ES2886010T3 - Cristal compuesto de vehículo con sensor de luz integrado - Google Patents

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Klaus Schmalbuch
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Detlev Duerkop
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Abstract

Cristal compuesto de vehículo con sensor de luz integrado, que comprende al menos un cristal exterior (1) y un cristal interior (2), que están conectados entre sí a través de una capa intermedia termoplástica (3), donde al menos cuatro fotodiodos (4) situados en una placa de circuitos impresos (5) están dispuestos entre el cristal exterior (1) y el cristal interior (2), donde los fotodiodos (4) son componentes SMD, y donde los fotodiodos (4) están dispuestos en la placa de circuitos impresos (5) como grupos conectados en serie de fotodiodos conectados en paralelo (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Cristal compuesto de vehículo con sensor de luz integrado
La invención se refiere a un cristal compuesto de vehículo con un sensor de luz integrado, un procedimiento para su producción y su uso.
Se conoce equipar los vehículos con sensores de luz para determinar la cantidad de luz diurna disponible y, sobre esta base, poner en funcionamiento los faros del vehículo si es necesario. Los sensores de luz habituales están colocados como piezas adicionales, en particular en la superficie interior del parabrisas, por ejemplo, en la zona del espejo retrovisor.
Por el documento EP2100722A2 se conoce un sensor de luz que está laminado en un parabrisas, es decir, está dispuesto entre el cristal exterior y el cristal interior del parabrisas, que están conectados entre sí por medio de una capa intermedia termoplástica. Así el parabrisas con el sensor de luz integrado se puede proporcionar de forma compacta y se suprime un montaje posterior del sensor de luz. El sensor de luz está configurado en forma de fotodiodos flip chip en una placa de circuitos impresos.
El documento DE102009053465A1 da a conocer un cristal compuesto de vehículo con elementos funcionales eléctricos integrados. Los elementos funcionales pueden estar configurados como componentes SMD en una placa de circuitos impresos.
El documento US4968895A da a conocer un cristal compuesto de vehículo con un sensor de luz integrado. El sensor de luz está configurado en forma de fotodiodos en una placa de circuitos impresos. A este respecto, en una configuración a modo de ejemplo, dos fotodiodos están conectados en paralelo.
El documento US2010/238636A1 da a conocer una placa de circuitos impresos flexible biocompatible con componentes SMD. Está prevista en particular para fines médicos y se embebe en tejido vivo para este propósito.
La presente invención tiene el objetivo de proporcionar un cristal compuesto de vehículo aún más mejorado con un sensor de luz integrado.
El objetivo de la presente invención se consigue según la invención mediante un cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 1. Configuraciones preferidas se desprenden de las reivindicaciones dependientes.
El cristal compuesto de vehículo según la invención con un sensor de luz integrado comprende al menos un cristal exterior y un cristal interior, que están conectados entre sí a través de una capa intermedia termoplástica. El cristal compuesto del vehículo está previsto para separar un espacio interior del vehículo de un entorno exterior. Por tanto, el cristal compuesto de vehículo es un cristal de ventana, que está insertado en una abertura de ventana en la carrocería del vehículo o está previsto a este fin. El cristal de vehículo según la invención es en particular un parabrisas de un vehículo automóvil. Con el cristal interior se designa aquel cristal que en la posición instalada está dirigido hacia el espacio interior del vehículo. Con el cristal exterior se designa aquel cristal que en la posición instalada está dirigido hacia el entorno exterior del vehículo. La capa intermedia termoplástica está configurada típicamente a partir de al menos una lámina termoplástica.
Aquella superficie del cristal respectivo, que está dirigida hacia el entorno externo del vehículo en la posición instalada se denomina superficie exterior. Aquella superficie del cristal respectivo que está dirigida hacia el interior del vehículo en la posición instalada se denomina superficie interior. La superficie interior del cristal exterior está conectada a la superficie exterior del cristal interior a través de la capa intermedia termoplástica. Por lo general, la superficie exterior del cristal exterior se designa "lado I", la superficie interior del cristal exterior como "lado II", la superficie exterior del cristal interior como "lado III" y la superficie interior del cristal interior como "lado IV".
Al menos cuatro fotodiodos situados en una placa de circuitos impresos están dispuestos entre el cristal exterior y el cristal interior. La placa de circuitos impresos con los fotodiodos actúa como sensor de luz. Es adecuada para detectar una cantidad de luz ambiental cuando está conectada a la electrónica de evaluación correspondiente del vehículo. En función de la luz ambiental medida, por la electrónica de evaluación y control se puede controlar automáticamente, por ejemplo, el estado de conmutación de los faros. De este modo se aumenta la comodidad del conductor, que ya no se debe ocupar manualmente del encendido y apagado de los faros. Otras aplicaciones son, por ejemplo, la conmutación eléctrica automática de las propiedades de transmisión de todo el cristal o una zona del cristal y la regulación de brillo de elementos de visualización en el espacio interior del vehículo.
Según la invención, los fotodiodos son componentes SMD. Como se conoce en general por los expertos en la materia, la abreviatura SMD es el término surface-mount device (componente de montaje en superficie). Los componentes SMD no tienen conexiones de cables, sino que se sueldan directamente a la placa de circuitos impresos por medio de superficies de conexión soldables. Los componentes convencionales se deben guiar a través de los orificios de montaje y se deben soldar en el lado posterior de la placa de circuitos impresos. Esto se suprime en los componentes SMD. De este modo se posibilitan montajes muy densos, lo que reduce la necesidad de espacio. En términos de tecnología de procedimiento, ventajosamente se suprime la perforación de orificios en la placa de circuitos impresos.
Mediante la eliminación de los cables de conexión y los componentes más pequeños se reduce el peso. La tecnología SMD también es especialmente adecuada para el montaje automatizado (recepción y colocación automatizadas de fotodiodos, soldadura automatizada), lo que es especialmente ventajoso para la producción industrial en masa. Los fotodiodos SMD presentan típicamente una carcasa, en particular una carcasa de plástico, alrededor del chip real, lo que los diferencia de los fotodiodos flip chip, por ejemplo.
Los fotodiodos deben ser sensibles en el rango espectral visible. La distribución de la sensibilidad espectral debería estar ajustada ventajosamente con aquella del ojo humano, de modo que la cantidad de luz medida coincida lo mejor posible con la cantidad de luz percibida por los ocupantes del vehículo. Los procesos de conmutación no deseados, que son causados por radiación no percibida como relevante por los humanos, se pueden evitar, incluso si solo se usa un único fotodiodo como sensor de luz. Se produce una adaptación ventajosa cuando los fotodiodos presentan una sensibilidad en todo el rango espectral entre 500 nm y 600 nm que corresponde al menos al 50% de su máximo de sensibilidad, preferiblemente al menos al 60%. El máximo de sensibilidad se debe situar en el rango de 450 nm a 600 nm, en particular en el rango de 490 nm a 570 nm. La sensibilidad también se puede denominar como eficiencia de detección y se puede cuantificar como la proporción de fotones detectados en el número total de fotones que golpean el fotodiodo de la respectiva longitud de onda. En la sensibilidad espectral deseada se influye idealmente por el tipo de material activo de los fotodiodos. Pero, alternativamente también se puede usar un filtro óptico para lograr la sensibilidad espectral deseada, por ejemplo, una lámina de filtro dispuesta en el exterior de los fotodiodos.
La placa de circuitos impresos también se puede designar como tarjeta de circuitos impresos o circuito impreso o printed circuit board (PCB). Sirve para la fijación mecánica y la conexión eléctrica de los fotodiodos dispuestos en ella. Las placas de circuitos impresos constan de material eléctricamente aislante, en particular plástico, con conexiones conductoras (pistas conductoras) adheridas a ellas. Las pistas conductoras pueden presentar ensanchamientos locales que sirven como superficies de soldadura para los componentes.
En una configuración preferida, la placa de circuitos impresos es una placa de circuitos impresos flexible, también conocida como placa de circuitos impresos flexible. Tales placas de circuitos impresos están formadas a partir de láminas poliméricas flexibles y doblables, por ejemplo láminas de poliimida. Presentan un grosor preferiblemente de menos de 0,38 mm y mayor de 50 gm, de forma especialmente preferible de 120 gm a 180 gm. Por consiguiente, se consiguen resultados especialmente buenos en términos de flexibilidad por un lado y estabilidad por otro lado. Debido a la flexibilidad y al pequeño espesor, las placas de circuitos impresos flexibles son especialmente adecuadas para laminarse en un cristal compuesto, en particular un cristal compuesto curvo.
Dado que los fotodiodos son componentes SMD, se utiliza convenientemente una placa de circuitos impresos SMD.
La placa de circuitos impresos puede estar dispuesta directamente en uno de los cristales, en particular con el lado alejado a los fotodiodos en la superficie exterior del cristal interior. Se ha demostrado que la presencia de la placa de circuitos impresos limitada localmente no conduce a una reducción esencial de la estabilidad del laminado. Pero, la placa de circuitos impresos también puede estar dispuesta entre dos capas termoplásticas, es decir, entre dos capas de la capa intermedia termoplástica.
La placa de circuitos impresos presenta dos superficies de conexión para la puesta en contacto eléctrico externo (ánodo y cátodo). Estas superficies de conexión sirven para conectar la placa de circuitos impresos a una electrónica de evaluación y control externa a través de cables de conexión, para alimentar el pulso de corriente generado por el fotodiodo al incidir la luz en la electrónica de evaluación y control. La puesta en contacto de las superficies de conexión se realiza preferiblemente con un conductor plano (también llamado conductor de banda plana o conductor de lámina), que comprende una lámina eléctricamente conductora y un revestimiento polimérico opcional, que por supuesto debe presentar una escotadura en el punto de conexión. Preferiblemente, se conecta un conductor plano a los puntos de conexión de la placa de circuitos impresos impreso, por ejemplo, a través de una masa de soldadura o un adhesivo eléctricamente conductor. Se utiliza preferiblemente un conductor plano de dos polos, donde cada polo está conectado a una superficie de conexión. Pero, alternativamente también se puede utilizar un conductor plano separado para cada superficie de conexión. En su extremo alejado de la placa de circuitos impresos, el conductor plano presenta preferiblemente un conector enchufable (enchufe o acoplamiento) para la conexión a otros cables del sistema eléctrico de a bordo.
Preferiblemente, la placa de circuitos impresos está dispuesta completamente en el interior del cristal compuesto y está en contacto con un conductor plano que se extiende más allá del borde lateral fuera del cristal compuesto. La puesta en contacto de placa de circuitos impresos con el conductor plano se realiza antes de la fabricación del compuesto, en el que la placa de circuitos impresos se dispone entonces en la pila compuesta, de modo que está dispuesta completamente dentro de la superficie de los cristales. La ventaja consiste un riesgo reducido de rotura de la placa de circuitos impresos, que normalmente es más propensa a deterioros que el conductor plano.
Alternativamente, la placa de circuitos impresos también se puede extenderse desde el interior del cristal compuesto más allá de sus bordes laterales, donde los fotodiodos están dispuestos en el interior del cristal compuesto y las superficies de conexión para el cable de conexión fuera del cristal compuesto. La puesta en contacto de la placa de circuitos impresos con el cable de conexión se puede realizar después de la fabricación del cristal compuesto. Así, por ejemplo, el cristal compuesto con el sensor de luz integrado se puede vender sin cable de conexión al fabricante del vehículo, que luego efectúa la puesta en contacto antes de instalar el cristal compuesto. Por supuesto, el conductor plano también se puede conectar a la placa de circuitos impresos de antemano y el cristal compuesto con un sensor de luz integrado se puede proporcionar junto con el conductor plano conectado.
También es concebible configurar la placa de circuitos impresos y el conductor plano con conector enchufable en una sola pieza, de modo que el conductor plano sea, por así decirlo, una parte integral de la placa de circuitos impresos con un revestimiento polimérico común.
Aquel borde lateral más allá del que se extiende la placa de circuitos impresos o un conductor plano conectado a ella fuera del cristal compuesto se designa en el sentido de la invención como aquel borde lateral al que está asignada la placa de circuitos impresos o el sensor de luz.
Según la invención, en una placa de circuitos impresos impreso están dispuestos varios fotodiodos, a saber, al menos cuatro fotodiodos, preferiblemente al menos seis fotodiodos. La sensibilidad se puede aumentar mediante un sensor de luz basado en varios fotodiodos. Además, gracias a la redundancia se pueden reducir las mediciones incorrectas y el uso de varios fotodiodos también permite medir la dirección de radiación de la luz detectada. Todos los fotodiodos están dispuestos en el mismo lado de la placa de circuitos impresos. Según la invención, los fotodiodos están dispuestos en la placa de circuitos impresos en forma de grupos conectados en serie de fotodiodos conectados en paralelo, lo que se consigue mediante una disposición adecuada de las pistas conductoras en la placa de circuitos impresos. De manera especialmente preferida, dos fotodiodos están conectados respectivamente en paralelo por parejas y al menos dos pares semejantes, en particular al menos tres pares semejantes, están conectados en serie. Esto es especialmente ventajoso con respecto a la sensibilidad y redundancia del sistema sensor de luz. Debido a la conexión en paralelo dentro de los grupos todavía se puede medir una señal incluso en el caso de sombreado parcial del sensor de luz, siempre que no todo el grupo esté sombreado. Además, el sensor de luz está equipado con un tipo de resolución espacial, de modo que se pueden evitar señales falsas, por ejemplo, provocadas por una farola. Se aumenta la sensibilidad del sensor de luz. Además, el sensor de luz está garantizado incluso si fallan los fotodiodos individuales, siempre que al menos un fotodiodo por grupo sea funcional.
En una configuración especialmente ventajosa, los fotodiodos están dispuestos en forma de matriz con filas y columnas. Preferiblemente, las filas discurren esencialmente en paralelo al borde lateral asignado, las columnas esencialmente perpendiculares al borde lateral asignado. A este respecto, los fotodiodos de un grupo de fotodiodos conectados en paralelo no están todos dispuestos en una columna ni en una fila de la matriz. Esto provoca una redundancia ventajosa: los conectados en paralelo están distribuidos sobre la placa de circuitos impresos de tal manera que el sombreado parcial de la placa de circuitos impresos (por ejemplo, la parte derecha de la placa de circuitos impresos o la parte inferior de la placa de circuito) solo conduce a sombreado de una parte de los fotodiodos conectados en paralelo, de modo que todavía se puede medir una señal.
Las distancias de fotodiodos adyacentes de una fila son preferiblemente de al menos 5 cm. Por consiguiente, se logran resultados especialmente buenos con respecto a la redundancia en relación con el sombreado parcial.
Se pueden implementar placas de circuitos impresos adecuadas a partir de una anchura máxima de aproximadamente 6 cm. En una configuración ventajosa, la placa de circuitos impresos presenta una anchura máxima de al menos 15 cm, preferiblemente de al menos 20 cm. En el sentido de la invención, la anchura es la extensión esencialmente en paralelo al borde lateral al que está asignado el sensor de luz. La anchura máxima es la anchura más grande que ocurre a lo largo de toda la longitud de la placa de circuitos impresos si la anchura no es constante. Expresado en otras palabras, la placa de circuitos impresos presenta preferiblemente al menos una sección con una anchura de al menos 15 cm, de forma especialmente preferida al menos 20 cm. Si la placa de circuitos impresos tiene una sección con esta anchura, así se pueden disponer ventajosamente varios fotodiodos y se puede garantizar una alta sensibilidad. Además, los fotodiodos pueden presentar distancias suficientemente grandes, de modo que todavía se emita una señal incluso si el sensor de luz está parcialmente sombreado.
Los fotodiodos están dispuestos preferiblemente en dicha sección con una anchura mínima de 15 cm, en particular en la disposición matricial descrita anteriormente.
La anchura máxima es, por ejemplo, como máximo de 40 cm o 30 cm. Pero, en principio, la anchura solo está limitada por la longitud del borde lateral asociado, en particular si la zona de borde está provista de una impresión de enmascaramiento opaca continua que oculta la placa de circuitos impresos en toda su anchura o debido a limitaciones técnicas en la fabricación de las placas de circuito.
En una configuración ventajosa, la longitud de la placa de circuitos impresos es como máximo de 15 cm, preferiblemente como máximo de 10 cm, de manera especialmente preferida como máximo de 8 cm. En el sentido de la invención, bajo la longitud se designa la extensión esencialmente perpendicular al borde lateral al que está asignado el sensor de luz. Con estas longitudes máximas, la placa de circuitos impresos ocupa ventajosamente poco espacio y se puede ocultar detrás de impresiones de enmascaramiento opacas de la anchura habitual.
En una configuración preferida, la placa de circuitos impresos presenta una sección final y una sección de línea de alimentación, donde la sección de alimentación presenta una anchura menor que la sección final. Los fotodiodos están dispuestos en la sección final y las superficies de conexión para el cable de conexión en la sección de línea de alimentación, en particular en la proximidad del extremo de la sección de línea de alimentación alejado de la sección final. La sección de línea de alimentación presenta una distancia más pequeña respecto al borde lateral asignado que la sección final y se extiende preferiblemente más allá de este borde lateral fuera del cristal compuesto. Una placa de circuitos impresos semejante está configurada en forma de T, donde la barra transversal (corresponde a la sección final) está alejada del borde lateral asociado. La sección de línea de alimentación presenta preferiblemente una longitud de 1 cm a 12 cm, de forma especialmente preferida de 2 cm a 8 cm. La sección de línea de alimentación presenta preferiblemente una anchura de 2 cm a 15 cm, de forma especialmente preferida de 3 cm a 10 cm. Preferiblemente, la sección de extremo presenta una longitud de 0,5 cm a 3 cm, de forma especialmente preferida de 1 cm a 2 cm. Preferiblemente, la sección final presenta una anchura de 15 cm a 40 cm, de forma especialmente preferida de 20 cm a 30 cm. Con una placa de circuitos impresos impreso semejante se obtienen resultados especialmente buenos en términos de eficiencia y diseño que ahorra espacio.
Los fotodiodos están dispuestos preferiblemente en la sección final de la placa de circuitos impresos, en particular en la disposición matricial descrita anteriormente.
En una configuración ventajosa, el cristal compuesto comprende varios sensores de luz, es decir, varias placas de circuitos impresos según la invención con respectivamente al menos cuatro fotodiodos. Por un lado, esto ofrece la ventaja de la redundancia: si falla un sensor de luz, mediante el o los otros sensores de luz todavía se puede garantizar la funcionalidad. Por otro lado, la presencia de varios sensores de luz distribuidos sobre el cristal compuesto permite distinguir entre una fuente de radiación local, aproximadamente puntual, como una farola y la luz ambiental. Así se pueden evitar malas interpretaciones por parte de la electrónica de evaluación y control. Por ejemplo, se puede evitar que una farola se malinterprete como luz ambiental brillante y que, como resultado, la iluminación del vehículo se apague por la noche. También es posible determinar la dependencia direccional de la radiación incidente a través de una de las intensidades que se miden por los diversos sensores de luz.
La dirección de incidencia de la luz detectada se puede determinar mediante varios fotodiodos en una placa de circuitos impresos o mediante el uso de varios elementos sensores de luz en un cristal compuesto. La dependencia direccional resulta de las diferencias de intensidad de la señal de medición de los distintos fotodiodos o sensores de luz. Por consiguiente, se puede determinar, por ejemplo, la posición actual del sol.
En una configuración preferida, la anchura de cada fotodiodo es menor de 2 mm. A este respecto, bajo anchura se entiende la extensión lateral máxima en un plano en paralelo a la placa de circuitos impresos impreso. Con tales fotodiodos ventajosamente pequeños, el sensor de luz se puede integrar de manera discreta en el cristal compuesto. Los orificios necesarios en la impresión de cubierta, detrás de la que se debe ocultar el sensor de luz, se pueden hacer pequeños y discretos. La altura de los fotodiodos (extensión perpendicular a la placa de circuitos impresos) es preferiblemente menor de 0,7 mm, especialmente preferiblemente menor de 0,6 mm. A continuación, los fotodiodos se pueden integrar en el cristal compuesto utilizando el grosor estándar de la capa intermedia termoplástica de 0,76 mm.
El cristal interior y el cristal exterior están hechos preferiblemente de vidrio, de manera especialmente preferida vidrio de cal sodada, lo que ha demostrado su eficacia para vidrios de ventana. Los cristales también pueden estar hechos de otros tipos de vidrio, por ejemplo, vidrio de borosilicato o vidrio de aluminosilicato. En principio, los cristales pueden estar elaborados alternativamente de plástico, en particular policarbonato (PC) o polimetilmetacrilato (PMMA).
El grosor de los cristales puede variar ampliamente y, por lo tanto, se puede adaptar de forma excelente a los requisitos del caso particular. Los espesores del cristal exterior y del cristal interior son preferentemente de 0,5 mm a 10 mm, de forma especialmente preferida de 1 mm a 5 mm, de forma muy especialmente preferida de 1,2 mm a 3 mm.
El cristal exterior, el interior o la capa intermedia pueden ser transparentes e incoloros, pero también teñidos, turbios o coloreados. En una configuración preferida, la transmisión total a través del cristal compuesto es mayor del 70%, en particular si el cristal compuesto es un parabrisas. El término de transmisión total se refiere al procedimiento para probar la transmisión de la luz de los cristales de vehículos automóviles especificado por ECE-R 43, Anexo 3, art. 9.1. El cristal exterior y el cristal interior pueden estar hechos de vidrio no templado, parcialmente templado o templado.
El cristal de vehículo está curvado preferiblemente en una o en varias direcciones del espacio, como es habitual en los cristales de vehículos automóviles, donde los radios de curvatura típicos se sitúan en el rango de aproximadamente 10 cm a aproximadamente 40 m. Pero el vidrio compuesto también puede ser plano, por ejemplo, si está previsto como un cristal para autobuses, trenes o tractores.
La capa intermedia contiene al menos un polímero termoplástico, preferiblemente etileno-acetato de vinilo (EVA), polibutirato de vinilo (PVB) o poliuretano (PU) o mezclas o copolímeros o derivados de los mismos, especialmente preferiblemente PVB. La capa intermedia está configurada por al menos una lámina termoplástica. El espesor de una lámina termoplástica es preferiblemente de 0,2 mm a 2 mm, de manera especialmente preferida de 0,3 mm a 1 mm, por ejemplo de 0,38 mm o 0,76 mm. La capa intermedia también puede está configurada a partir de una así denominada lámina acústica, que presenta un efecto de amortiguación del ruido. Tales láminas se componen típicamente de al menos tres capas, donde la capa intermedia presenta una plasticidad o elasticidad mayor que las capas externas que la rodean, por ejemplo, debido a una proporción diferente de plastificantes.
La placa de circuitos impresos está dispuesta preferiblemente en una zona no transparente del cristal de vidrio compuesto, de modo que no sea o sea apenas visible. En esta zona se impide la visión a través mediante un elemento opaco. En el sector de los vehículos, las impresiones de enmascaramiento opacas en uno o ambos cristales son comunes para ello. Pero, alternativamente la visión a través también se puede impedir, por ejemplo, mediante una lámina termoplástica coloreada de la capa intermedia o un elemento de inserción opaco. Preferiblemente, el elemento opaco está dispuesto en el lado interior del sensor de luz, es decir, presenta así una menor distancia respecto al espacio interior o respecto a la superficie interior del cristal interior que el sensor de luz. Entonces el sensor de luz no es visible desde el interior, mientras que la luz puede incidir sobre él desde el exterior, de modo que pueda cumplir su función. Puede ser especialmente preferido que los elementos opacos estén colocados delante y detrás de la placa de circuitos impresos impreso en la dirección de visión a través, es decir, respectivamente un elemento opaco en el interior y en el exterior respecto al sensor de luz. Entonces, la placa de circuitos impresos no es visible desde el exterior ni desde el interior. Para que el sensor de luz pueda cumplir su función, el elemento opaco debe presentar por supuesto escotaduras en la posición de los fotodiodos, ya que de lo contrario no sería posible una detección de luz. Un elemento opaco dispuesto en el lado interior respecto al sensor de luz se implementa preferiblemente mediante una impresión de enmascaramiento en el cristal interior, un elemento opaco dispuesto en el exterior respecto al sensor de luz mediante una impresión de enmascaramiento en el cristal exterior. Las impresiones de enmascaramiento son comunes para los cristales de vehículos fuera del campo de visión central, con el fin de ocultar partes adicionales o para proteger de la radiación ultravioleta el adhesivo con el que el cristal de vehículo está conectado a la carrocería. La impresión de enmascaramiento generalmente se compone de un esmalte negro u oscuro aplicado y fundido mediante un proceso de serigrafía.
También es posible combinar el sensor de luz según la invención con otros sensores, lo que posibilita un modo constructivo que ahorra espacio de manera ventajosa. El sensor de luz se puede combinar, por ejemplo, con un sensor de lluvia, en particular un sensor de lluvia capacitivo, que determina la presencia de humedad en el cristal en base a un cambio de la capacitancia de al menos un electrodo. Las estructuras conductoras que sirven como electrodos se pueden disponer, por ejemplo, en la placa de circuitos impresos o en el cristal interior. Preferiblemente, el sensor de lluvia y el sensor de luz están dispuestos en proximidad espacial entre sí o superpuestos espacialmente, por lo que se puede implementar un elemento sensor combinado que ahorra espacio.
La invención comprende además un procedimiento para la fabricación un cristal compuesto de vehículo con un sensor de luz integrado. A este respecto, en primer lugar un cristal exterior, un cristal interior, al menos una lámina termoplástica y al menos cuatro fotodiodos situados en una placa de circuitos impresos se disponen como una pila, de modo que la lámina y los fotodiodos están dispuestos entre el cristal exterior y el cristal interior, donde los fotodiodos son componentes SMD y donde los fotodiodos están dispuestos como grupos conectados en serie de fotodiodos conectados en paralelo en la placa de circuitos impresos. Por supuesto, los dos cristales y la lámina o láminas situadas en medio están dispuestos planos y esencialmente congruentes unos sobre otros. La placa de circuitos impresos con los al menos cuatro fotodiodos, o varias placas de circuitos impresos de este tipo, está insertada en una zona de esta pila. A continuación, la pila se somete a los procedimientos habituales para generar cristales compuestos. A este respecto, el cristal exterior se conecta al cristal interior mediante laminación a través de una capa intermedia termoplástica que se forma a partir de la al menos una lámina termoplástica durante el procedimiento. Esto se realiza con métodos habituales conocidos per se por el experto en la materia, por ejemplo, procedimientos de autoclave, procedimientos de bolsa de vacío, procedimientos de anillo de vacío, procedimientos de calandrado, laminadores de vacío o combinaciones de los mismos. A este respecto, la conexión del cristal exterior y cristal interior se realiza habitualmente bajo la acción de calor, vacío y/o presión.
La placa de circuitos impresos se conecta preferiblemente a un conductor plano de antemano y solo entonces se dispone en la pila. A este respecto, preferiblemente se dispone de tal manera que la placa de circuitos impresos está dispuesta completamente dentro de la superficie de los cristales y el conductor plano se extiende más allá de sus bordes laterales. La conexión entre el conductor plano y las superficies de conexión de la placa de circuitos impresos se puede realizar, por ejemplo, mediante soldadura o mediante un adhesivo eléctricamente conductor.
Si el cristal compuesto de vehículo debe presentar una curvatura, como es habitual en particular en los turismos, los cristales se someten a un proceso de curvado antes de la laminación, por ejemplo mediante curvado por gravedad, curvado por aspiración y/o curvado por presión. Las temperaturas de flexión típicas son de 500 °C a 700 °C.
Preferiblemente, se aplica una impresión de enmascaramiento opaca en la zona de borde del cristal exterior y del cristal interior antes del laminado y antes del doblado opcional. Para ello, se aplica típicamente un esmalte negro u oscuro mediante serigrafía y se funde antes de la laminación, en particular antes del doblado o durante el doblado.
La placa de circuitos impresos se puede colocar directamente sobre uno de los cristales, en particular con el lado alejado de los fotodiodos en la superficie exterior del cristal interior. Luego, todas las láminas de la capa intermedia se colocan en un lado de la placa de circuitos impresos. Alternativamente, la placa de circuitos impresos también se puede insertar entre dos láminas termoplásticas que encierran la placa de circuitos impresos de tipo sándwich.
Se puede usar una lámina termoplástica no pretratada. Durante la laminación, el material termoplástico fluido calentado fluye hacia los espacios alrededor de los fotodiodos y la placa de circuitos impresos, de modo que se asegura una unión estable.
Para mejorar la calidad óptica del cristal compuesto, puede ser ventajoso preparar la lámina termoplástica (o al menos una lámina termoplástica al utilizar varias láminas) en la medida en que se prevean escotaduras para el sensor de luz.
Se pueden generar orificios de gran superficie en la lámina, en la que se inserta toda la placa de circuitos impresos. La placa de circuitos impresos impreso está rodeada entonces preferiblemente por dos secciones de lámina más delgadas de tipo sándwich para compensar una diferencia de altura entre la placa de circuitos impresos impreso y la lámina y asegurar la adhesión del compuesto.
Alternativamente, en una realización ventajosa, la lámina termoplástica está provista de orificios o depresiones antes de la laminación. Estos orificios o depresiones están adaptados en tamaño, posición y disposición a los al menos cuatro fotodiodos. Esto significa que las dimensiones laterales de los orificios o depresiones corresponden esencialmente a las dimensiones de los fotodiodos o son ligeramente mayores, en particular son como máximo 150% o como máximo 120% de las dimensiones de los fotodiodos. La posición de los orificios o depresiones corresponde al posicionamiento deseado del sensor de luz en el cristal compuesto a elaborar. La disposición relativa de los orificios o depresiones entre sí corresponde a la disposición relativa de los fotodiodos entre sí. Los orificios y las depresiones, por un lado, y los fotodiodos, por el otro, están en una relación de llave - ojo de cerradura entre sí. Al disponer la pila para la laminación, los fotodiodos se insertan en los orificios o depresiones. Así los fotodiodos se embeben de forma eficaz en la capa intermedia. Además, está fijada la posición de los fotodiodos durante la producción, lo que es ventajoso en términos de producción en masa. Los orificios o depresiones se pueden generar directamente antes de la laminación. Pero las láminas con los orificios o depresiones definidos también se pueden preparar en grandes cantidades o incluso se pueden obtener en esta forma del proveedor de láminas.
La lámina se puede proveer de orificios pasantes. Si la lámina presenta un espesor mayor que la altura de los fotodiodos, entonces queda una cavidad realmente indeseable. Esta se puede llenar opcionalmente, por ejemplo, a través de pequeños recortes en la lámina termoplástica. Es incluso más ventajoso, ya que es más sencillo en términos de tecnología de proceso, proveer la lámina con depresiones en lugar de orificios pasantes, cuya profundidad corresponde esencialmente a la altura de los fotodiodos. Así se evita la cavidad no deseada sin necesidad de acabado. Las depresiones se incorporan, por ejemplo, mediante punzonado.
La placa de circuitos impresos está fijada a la lámina termoplástica durante la fabricación a través de los orificios o depresiones asignados a los fotodiodos individuales. Por lo tanto, no se requiere una fijación adicional, por ejemplo mediante cinta adhesiva, y preferiblemente no se lleva a cabo.
La invención también comprende el uso de un cristal compuesto de vehículo según la invención con un sensor de luz integrado como parabrisas de un vehículo, preferiblemente un vehículo automóvil, en particular un turismo. A este respecto, los fotodiodos están conectados preferiblemente a la electrónica de evaluación y control del vehículo. En función de la luz ambiental medida por los fotodiodos se controla uno o varios de los siguientes estados de conmutación:
• el estado de conmutación de la iluminación del vehículo (en particular faros, luces traseras y luces de posición laterales): al caer por debajo de un valor umbral predeterminado se enciende la iluminación; al sobrepasar el valor umbral predeterminado se apaga la iluminación.
• Las propiedades de transmisión de una zona del cristal compuesto que está equipada con un elemento funcional eléctricamente conmutable o controlable. Dicha zona del cristal es en particular una protección contra el deslumbramiento conmutable o regulable en el tercio superior del cristal (también conocida como banda sombreada). El estado de conmutación se puede regular en función de la cantidad absoluta de luz ambiental o también en función de la posición del sol, que resulta de una medición dependiente de la ubicación con varios fotodiodos o elementos sensores de luz. En particular, la protección contra el deslumbramiento es necesaria cuando el sol está bajo. El elemento funcional regulable puede ser, por ejemplo, un elemento SPD (dispositivo de partículas suspendidas) o un elemento LC (cristal líquido) o un elemento electrocrómico.
• La intensidad (brillo) de los elementos de visualización en el espacio interior del vehículo, por ejemplo, elementos de visualización LED o elementos de visualización OLED. Los elementos de visualización son, por ejemplo, luces de advertencia o pantallas de información, en particular en forma de pictogramas o en representación alfanumérica.
La invención comprende además un vehículo (no reivindicado), preferiblemente un vehículo automóvil, en particular un turismo, con un cristal compuesto según la invención como parabrisas y una electrónica de evaluación y control que está conectada por un lado a los fotodiodos y por otro lado a
• la iluminación del vehículo para controlar el estado de conmutación de la iluminación del vehículo en función de la luz ambiental medida por los fotodiodos;
• un elemento funcional eléctricamente conmutable o regulable, que está dispuesto en una zona del cristal compuesto para controlar las propiedades de transmisión de dicha zona en función de la luz ambiental medida por los fotodiodos, donde dicha zona es preferentemente una protección contra el deslumbramiento conmutable o regulable en el tercio superior del cristal; y/o
• elementos de visualización en el espacio interior del vehículo para controlar su intensidad (brillo) en función de la luz ambiental medida por los fotodiodos.
La invención se explica con más detalle a continuación en referencia a un dibujo y ejemplos de realización. El dibujo es una representación esquemática y no es fiel a escala.
Muestran:
Fig. 1 una vista en planta de una configuración del cristal compuesto de vehículo según la invención,
Fig. 2 una representación ampliada del fragmento Z de la fig.1,
Fig. 3 una sección transversal a lo largo de A-A' a través del cristal compuesto de vehículo de la fig. 1 y
Fig. 4 un diagrama de flujo de una forma de realización del procedimiento según la invención.
La fig. 1, fig. 2 y fig. 3 muestran cada vez un detalle de un cristal compuesto de vehículo según la invención con un sensor de luz integrado. El cristal compuesto está construido a partir de un cristal exterior 1 (con una superficie exterior I y una superficie interior II) y un cristal interior 2 (con una superficie exterior III y una superficie interior IV), que están conectados de forma plana entre sí a través de una capa intermedia termoplástica 3. El cristal exterior 1 y el cristal interior 2 están hechos de vidrio de cal sodada y presentan un espesor de 2,1 mm, por ejemplo. La capa intermedia 3 está configurada a partir de una lámina de 0,76 mm de espesor hecha de polibutirato de vinilo (PVB). El cristal compuesto está previsto como un parabrisas de un vehículo automóvil.
El cristal compuesto está equipado con cuatro sensores de luz. Cada sensor de luz se compone de una placa de circuitos impresos flexible 5, que está equipada respectivamente con seis fotodiodos SMD 4. Cada sensor de luz está dispuesto a modo de ejemplo en una zona de esquina del cristal compuesto, donde dos sensores de luz están asignados al borde superior O y dos sensores de luz al borde inferior U del cristal compuesto. La placa de circuitos impresos 5 está dispuesta completamente dentro del cristal compuesto. Descansa directamente sobre la superficie exterior III del cristal interior 2 y está conectada al cristal exterior a través de la capa intermedia 3. Presenta dos superficies de conexión eléctrica (no representadas) que están soldadas a respectivamente un polo de un conductor plano bipolar como cable de conexión 6. El cable de conexión 6 se extiende fuera del compuesto más allá del respectivo borde asignado O, U. Los cables de conexión 6 sirven para conectar eléctricamente las placas de circuitos 5 a través de otros cables de conexión (normalmente cables redondos) a la electrónica de evaluación y control como parte de la electrónica de a bordo del vehículo. La electrónica de evaluación y control analiza las señales de los sensores de luz; por ejemplo, la electrónica de evaluación y control puede encender o apagar la iluminación del vehículo en función de la cantidad de luz ambiental determinada por los sensores de luz.
Debido a la pluralidad de sensores de luz, el sistema puede diferenciar entre la luz ambiental, que se mide por todos los sensores de luz esencialmente con la misma intensidad, y una fuente de luz local como una farola, que se mide por los sensores de luz distribuidos con intensidad muy diferente. Con una electrónica de evaluación adecuada se pueden utilizar diferencias de intensidad significativamente menores para determinar la posición del sol: la relación de las intensidades de luz que se detectan por los sensores de luz en el borde superior O por un lado y aquellas del borde inferior U por otro lado depende de la posición del sol, es decir, del ángulo con el que la radiación incide en el cristal compuesto.
Como fotodiodos 4 son apropiados, por ejemplo, fotodiodos del tipo APDS-9005 de la empresa Avago Technologies. Ventajosamente, presentan pequeñas dimensiones (altura 0,55 mm, anchura 1,6 mm, profundidad 1,5 mm) y una distribución de sensibilidad espectral que se asemeja mucho a aquella del ojo humano. El máxima de sensibilidad se sitúa aproximadamente en 500 nm, y en todo el rango de 500 nm a 600 nm la sensibilidad es más del 60% del valor máximo a 500 nm. De este modo se asegura que la cantidad de luz medida por el sensor de luz también corresponda a la clasificada como relevante por los seres humanos.
La placa de circuitos impresos 5 es una placa de circuitos impresos flexible, que comprende una lámina de poliimida de aproximadamente 150 pm de espesor y pistas conductoras impresos 8. Cada placa de circuitos impresos 5 está configurada en forma de T y presenta una sección de línea de alimentación más delgada y una sección final ancha (correspondiente a la "barra transversal de la T "), donde la sección de línea de alimentación está dirigida hacia el borde O, U asociado. La sección de línea de alimentación tiene, por ejemplo, una anchura de 50 mm y una longitud de 65 mm. La sección final tiene, por ejemplo, una anchura de 200 mm y una longitud de 15 mm. Todos los fotodiodos 4 de una placa de circuitos impresos están dispuestos en la sección final, mientras que la sección de línea de alimentación sirve para la conexión al cable de conexión 6. Al final de la sección de línea de alimentación están dispuestas dos superficies de conexión no representadas, que corresponden a los dos polos del sistema en las pistas conductoras 8 y que están soldadas respectivamente a un polo del cable de conexión bipolar 6.
Cada placa de circuitos impresos 5 está equipada con seis fotodiodos 4. Los fotodiodos están dispuestos de forma matricial en 2 filas y 3 columnas. Los fotodiodos 4 están conexionados entre sí a través de las pistas conductoras 8 en la placa de circuitos impresos 5. Cada fotodiodo 4 presenta dos superficies de conexión (in/out), que están soldadas respectivamente a una pista conductora 8.
Respectivamente, dos fotodiodos 4 están conectados en paralelo y los tres pares conectados en paralelo están conectados en serie. En el ejemplo representado, los fotodiodos 4.1 y 4.2 están conectados en paralelo, al igual que los fotodiodos 4.3 y 4.4 y al igual que los fotodiodos 4.5 y 4.6. Los dos fotodiodos de un par conectado en paralelo están dispuestos respectivamente en diferentes filas y columnas de la matriz. Así se asegura que incluso si la placa de circuitos impresos está parcialmente sombreada, por ejemplo, la zona derecha con los fotodiodos 4.2 y 4.5, al menos un fotodiodo de cada par siempre se ilumina por la luz y, por lo tanto, se mide una señal de luz en conjunto a pesar del sombreado parcial. La distancia entre los fotodiodos 4 adyacentes en las filas es, por ejemplo, de 9 cm, en las columnas, por ejemplo, de 1 cm.
Como es habitual en los parabrisas, el cristal compuesto presenta una impresión de enmascaramiento opaca 7 en forma de marco. La impresión de enmascaramiento 7 está configurada como un esmalte negro impreso y fundido en las superficies interiores II, IV del cristal exterior 1 y del cristal interior 2. Las placas de circuitos impresos 5 están dispuestas en la zona de la impresión de enmascaramiento 7, de modo que no son visibles ni desde el exterior ni desde el interior. La impresión de enmascaramiento exterior 7 en el cristal exterior 1 presenta orificios en los lugares de los fotodiodos 4, de mod que la luz pueda caer sobre los fotodiodos 4 y el sensor de luz pueda cumplir su función. La fig. 4 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de realización del procedimiento según la invención para la realización de un cristal compuesto de vehículo con un sensor de luz integrado.
Lista de símbolos de referencia:
(1) Cristal exterior
(2) Cristal interior
(3) Capa intermedia termoplástica
(4) Fotodiodo
(4.1), (4.2), (4.3), (4.4), (4.5), (4.6) Fotodiodos
(5) Placa de circuitos impresos (printed circuit board, PCB)
(6) Cable de conexión / conductor plano
(7) Impresión de enmascaramiento opaca
(8) Pista conductora
(O) Borde superior del cristal compuesto
(U) Borde inferior del cristal compuesto
(I) Superficie exterior del cristal exterior 1
(II) Superficie interior del cristal exterior 1
(III) Superficie exterior del cristal interior 2
(IV) Superficie interior del cristal interior 2
A-A ' Línea de corte
Z Fragmento ampliado

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Cristal compuesto de vehículo con sensor de luz integrado, que comprende al menos un cristal exterior (1) y un cristal interior (2), que están conectados entre sí a través de una capa intermedia termoplástica (3),
donde al menos cuatro fotodiodos (4) situados en una placa de circuitos impresos (5) están dispuestos entre el cristal exterior (1) y el cristal interior (2),
donde los fotodiodos (4) son componentes SMD,
y donde los fotodiodos (4) están dispuestos en la placa de circuitos impresos (5) como grupos conectados en serie de fotodiodos conectados en paralelo (4).
2. Cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 1, donde la placa de circuitos impresos (5) está configurada como una placa de circuitos impresos flexible.
3. Cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 1 o 2, donde al menos seis fotodiodos (4) están dispuestos en la placa de circuitos impresos (5).
4. Cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 3, donde dos fotodiodos (4) están conectados respectivamente en paralelo y al menos dos pares semejantes, preferiblemente al menos tres pares semejantes están conectados en serie.
5. Cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 4, donde los fotodiodos (4) están dispuestos como una matriz con filas y columnas y donde los fotodiodos (4) conectados en paralelo no están dispuestos todos en una columna ni todos en una fila.
6. Cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 5, donde la distancia entre fotodiodos adyacentes (4) de una fila es de al menos 5 cm.
7. Cristal compuesto de vehículo según una de las reivindicaciones 3 a 6, donde la placa de circuitos impresos (5) presenta una sección con una anchura de al menos 15 cm, preferiblemente al menos 20 cm.
8. Cristal compuesto de vehículo según la reivindicación 7, donde los fotodiodos (4) están dispuestos en dicha sección de la placa de circuitos impresos (5).
9. Cristal compuesto de vehículo según una de las reivindicaciones 1 a 8, donde los fotodiodos (4) presentan, en todo el rango espectral entre 500 nm y 600 nm, una sensibilidad que corresponde al menos al 50% del máximo de sensibilidad, preferiblemente al menos al 60%.
10. Cristal compuesto de vehículo según una de las reivindicaciones 1 a 9, donde el cristal compuesto comprende varias placas de circuitos impresos (5) con respectivamente al menos cuatro fotodiodos (4), donde los fotodiodos (4) son componentes SMD y donde los fotodiodos (4) están dispuestos en la placa de circuitos impresos (5) como grupos conectados en serie de fotodiodos conectados en paralelo (4).
11. Cristal compuesto de vehículo según una de las reivindicaciones 1 a 10, donde los fotodiodos (4) presentan una anchura de menos de 2 mm.
12. Procedimiento para la fabricación de un cristal compuesto de vehículo con un sensor de luz integrado, donde (a) un cristal exterior (1), un cristal interior (2), al menos una lámina termoplástica y al menos cuatro fotodiodos (4) situados en una placa de circuitos impresos (5) se disponen como una pila, de modo que la lámina y el los fotodiodos (4) están dispuestos entre el cristal exterior (1) y el cristal interior (2), donde los fotodiodos (4) son componentes SMD y donde los fotodiodos (4) están dispuestos en la placa de circuitos impresos (5) como grupos conectados en serie de fotodiodos (4) conectados en paralelo,
(b) el cristal exterior (1) se conecta mediante laminación al cristal interior (2) a través de una capa intermedia (3) formada a partir de la al menos una lámina termoplástica.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde la lámina se provee antes del paso (a) con orificios o depresiones, que están coordinados en tamaño, posición y disposición con los fotodiodos (4) y en los que se insertan los fotodiodos (4) durante el paso (a).
14. Uso de un cristal compuesto de vehículo con sensor de luz integrado según una de las reivindicaciones 1 a 11 como parabrisas de un vehículo, preferentemente un vehículo automóvil.
15. Uso según la reivindicación 14, donde los fotodiodos (4) están conectados a una electrónica de evaluación y control del vehículo y el estado de conmutación de la iluminación del vehículo, las propiedades de transmitancia de una zona del cristal y/o la intensidad de los elementos de visualización en el espacio interior del vehículo se controlan en función de la luz ambiental medida mediante los fotodiodos (4).
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