (2) ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an der ersten Oberfläche (III) und der zweiten Oberfläche (IV),
- mit mindestens einer lichtstreuenden Struktur (6) versehen ist, die geeignet ist, das besagte Licht aus der Glasscheibe (2) über die erste Oberfläche (III) und/oder über die zweite Oberfläche (IV) auszukoppeln,
- mit mindestens einer emissivitätsmindernden Beschichtung (4) auf der zweiten Oberfläche (IV) der Glasscheibe (2) versehen ist, wobei die emissivitätsmindernde Beschichtung (4) genau eine elektrisch leitfähige Schicht (4.1) auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids umfasst und die elektrisch leitfähige Schicht (4.1) innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k < 0,035.
2. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 1 , wobei die elektrisch leitfähige Schicht (4.1) auf Basis von Indium-Zinnoxid (ITO), Indium-Zink-Mischoxid (IZO), fluordotiertem Zinnoxid (FTO, SnO2:F), aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO, ZnO:AI), galliumdotiertem Zinkoxid (GZO, ZnO:Ga), antimondotiertem Zinnoxid (ATO, SnO2:Sb) und/oder niobdotiertem Titanoxid (TiÜ2:Nb), bevorzugt Indium-Zinnoxid ausgebildet ist.
3. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die emissivitätsmindernde Beschichtung (4) einen spezifischen Schichtwiderstand kleiner als 250 |jQ*cm aufweist, bevorzugt kleiner als 200 pQ*cm.
4. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (4.1) innerhalb des Wellenlängenbereichs von 600 nm bis 700 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k < 0,025, bevorzugt k < 0,020.
5. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (4.1) eine Dicke von 60 nm bis 100 nm aufweist, bevorzugt von 65 nm bis 95 nm. 6. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die emissivitätsmindernde Beschichtung (4) ausgehend von der Glasscheibe (2) mindestens
- eine untere dielektrische Blockerschicht (4.2) gegen lonendiffusion mit einem Brechungsindex von mindestens 1 ,9,
- eine untere dielektrische Entspiegelungsschicht (4.3a) mit einem Brechungsindex von höchstens 1 ,
6,
- die elektrisch leitfähige Schicht (4.1),
- eine obere dielektrische Barriereschicht (4.4) zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion mit einem Brechungsindex von mindestens 1 ,9 und
- eine obere dielektrische Entspiegelungsschicht (4.3b) mit einem Brechungsindex von höchstens 1 ,8 umfasst.
7. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 6, wobei die untere dielektrische Blockerschicht (4.2) auf Basis von Siliziumnitrid ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke von 10 nm bis 40 nm, besonders bevorzugt von 15 nm bis 35 nm, aufweist.
8. Beleuchtetes Verglasungselement nach Anspruch 6 oder 7, wobei die untere dielektrische Entspiegelungsschicht (4.3a) auf Basis von SiC>2 ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke von 5 nm bis 25 nm, besonders bevorzugt 5 nm bis 20 nm, aufweist.
9. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die obere dielektrische Barriereschicht (4.4) auf Basis von Siliziumnitrid ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke von 5 nm bis 40 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm, ganz besonders bevorzugt von 9 nm bis 15 nm, aufweist.
10. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die obere dielektrische Entspiegelungsschicht (4.3b) auf Basis von SiC>2 ausgebildet ist und bevorzugt eine Dicke von 45 nm bis 100 nm, besonders bevorzugt 50 nm bis 75 nm, aufweist.
11. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Glasscheibe (2) die Innenscheibe einer Verbundscheibe ist und über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) mit einer Außenscheibe (1) verbunden ist und wobei die zweite Oberfläche (IV) der Glasscheibe (2) von der Zwischenschicht (3) abgewandt ist.
12. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Lichtquelle (5) auf einer der Oberflächen (III, IV) angeordnet ist, insbesondere der zweiten Oberfläche (IV), und das Verglasungselement der Lichtquelle (5) gegenüberliegend mit einem Lichteinkopplungsmittel (7) ausgestattet ist, insbesondere auf der ersten Oberfläche (III), welches geeignet ist, das durch die Glasscheibe (2) hindurch auf das Lichteinkopplungsmittel (7) treffende Licht in die Glasscheibe (2) einzukoppeln.
13. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Glasscheibe (2) eine Ausnehmung (A) aufweist, welche durch eine umlaufende Kantenfläche (i) begrenzt wird, und wobei die Lichtquelle (5) derart in oder an der Ausnehmung (A) angeordnet ist, dass sie geeignet ist, Licht über die Kantenfläche (i) in die Glasscheibe (2) einzukoppeln.
14. Beleuchtetes Verglasungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die mindestens eine Lichtquelle (5) derart an einer zwischen der ersten Oberfläche (III) und der zweiten Oberfläche (IV) verlaufenden Seitenkantenfläche (e) der Glasscheibe (2) angeordnet ist, dass sie geeignet ist, Licht über die Seitenkantenfläche (e) in die Glasscheibe (2) einzukoppeln.
15. Verfahren zur Herstellung eines beleuchteten Verglasungselements, wobei
(a) eine Glasscheibe (2) bereitgestellt wird mit einer ersten Oberfläche (III) und einer zweiten Oberfläche (IV),
(b) die zweite Oberfläche (IV) der Glasscheibe (2) mit einer emissivitätsmindernden Beschichtung (4) versehen wird, welche genau eine elektrisch leitfähige Schicht (4.1) auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids aufweist und die elektrisch leitfähige Schicht (4.1) innerhalb des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm einen imaginären Anteil k des Brechungsindex aufweist, für den gilt k < 0,035,
(c) die Glasscheibe (2) mit mindestens einer Lichtquelle (5) ausgestattet wird, die geeignet ist, Licht derart in die Glasscheibe (2) einzukoppeln, dass sich das Licht in der Glasscheibe (2) ausbreitet, insbesondere durch Totalreflexion an der ersten Oberfläche (III) und der zweiten Oberfläche (IV), wobei das Verglasungselement mit mindestens einer lichtstreuenden Struktur (6) versehen wird, die geeignet ist, das besagte Licht aus der Glasscheibe (2) über die erste Oberfläche (III) und/oder über die zweite Oberfläche (IV) auszukoppeln.
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