JP6847305B2 - 液晶配列を含む複合材を有する車両用窓ガラス - Google Patents

液晶配列を含む複合材を有する車両用窓ガラス Download PDF

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Description

本発明は、請求項1のプリアンブルに記載された特徴を有する車両用窓ガラスに関する。
従来から、この種の車両用窓ガラスが実際に知られており、可動又は固定の自動車の屋根要素である場合がある。車両用窓ガラスは、板状の窓ガラス本体を含み、一般的にはガラスで作られ屋根要素の表皮材を形成する。窓ガラス本体の内側には、電気的に切り替え可能な液晶配列を機能層として含む複合構造が設けられ、これによって車両用窓ガラスの透光性を決定する。液晶配列のスイッチ状態に応じて、車両用窓ガラスはほぼ半透明又はほぼ不透明となり、その結果、遮光配列を形成する。
さらに、上記の種類の車両用窓ガラスの別の機能層として、偏光子層が用いられることが知られている。偏光子層は、窓ガラスの横方向において液晶配列と同じ寸法を有している。さらに、複合材には、機能層間の接合及び窓ガラス本体への接合を確立する中間ラミネーション層がある。中間ラミネーション層は、少なくとも液晶配列に亘って広がる大きさを有する。
上記の車両用窓ガラスの製造工程中、複合材が定められた圧力と温度に晒される積層工程に続いて、液晶セルの熱膨張と使用される原料の不均一性は、液晶セルの光学的欠陥を引き起こす可能性があるが、これは液晶セルの原料の局所的な集中によるものであり、ダークスポットと呼ばれる。また、それは車両用窓ガラスの可視領域に形成されることがあり、車両用窓ガラスの外観に影響する。
本発明の目的は、車両用窓ガラスの可視領域において液晶セルの原料が局所的に集中するリスクを最小限に抑えた上記の種類の車両用窓ガラスを提供することである。
本発明によれば、上記目的は請求項1の特徴を有する車両用ガラスによって達成される。
本発明は、車両の周囲に面した外側面及び該外側面の反対側に面して複合材と接合される内側面を有する板状の窓ガラス本体を備える車両用窓ガラスであって、前記複合材は上下に配置された複数の層を含む積層構造を有し、前記層のうち、1つの層は2つのフィルムと該2つのフィルム間に配置された液晶セルを有する液晶配列を含み、他の1つの層は偏光子層である。前記積層構造の少なくとも1つの層は、液晶配列の面積よりも小さい面積を有する変位層であることにより、液晶セルは、変位層によって覆われた中央部分よりも厚い縁部を有する。
変位層により、光学的欠陥又はダークスポットを好ましくは可視領域の外側に位置する縁部へシフトさせることを目的とした方法によって、縁部における液晶セルの原料の集中が達成される。これは、液晶セルの縁部に液晶リザーバが形成されることを意味する。これは、複合材の製造中、変位層は液晶セルのそれぞれの縁部と重なり合う空間によって横方向に制限されるという事実によって可能になる。液晶配列の縁部にかかる圧力は、中央部の圧力よりも低いため、液晶セルの原料は縁部に蓄積して厚くなる。
変位層は様々な方法で構成できる。例えば、変位層は偏光子層によって形成され、この場合、偏光子層は液晶配列よりも小さい面積を有し、複合材中の空間によって横方向に区切られている。
本発明による車両用窓ガラスの代替実施形態では、変位層は、付加的なフィルムである追加層によって形成される。前記追加層は、複合材の様々な場所に配置可能である。例えば、前記追加層は前記液晶配列又は前記偏光子層に隣接している。また、前記追加層は、前記液晶配列と前記偏光子層との間、又は、偏光子層が窓ガラス本体とは反対面の液晶配列側に配置されている場合は板状の窓ガラス本体と液晶配列との間に配置されてもよい。
本発明による車両用窓ガラスの好ましい実施形態では、前記追加層は10μmから500μmの厚さを有する。この厚さは、縁部における液晶セルの厚さを達成するのに十分である。しかしながら、それと同時に、車両用窓ガラスの全体の厚さは著しく増加しない。
さらに、本発明による車両用窓ガラスは、その内側にガラス内側本体を有していてもよく、該ガラス内側本体は前記積層構造に接着される。この場合、前記追加層は前記ガラス内側本体に隣接していてもよい。
複合材の前記積層構造は、接着フィルムなどの接着層によって窓ガラス本体に接合されることが好ましい。
さらに、前記積層構造は、前記液晶配列と前記偏光子層との間に接着層を備えてもよい。この接着層は、接着フィルムによって形成されていてもよい。
前記接着層はそれぞれ、アクリレート層、熱可塑性ポリウレタン層、エポキシ層、シリコーン層、ポリエチレン層又はエチレン酢酸ビニル(EVA)やポリビニルブチラール(PVA)などの架橋材の層によって形成されていてもよい。
同様に、液晶セルの原料を液晶セルの縁部に蓄積させる追加層は、アクリレート層、熱可塑性ポリウレタン層、エポキシ層、シリコーン層、ポリエチレン層又はエチレン酢酸ビニル(EVA)やポリビニルブチラール(PVA)などの架橋材の層によって形成されていてもよい。
変位層によって覆われていない液晶配列の縁部は、5mmから40mmの幅を有することが好ましい。
さらに、液晶配列は、積層構造の周縁部を区切る縁部シール材によって環境条件から保護されていてもよい。その縁部シール材は、前記追加層及び前記接着層の原料と同じ原料であってもよいフィルム構造からなっていてもよい。
本発明による車両用窓ガラスの窓ガラス本体は、三次元の湾曲部を有していてもよい。例えば、窓ガラス本体は2つの方向に湾曲部を有していてもよく、すなわち、屋根用窓ガラスの場合は車両の横方向及び縦方向に沿った方向に湾曲部を有していてもよく、その曲率半径はそれぞれ1,000mmから10,000mmの間、好ましくは2,000mmから5,000mmの間であり、それは湾曲部のコースによって変化する可能性があり、すなわち、当該方向については一定である必要はない。
本発明による車両用窓ガラスの液晶配列は、広い温度範囲にわたって約1秒という短いスイッチング時間で作動させることができる。加えて、液晶配列を作動させるには低電圧で十分であると考えられる。その電圧は、交流電圧であり、特に30V未満である。交流電圧の周波数は、例えば60Hzであるが、液晶の配向速度に応じてより高くてもよく、100から120Hzまで又はそれより低くてもよい。
さらに、スイッチを切ると、液晶配列は非常に低い透過率を示し、可視光では1%未満になる場合がある。液晶配列の色は、例えば灰色だが、染料を混ぜることでカスタマイズしてもよい。
特に、本発明による車両用窓ガラスは、当該車両の屋根要素である。屋根要素は、当該車両の車体にしっかりと接合された固定屋根要素又はサンルーフ装置の蓋要素を形成する可動屋根要素であってもよい。
本発明による車両用窓ガラスに使用される窓ガラス内側本体は、窓ガラス本体と同じように構成され、例えば、1.5mmから2.6mmの厚みを有するガラスから構成されていてもよい。特に、本発明による車両用窓ガラスの特定の実施形態では、窓ガラス内側本体は、薄いガラスで形成され可撓性を有するため、板状の窓ガラス本体に想定される湾曲に適合させることができる。その薄いガラスは科学的にプレストレスされたガラスであってもよく、例えば0.1mmから1.5mmの厚さを有する。
本発明による車両用窓ガラスの偏光子層は、好ましくは、スイッチがオフのとき液晶セルの偏光方向に対して直角に向けられた偏光方向を有する。この場合、スイッチオン状態は、透過状態に関連付けられる。しかしながら、偏光子層の偏光方向は液晶セルがスイッチオフされるときの液晶セルの偏光方向と平行であってもよく、これは、その場合において構成全体が透過状態にあることを意味する。
前記変位層は、特に追加層として実現される場合、好ましくは、液晶配列のフィルムの屈折率に対応する屈折率を有する。このようにして、車両用窓ガラスを透過する光の多重屈折を少なくともある程度は緩和することができる。
本発明の車両用窓ガラスの好ましい実施形態では、液晶配列は単一の液晶セルを含み、その単一の液晶セルは、少なくとも液晶配列全体に大きくわたって広がり、車両用窓ガラスの潜在的な可視領域を覆う。
本発明による車両用窓ガラスの特定の実施形態は、さらに光ガイド層を含み、光ガイド層は、その縁部を介して光源に接続可能又は接続されている。その光ガイド層は、車両用窓ガラスの製造中に一段階プロセスで液晶配列を含む複合材と一体化されてもよく、当該車両の内部の照明システムを構成してもよい。特に、光ガイド層は、当該車両のアンビエント照明システムとして知られているものの一部であってもよい。すなわち、この実施形態では、切り替え可能な液晶配列の機能と、面型照明システム、特にアンビエント照明システムの機能が組み合わされる。有利なことに、光ガイド層と液晶配列は個々に独立して制御することが可能であり、すなわち、液晶配列が透過状態又は遮光状態にされ、光ガイド層が点灯状態又は非点灯状態にされる、といった方法で光ガイド層及び液晶配列を切り替え可能である。
光ガイド層は、車両の周囲とは反対面の車両用窓ガラス側に配置されることが好ましく、これは、光ガイド層がアクティブ状態のときに当該車両の内部から見えるということであり、液晶配列のスイッチ状態とは関係しない。
光ガイド層は、湾曲し、車両用窓ガラスの内側に見える表面を形成する場合があり、任意の適切な原料によって形成されていてもよい。特に、光ガイド層は、車両用窓ガラスの窓ガラス内側本体を形成してもよい平面ガラス本体を含んでもよい。
本発明による車両用窓ガラスの代替実施形態では、光ガイド層は、プラスチックフィルム及び/又はプラスチックプレートを含んでいてもよい。これは、車両用窓ガラスの重量最適化をおこなう場合に特に有利である。
特定の照明特性を実現するために、光ガイド層は、特にナノ粒子によって形成される散乱中心を有していてもよく、印刷層及び/又は屈折層を有していてもよい。
本発明の主題の他の利点及び有利な実施形態は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかである。
本発明による車両用窓ガラスの実施形態は、概略的で簡略化された方法で図面に示されており、以下の説明によってより詳細に説明される。
図1は本発明による車両用窓ガラスを有する車両ルーフの平面図である。 図2は車両用窓ガラスの積層構造を示す車両用窓ガラスの断面図である。 図3は車両用窓ガラスの第2実施形態の断面図である。 図4は車両用窓ガラスの第3実施形態の断面図である。 図5は車両用窓ガラスの第4実施形態の断面図である。 図6は車両用窓ガラスの第5実施形態の断面図である。 図7は車両用窓ガラスの第6実施形態の断面図である。 図8は車両用窓ガラスの第7実施形態の断面図である。 図9は車両用窓ガラスの第8実施形態の断面図である。 図10は車両用窓ガラスの第9実施形態の断面図である。 図11は車両用窓ガラスの第10実施形態の断面図である。 図12は車両用窓ガラスの第11実施形態の断面図である。 図13は車両用窓ガラスの第12実施形態の断面図である。 図14は車両用窓ガラスの第13実施形態の断面図である。
図1は、自動車(詳細は図示しない)の車両ルーフ10を示している。車両ルーフ10はパノラマ式サンルーフであり、可動式の蓋要素12と車両本体に対して固定された固定屋根要素14とを備える。蓋要素12及び固定屋根要素14は、それぞれガラス要素として実現され、それぞれ車両用窓ガラスを形成する。さらに、蓋要素12及び固定屋根要素14はそれぞれ同じ層構造を有し、遮光配列を備え、詳細は図2に示されている。
それぞれ車両用窓ガラスを形成する屋根要素12及び14は、窓ガラス本体16をそれぞれ備え、窓ガラス本体16は、屋根の縦方向及び横方向に湾曲し当該車両用窓ガラスの外皮を形成するガラス板で作られており、その外皮は車両の周囲に露出している。その内側では、各車両用窓ガラスは窓ガラス内側本体18を備え、これも湾曲したガラス板で作られている。窓ガラス本体16及び窓ガラス内側本体18はそれぞれ約2.0mmの厚さを有する。
複合材20は、TPU接着フィルム22を介して窓ガラス本体16に接合され、TPU接着フィルム24を介して窓ガラス内側本体18に接合されており、窓ガラス本体16と窓ガラス内側本体18との間に配置されている。さらに、複合材20は、液晶配列28と偏光子層30によって形成される遮光配列26を含む。液晶配列28はPET又はポリカーボネートの2つの透明フィルム32及び34を含み、その間に単一の液晶セル36が配置される。2つの透明フィルム32及び34はそれぞれ約100μmの厚さを有する。液晶セル36を透過状態と遮光状態との間で切り替えることができるようにするために、導電層がフィルム32及び34の内側の液晶配列28に組み込まれ、導電層は対応する接点(図示しない)を介して当該車両の車載電気システムに接続されている。それぞれの配向膜は、好ましくは、導電層上に配置され、配向膜は液晶セル26の境界を定める。配向膜はスイッチオフ状態で液晶セル26の結晶を事前に位置合わせする働きをし、それぞれポリイミド又はUV硬化性アクリレートでできていてもよい。
TPU製の接着層38は、偏光子層30と液晶配列28との間に配置されている。
追加層40は、液晶配列28の窓ガラス本体16とは反対側に接合され、追加層40の窓ガラス本体16と反対側の面は接着フィルム24に隣接し、変位層を形成する。追加層40は、追加のフィルムであり、熱可塑性ポリウレタン(TPU)でできており、約100μmの厚さを有する。図2にさらに見られるように、追加層40は液晶配列28、偏光子層30、接着フィルム22及び24、並びに、接着層38の面積よりも小さい面積を有する。したがって、複合材20の接合中に、周方向の空間42が液晶配列28の周縁部の下方に形成され、周方向の空間42は追加層40によって液晶配列28へ圧力が加えられる効果を有し、これによって、追加層40で覆われた中央部分よりも、空間42の上方に配置された縁部分の液晶セル36が厚くなる。これは、液晶原料がそこに蓄積されるため、液晶セル36の縁部に液晶リザーバ44が形成されることを意味する。空間42は、約30mmの幅を有し、車両用窓ガラスの透明な領域の外側に位置する。
さらに、車両用窓ガラスには、液晶配列28及び複合材20を環境条件から保護するための縁部シール46が設けられている。
車両用窓ガラスを製造するための積層工程の後、その工程中に作用する圧力及び温度により、空間42は、接着フィルム24の原料及び存在する場合は追加層40によって少なくとも部分的に満たされ得る。
図3は、代替実施形態である車両用窓ガラス配列50を示し、図2の窓ガラス配列におおむね対応するが、デカップリング層52が空間42の領域で液晶配列28の下部フィルム34に接合されており、デカップリング層52は接着フィルム24のポリウレタンが液晶配列28へ付着するのを防止する役割を果たすという点で異なる。
その他の点では、窓ガラス配列50は図2の窓ガラス配列に対応する。
図4は、窓ガラス配列60を示し、これは大部分が再び図2の窓ガラス配列に対応するが、偏光子層30が追加層40の寸法に対応する面積又は寸法を有するという点で異なる。そのため、偏光子層30も空間62によって囲まれ、これは偏光子層30が変位層としても作用するとともに、液晶セル36の縁部に液晶リザーバ44が形成されることを意味する。
図5は、別の実施形態である窓ガラス配列70を示し、図2の窓ガラス配列におおむね対応するが、変位層を形成する追加層40が液晶配列28の上部に配置される点で異なる。すなわち、追加層40は、偏光子層30と液晶配列28との間に配置される。その他の点では窓ガラス配列70は図2の窓ガラス配列に対応する。
図6は、別の実施形態である窓ガラス配列80を示し、図5の窓ガラス配列におおむね対応するが、液晶配列28の上部に配置された追加層40と偏光子層30との間に追加の接着層が配置されないという点で異なる。その代わりに、追加層40の面積は偏光子層30及び液晶配列28の面積よりも小さく、追加層40はこれら2つの機能層との間に接合層を形成する。
図7は、別の実施形態である窓ガラス配列90を示し、図4の窓ガラス配列におおむね対応するが、追加層を有しないという点で異なる。その代わりに、偏光子層30のみが変位層を形成することによって、液晶リザーバ44の形成を引き起こす。
図8は、大部分で図2の窓ガラス配列に対応する窓ガラス配列100を示すが、追加の層40が液晶配列28に直接隣接する代わりに、窓ガラス内側本体18に隣接している点で異なる。さらに、熱可塑性ポリウレタンの接着層102が追加層40と液晶配列28との間に配置されている。上述の実施形態と同様に、変位層を形成する追加層40は、複合材20が接合されたとき液晶セル36の縁部に液晶リザーバ44を形成させる空間42によって区切られる。その他の点では窓ガラス配列100は図2の窓ガラス配列に対応する。
図9は、図2及び図5に示された窓ガラス配列を組み合わせた窓ガラス配列110を示し、液晶配列28の下部及び上部に追加層40を有し、追加層40は変位層を形成するとともに液晶セル36の縁部分において液晶セル36を厚く形成することを促進する空間42によって区切られており、すなわち、追加層40によって中央部分に加えられる圧力に起因して液晶セル36の縁部において液晶リザーバ44が形成される。
その他の点では窓ガラス配列110は図2及び図5の窓ガラス配列に対応する。
図10は、別の実施形態である窓ガラス配列120を示し、図7の実施形態におおむね対応するが、偏光子層30が液晶配列28の上部フィルム32と直接接触しているという点で異なる。偏光子層30は、変位層によって形成され、その面積は液晶配列28の面積よりも小さいため、液晶セル36の縁部において液晶リザーバ44を形成させる空間62に囲まれている。その他の点では窓ガラス配列120は図7の窓ガラス配列に対応する。
図11は、窓ガラス配列130を示し、図8の実施形態におおむね対応するが、偏光子層30が追加層40の面積と等しい面積を有するという点で異なる。TPU接着フィルム132も偏光子層30の横方向に隣接する複合部分に配置され、追加層40に隣接する空間42と法線方向に重なる。さらに、液晶配列28は縁部シール材46に達しない。代わりに、TPUフィルムの周縁ストリップ134が液晶配列28の側縁部と端部シール材46との間に配置される。その他の点では窓ガラス配列130は図8の窓ガラス配列に対応することが、後者の説明が参照される理由である。
図12は、窓ガラス配列140を示し、図11の窓ガラス配列におおむね対応するが、接着フィルム24が、接着層102と窓ガラス内側本体18との間に追加的に配置される点で異なり、接着フィルム24はやはりTPUフィルムで形成されている。その他の点では窓ガラス配列140は図11の窓ガラス配列に対応する。すなわち、偏光子層30は追加層40の面積と等しい面積を有する。
図13は、窓ガラス配列150を示し、図11の窓ガラス配列におおむね対応するが、図9の実施形態と同様に第2の追加層40を有し、しかしながら、その追加層40は接着フィルム22(図中、上側の接着フィルム)と外側の窓ガラス本体16との間に配置されるという点で異なる。それに対応して、下側又は内側の追加層40は接着層102と窓ガラス内側本体18との間に配置され、それらに直接隣接している。上側/外側追加層40は空間42によって周方向に区切られ、下側追加層40の面積と等しい面積を有する。偏光子層30は、液晶配列28の面積と等しい面積を有する。それに対応して、偏光子層30の周縁部はTPUフィルム132によって区切られている。その他の点では窓ガラス配列150は図11の窓ガラス配列に対応する。
図14は、窓ガラス配列160を示し、図13の窓ガラス配列におおむね対応するが、複合材20が、それぞれ外側窓ガラス本体16及び窓ガラス内側本体18に隣接する追加の接着フィルム24及び162を有し、接着フィルム24及び162はTPUで作られ、接着フィルム24及び162の内側は、液晶配列28に面し、変位層である追加層40にそれぞれ直接隣接している。その他の点では窓ガラス配列160の構造は図13の構造に対応する。
10 車両ルーフ
12 蓋要素
14 固定屋根要素
16 窓ガラス本体
18 窓ガラス内側本体
20 複合材
22 接着フィルム
24 接着フィルム
26 遮光配列
28 液晶配列
30 偏光子層
32 フィルム
34 フィルム
36 液晶セル
38 接着層
40 追加層
42 空間
44 液晶リザーバ
46 縁部シール材
50 窓ガラス配列
52 デカップリング層
60 窓ガラス配列
62 空間
70 窓ガラス配列
80 窓ガラス配列
90 窓ガラス配列
100 窓ガラス配列
102 接着層
110 窓ガラス配列
120 窓ガラス配列
130 窓ガラス配列
132 TPUフィルム
134 ストリップ
140 窓ガラス配列
150 窓ガラス配列
160 窓ガラス配列
162 接着層

Claims (15)

  1. 車両の周囲に面した外側面及び該外側面の反対側に面して複合材(20)と接合される内側面を有する板状の窓ガラス本体(16)を備える車両用窓ガラスであって、前記複合材(20)は上下に配置された複数の層を含む積層構造を有し、前記層のうち、1つの層は2つのフィルム(32,34)と該2つのフィルム(32,34)間に配置された液晶セル(36)を有する液晶配列(28)を含み、他の1つの層は偏光子層(30)であり、前記積層構造の少なくとも1つの層は、前記液晶配列(28)の面積よりも小さい面積を有する変位層であることにより、液晶セル(36)は該変位層によって覆われた中央部分よりも厚い縁部を有することを特徴とする車両用窓ガラス。
  2. 請求項1に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記変位層は前記偏光子層(30)によって形成されることを特徴とする車両用窓ガラス。
  3. 請求項1又は2に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記変位層は付加的なフィルムである追加層(40)によって形成されることを特徴とする車両用窓ガラス。
  4. 請求項3に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記追加層(40)は前記液晶配列(28)に隣接することを特徴とする車両用窓ガラス。
  5. 請求項3に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記追加層(40)は前記偏光子層(30)に隣接することを特徴とする車両用窓ガラス。
  6. 請求項3から5のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記追加層(40)は、前記液晶配列(28)と前記偏光子層(30)との間に配置されることを特徴とする車両用窓ガラス。
  7. 請求項3から6のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記追加層(40)は10μmから500μmの厚さを有することを特徴とする車両用窓ガラス。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、窓ガラス内側本体(18)が前記積層構造に接着されていることを特徴とする車両用窓ガラス。
  9. 請求項3に従属する請求項8に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記追加層(40)は前記窓ガラス内側本体(18)に隣接することを特徴とする車両用窓ガラス。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記積層構造は、前記窓ガラス本体(16)に接合される接着層(22)を含むことを特徴とする車両用窓ガラス。
  11. 請求項1から10のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記積層構造は、前記液晶配列(28)と前記偏光子層(30)との間に接着層(38)を含むことを特徴とする車両用窓ガラス。
  12. 請求項10又は11に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記接着層(22,38)は、アクリレート層、熱可塑性ポリウレタン層、エポキシ層、シリコーン層、ポリエチレン層又はエチレン酢酸ビニル(EVA)やポリビニルブチラール(PVB)等の架橋材の層から形成されていることを特徴とする車両用窓ガラス。
  13. 請求項3から7及び9のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記追加層(40)は、アクリレート層、熱可塑性ポリウレタン層、エポキシ層、シリコーン層、ポリエチレン層、エチレン酢酸ビニル(EVA)やポリビニルブチラール(PVB)等の架橋材の層、又は、特にポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)若しくは環状オレフィン共重合体(COC)から構成される透明な樹脂フィルム層によって形成されていることを特徴とする車両用窓ガラス。
  14. 請求項1から13のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記液晶セル(36)の縁部が5mmから40mmの幅を有することを特徴とする車両用窓ガラス。
  15. 請求項1から14のいずれか1項に記載の車両用窓ガラスにおいて、前記積層構造は、特にフィルム構造から構成された縁部シール材によって囲まれた周縁部を有することを特徴とする車両用窓ガラス。
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