WO2022157022A1 - Scheibe mit beheizbaren sensorfeld - Google Patents

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WO2022157022A1
WO2022157022A1 PCT/EP2022/050333 EP2022050333W WO2022157022A1 WO 2022157022 A1 WO2022157022 A1 WO 2022157022A1 EP 2022050333 W EP2022050333 W EP 2022050333W WO 2022157022 A1 WO2022157022 A1 WO 2022157022A1
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WO
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pane
layer
heatable
electrically conductive
sensor field
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Application number
PCT/EP2022/050333
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Gallinelli
Jan Hagen
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/023—Cleaning windscreens, windows or optical devices including defroster or demisting means
    • B60S1/026—Cleaning windscreens, windows or optical devices including defroster or demisting means using electrical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
    • B60S1/0844—Optical rain sensor including a camera
    • B60S1/0848—Cleaning devices for cameras on vehicle

Definitions

  • the invention relates to a pane with a heatable sensor field and a method for its production.
  • Modern vehicles are increasingly being equipped with sensors, in particular with a large number of driver assistance systems with optical sensors. These include, for example, optical cameras, but also radar systems, ultrasonic sensors and light detection and ranging (LiDaR).
  • Sensor-based optical driver assistance systems are usually based on optical or electromagnetic sensors that scan the vehicle's surroundings by emitting and/or receiving photons or electromagnetic waves and thus provide corresponding information to the vehicle electronics.
  • the sensors can be placed in vehicles on and/or in the windshield. In road traffic, they offer the possibility of recognizing dangers and obstacles in good time.
  • the sensors are usually protected from the effects of the weather by appropriate panes.
  • the panes should be as clean and free of condensation as possible, thus ensuring the functionality of the sensors. Since fogging and icing have a significant effect on the transmission of electromagnetic waves, the pane should be cleared of them as quickly as possible. Wiping systems ensure that the pane is freed from water droplets and protective particles. However, they are useless in the event of icing, which is why the affected pane segment, which serves as the field of view for the sensor, must be heated for a short time if necessary.
  • a sensor field is that area of the pane through which the sensor can detect radiation passing through it, i.e. the sensor field of the pane is the area that lies in the detection beam path of the sensor.
  • EP 1 605 729 A2 discloses an electrically heatable pane with a camera window.
  • the camera window is kept fog-free and ice-free with a heating device.
  • the heating element is laminated into the pane at the position of the camera window.
  • a heatable film arranged on the sensor field comprises a carrier film, a heatable coating and/or heating wires and electrical contacting of the coating or the heating wires.
  • US 2021/084720 A1 discloses a glass pane for vehicles, which has a transmitting and receiving area for information.
  • a vehicle-mounted device can transmit and receive information over the range.
  • a layer is arranged on the inside of the glass pane, which is attached to an area that overlaps the transmission and information area in plan view. This layer includes a substrate, a heating element and a bus bar.
  • US2019/031116 A1 discloses a windscreen heater for a vehicle camera.
  • the defroster has a first heating element surrounding the camera's field of view and a second heating element traversing the camera's field of view.
  • the object of the present invention is to provide a pane with a heatable sensor field that has good optical properties in the visible spectral range and reduces optical distortion or diffraction of the optical rays.
  • the pane according to the invention with a heatable sensor field comprises at least one pane, a sensor field on a surface of the pane and at least one heatable film attached to the sensor field.
  • the heatable film includes a carrier film and a coating that is electrically conductive and has at least two busbars for electrical contacting.
  • the heatable film is firmly bonded to the pane by means of an adhesive layer, with the heatable film having an anti-reflective layer.
  • the pane according to the invention shows a significant improvement in the form of reduced optical distortion when looking through the sensor field.
  • Optical diffraction and distortion are reduced by the adhesive layer arranged between the carrier film and the pane and the anti-reflective layer.
  • the heatable film is connected to the pane via an adhesive layer, with the heatable film additionally having an anti-reflective layer.
  • the sensor field can be a local area that is intended to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the pane as a communication, sensor or camera window.
  • the sensor array can include sensors that are used in a vehicle as ADAS (Advanced Driver Assist Systems). These include, for example, optical cameras, but also radar systems and ultrasonic sensors.
  • the sensor field has an optical transparency, ie the transmission is in the wavelength range from 400 nm to 1300 nm, preferably more than 70%.
  • the sensor field preferably occupies less than 10%, particularly preferably less than 5% of the pane surface.
  • the sensor field preferably has the shape of a square, a rectangle, a rhombus, a trapezium, a hexagon, an octagon, a cross, an oval or a circle.
  • the heatable film arranged on the sensor field comprises the carrier film and the electrically conductive, in particular heatable, coating.
  • the sensor field can be provided with the heatable film essentially over its entire surface, which can be preferred for manufacturing reasons.
  • the heatable film can essentially have a constant thickness.
  • the heatable film preferably has the shape of a square, a rectangle, a rhombus, a trapezium, a hexagon, an octagon, a cross, an oval or a circle.
  • the heatable film preferably corresponds in terms of area to the sensor field.
  • the carrier film preferably contains polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl butyral (PVB) and/or polyethyl vinyl acetate (EVA) and/or mixtures and/or copolymers thereof. It can have a film thickness of 0.050 mm to 5 mm.
  • the carrier film is preferably transparent.
  • the heatable, electrically conductive coating preferably contains a transparent, electrically conductive oxide (transparent conductive oxide, TCO) and/or at least one electrically conductive organic polymer.
  • the conductive coating preferably contains tin-doped indium oxide (ITO).
  • the conductive layer can also be based on indium-zinc mixed oxide (IZO), 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).
  • the heatable, electrically conductive coating is preferably transparent. In the simplest case, the electrically conductive coating comprises only one layer consisting of the transparent, electrically conductive oxide.
  • a coating is considered transparent for the purposes of the invention if it has an average transmittance of at least 70%, preferably at least 75%, when irradiated perpendicularly in the visible spectral range, and as a result does not significantly restrict the view through the glazing. It preferably has a layer thickness in the nanometer range from 30 nm to 120 nm, preferably from 35 nm to 100 nm and particularly preferably from 40 nm to 75 nm.
  • the electrically conductive coating has two busbars for electrical contacting.
  • the electrical contact between the electrically conductive coating and the electrical power supply is made via the bus bars.
  • the busbars can be arranged in strips on two opposite sides of the heatable, electrically conductive coating. They are spaced apart at a maximum distance of 40 cm.
  • the antireflection layer contains at least one sequence of a first layer of a high-index material with a refractive index greater than 1.9 and a second layer of a low-index material with a refractive index less than 1.6.
  • the antireflection layer particularly preferably comprises a sequence having two first layers and two second layers, which are each arranged alternately. Good results are achieved with this.
  • the antireflection layer comprises at least one layer of aluminum-doped silicon nitride (Si3N4), which essentially has a geometric thickness of 10 nm to 50 nm.
  • the antireflection layer is preferably transparent.
  • the antireflection layer can also include at least one layer of aluminum-doped silicon dioxide (SiO2), which essentially has a thickness of 50 nm to 150 nm. In the context of the present invention, essentially means that the values can deviate by up to 10%. These materials and their thicknesses are particularly advantageous with regard to increased transmission of the optical radiation.
  • the heatable, electrically conductive coating is on a first surface of the carrier film and the anti-reflection layer is on a second surface of the carrier film arranged.
  • the antireflection layer can be arranged on a side of the carrier film facing away from the sensor field.
  • the heatable coating can be arranged on a side of the carrier film that faces the sensor field.
  • the adhesive layer preferably contains a thermoplastic material, in particular polyvinyl butyral (PVB).
  • the adhesive layer is preferably transparent.
  • the thickness of the adhesive layer is, for example, from 0.03 mm to 0.9 mm, preferably 0.76 mm.
  • the adhesive layer has an essentially constant layer thickness between the two busbars.
  • the adhesive layer is advantageously provided for encapsulating the heatable coating if the heatable coating is arranged on a side of the carrier film that faces the sensor field. This protects the heatable coating from moisture and environmental influences.
  • the adhesive layer can advantageously compensate for a difference in height between the heatable coating and the at least two busbars. The difference in height between the surface of the electrically conductive coating facing the pane and a surface of a bus bar facing the pane is measured. In other words, the adhesive layer fills a space bounded by the surface of the electrically conductive coating and the two bus bars.
  • the pane surface is provided with a reflective coating.
  • the reflective coating is applied to the entire surface of the pane, with the exception of a peripheral edge area and the sensor field.
  • the sensor field can be a local area which, as a communication, sensor or camera window, is intended to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the pane and is therefore at least partially not provided with the reflective coating.
  • the surrounding uncoated edge area has a width of up to 20 cm, for example.
  • the pane is preferably made of glass, in particular soda-lime glass, which is common for window panes. In principle, however, the pane can also be made of other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or transparent plastics (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate).
  • the thickness of the disc can vary widely. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 6 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the pane is preferably a window pane of a vehicle, which is inserted into or provided for a window opening of the vehicle body.
  • the present invention comprises a composite pane, in particular a windshield, which has a first pane as described above in various configurations as according to the invention, with a second pane being connected over at least one intermediate layer to the pane according to the invention.
  • the second pane is preferably made of glass, in particular soda-lime glass, which is common for window panes.
  • the second pane can also be made of other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or transparent plastics (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate).
  • the thickness of the second disk can vary widely. Disks with a thickness in the range from 0.8 mm to 6 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the panes and the thermoplastic intermediate layer can be transparent, clear and colorless, but also tinted or colored.
  • transparent means that the total transmission of the glazing corresponds to the legal provisions for windshields and front side windows and preferably has a transmittance of more than 70% and in particular more than 75% for visible light.
  • transparent can also mean 10% to 70% light transmission.
  • opaque means a light transmission of less than 15%, preferably less than 5%, in particular 0%.
  • the total transmission through the windshield is greater than 70%.
  • the term total transmission refers to the procedure specified by ECE-R 43, Appendix 3, Section 9.1 for testing the light transmittance of motor vehicle windows.
  • the discs can be unbiased, partially biased or biased independently. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is typically formed from a thermoplastic film.
  • the fat of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • the laminated pane in particular a windshield, can be produced by methods known per se.
  • the first pane, in particular an inner pane, and the second pane, in particular an outer pane, are laminated to one another via the intermediate layer, for example by autoclave methods, vacuum bag methods, vacuum ring methods, calendering methods, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the outer pane and inner pane are usually connected under the action of heat, vacuum and/or pressure.
  • the inner pane designates that pane which is intended to face the interior of the vehicle in the installed position.
  • the outer pane designates that pane which is intended to face the outer surroundings of the vehicle in the installed position.
  • the present invention comprises a disk assembly at least comprising:
  • the sensor field preferably has a geometry which corresponds at least approximately to the projection of a field of view of the sensor on the pane or composite pane.
  • a field of view of the sensor is to be understood as meaning the solid angle that is recorded by the sensor, in particular optically.
  • the sensor field is to be understood as meaning a partial area of the pane or composite pane, which preferably includes at least the projection of the field of view of a sensor on a pane or composite pane.
  • the sensor field can be at least essentially identical to the projection of the field of view.
  • the present invention includes a method for producing the pane according to the invention with a heatable sensor field, wherein • the adhesive layer is applied to the sensor field of the pane,
  • the heatable film is provided with electrical contacts that are intended for connection to a voltage source
  • the heatable film is applied to the sensor field, • a device for encapsulation with a sensor, in particular an optical one
  • the present invention includes the use of the pane according to the invention with a heatable sensor field in vehicles, ships, airplanes and helicopters, preferably as a windscreen and/or rear window.
  • FIG. 1 shows a cross section of a composite pane according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section of a disk arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section of a pane according to the invention with a heatable film
  • figure ? a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of a preferred embodiment of the composite pane 10 according to the invention with a heatable sensor field 2 (FIG. 2).
  • the laminated glass 10 can serve as a windshield of a passenger car.
  • the composite pane 10 comprises a pane, in particular a first pane 1 , which is connected to a second pane 7 via an intermediate layer 8 .
  • the intermediate layer 8 can have a film made of thermoplastic polymer, preferably EVA, PU, PVB or mixtures or copolymers or derivatives thereof.
  • the intermediate layer 8 has an essentially constant thickness of 0.76 mm.
  • the intermediate layer 8 can have two films made of thermoplastic polymer, preferably EVA, PU or mixtures or copolymers or derivatives thereof.
  • the first pane 1 is an inner pane that faces an interior of a vehicle, for example.
  • the first pane 1 and the second pane 7 consist, for example, of soda-lime glass.
  • the second pane 7 has a thickness of 2.1 mm, for example, and the first pane 2 has a thickness of 1, 6 mm or 2.1 mm.
  • a heatable film 3 is arranged on the first pane 1 .
  • the heatable film 3 can be electrically contacted via two busbars 4 . It also faces the interior when installed.
  • the heatable film 3 comprises a carrier film 3.1, an electrically conductive coating 3.2 and an anti-reflective layer 3.3.
  • the heatable film 3 has an edge length of about 40 cm.
  • the electrically conductive coating 3.2 faces the first pane 1.
  • the electrically conductive coating 3.2 can be applied using common techniques such as CVD (chemical vapor deposition) or physical vapor deposition (PVD), such as cathode atomization (sputtering).
  • the electrically conductive coating 3.2 is arranged on a side of the carrier film 3.1 that faces the sensor field 2.
  • the electrically conductive coating 3.2 has an electrical sheet resistance of approximately 20 ohms/sq to 50 ohms/sq (ohms per square) at a voltage of 50V.
  • the anti-reflection layer 3.3 is arranged on a side of the carrier film 3.1 facing away from the sensor field 2.
  • the thickness of the carrier foil 3.1 is 100 ⁇ m (microns).
  • the electrically conductive, transparent coating 3.2 has two busbars 4 for electrical contacting.
  • the busbars 4 are at a distance from one another, so that when an electrical voltage is applied to the busbars 4, a heating current flows through the coating 3.2.
  • the busbars 4 are formed in strips. They extend on two opposite edges of the electrically conductive coating 3.2.
  • a transparent adhesive layer 5 is provided between the film 3 and the first pane 1 .
  • the adhesive layer 5 adhesively connects the film 3 to a surface of the first pane 1 .
  • the adhesive layer 3 is made, for example, from a thermoplastic material, e.g. a PVB film, with a thickness of 0.76 mm.
  • FIG. 2 shows a cross section of a pane arrangement 100 according to the invention.
  • the pane arrangement 100 according to the invention has the composite pane 10 with a device 9 for encapsulation.
  • the device 9 has at least one optical sensor 9.1.
  • the optical sensor 9.1 is designed as a camera.
  • the heatable film 3 is arranged on a surface of the first pane 1 in the area of the sensor field 2, with the sensor field 2 being provided to provide an optical passage for the viewing area of the sensor 9.1.
  • the sensor field 2 is transparent, in particular optically. It is a local area of the laminated pane 10 which, as a communication, sensor or camera window, is intended to ensure the transmission of electromagnetic radiation through the pane 1 or laminated pane 10 and is therefore not provided with a reflective coating. Otherwise, the outside surface of the first pane 1 may be provided with the reflective coating.
  • the reflective coating may be a stack of films comprising one or more silver-based electrically conductive layers.
  • the sensor field 2 can be any area of the laminated pane 10 or of the first pane 1 which has a, in particular high, transmission for the corresponding optical and electromagnetic signals.
  • the lower edge of the composite pane 10 is arranged downwards in the installed position in the direction of the engine of a passenger car, its upper edge lying opposite the lower edge is directed upwards in the direction of the roof.
  • the sensor field is arranged roughly in the middle near the upper edge.
  • the first pane 1 and/or the second pane 7 have a covering print 11 .
  • Masking prints are common for vehicle windows outside the central field of vision in order to cover add-on parts or to protect the plastic with which the vehicle window is connected to the body from UV radiation.
  • the masking print 11 typically consists of an opaque, black or dark enamel applied and baked using the screen printing process.
  • the cover print 11 frames the sensor field 2 of the laminated pane 10.
  • the sensor 9 . 1 aligned with the sensor field 2 is located in an encapsulation fastened to the sensor field 2 . This not only protects the sensor 9.1 but also the electrically conductive coating 3.2 from moisture and environmental influences.
  • FIG. 3 shows a cross section of a pane 1 according to the invention with a heatable film 3.
  • the heatable film 3 is attached to a surface of the first pane 1 via the adhesive layer 5.
  • the adhesive layer 5 fills a space that is delimited by the surface of the electrically conductive coating 3.2 and the two busbars 4.
  • the adhesive layer 5 can advantageously compensate for a height difference between the coating 3.2 and the two busbars 4. Simulations were performed to study and demonstrate the technical effect of the invention.
  • An installation angle a (FIG. 2) of the laminated pane 10 was used as a basis for the simulations. The angles mentioned are to be understood as the angle between the surface normal of the laminated pane and the center of the beam path of the sensor 9.1.
  • FIG. 4A to FIG. 6D each show a diagram of a simulation of the transmission as a function of the wavelength of the optical (400 nm to 780 nm) and non-optical radiation.
  • FIG. 4A shows the simulation of the transmission curve of a compound pane 10 without a heatable film 3 at an angle a of 0°.
  • the composite pane 10 has the second pane 7 with a thickness of 2.1 mm, the first pane 2 with a thickness of 1.6 mm.
  • the adhesive layer 5 contains a thermoplastic material (PVB) with a thickness of 0.76 mm.
  • FIG. 4B shows the simulation of the transmission curve of a laminated pane 10 with a carrier film 3.1 at an angle a of 0°, with the carrier film 3.1 having the electrically conductive coating 3.2 but no anti-reflective layer.
  • the layer thickness of the electrically conductive coating 3.2 is 70 nm. It can be clearly seen that in FIG. 4B the transmission is reduced in the spectral range from 420 nm to 2500 nm, in particular between 420 to 780 nm.
  • FIG. 4C shows the simulation of the transmission curve of the laminated pane 10 without a heatable film 3 at an angle ⁇ of 73.5°.
  • FIG. 4D shows the simulation of the transmission curve of a pane with a carrier film 3.1 at an angle a of 73.5°, the carrier film having the electrically conductive coating 3.2 and the layer thickness being 70 nm. It can also be clearly seen here that the transmission in the spectral range from 420 nm to 2500 nm is reduced in FIG. 4D.
  • FIG. 5A shows the simulation of the transmission curve of the laminated pane 10 without a heatable film 3 at an angle a of 0°.
  • FIG. 5B shows the simulation of the transmission curve of the composite pane 10 with a carrier film 3.1 at an angle a of 0°, the carrier film having the electrically conductive coating 3.2 with a layer thickness of 70 nm.
  • the thickness of the carrier film 3.1 is 0.1 mm. It can be clearly seen that in FIG. 5B the transmission is reduced in the spectral range from 420 nm to 2500 nm.
  • FIG. 5C shows the simulation of the transmission curve of a compound pane 10 without a heatable film 3 at an angle ⁇ of 73.5°. In comparison to FIG.
  • FIG. 5D shows the simulation of the transmission curve of the laminated pane 10 with a carrier film 3.1 at an angle a of 73.5°, with the carrier film 3.1 having the electrically conductive coating 3.2. It can be clearly seen that in FIG. 5D the transmission is reduced in the spectral range from 420 nm to 2500 nm.
  • FIG. 6A shows the simulation of the transmission curve of composite pane 10 without a heatable film at an angle a of 0°.
  • FIG. 6B shows the simulation of the transmission curve of the laminated pane 10 with a carrier film 3.1 at an angle a of 0°, with the carrier film 3.1 having the electrically conductive coating 3.2 and the anti-reflective layer 3.3. having.
  • the antireflection layer 3.3 has a first layer of silicon nitride (Si3N4) and a second layer of silicon dioxide (SiO2), the first layer having a layer thickness of 20 nm (nanometers) and the second layer having a layer thickness of 135 nm.
  • the carrier foil 3.1 has a thickness of 0.1 mm (millimeters). It can be clearly seen that in FIG. 6B the transmission is hardly reduced, particularly in the spectral range from 420 nm to 780 nm.
  • FIG. 6C shows the simulation of the transmission curve of the laminated pane 10 without a heatable film at an angle a of 73.5°.
  • FIG. 6D shows the simulation of the transmission curve of the laminated pane 10 with a carrier film 3.1 at an angle a of 73.5°, the carrier film 3.1 having the electrically conductive coating 3.2 and the anti-reflective layer 3.3. having.
  • the antireflection layer 3.3 has a first layer of silicon nitride (Si3N4) and a second layer of silicon dioxide (SiO2), the first layer having a layer thickness of 20 nm (nanometers) and the second layer having a layer thickness of 135 nm.
  • the carrier foil 3.1 has a thickness of 0.1 mm (millimeters). It can be clearly seen that in FIG. 6D the transmission is hardly reduced, particularly in the spectral range from 420 nm to 780 nm.
  • FIG. 7 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a first pane 1 with a heatable sensor field 2. The method comprises the following steps: the adhesive layer is applied to the sensor field of the pane (101),
  • the heatable film is provided with electrical contacts that are intended for connection to a voltage source (102),
  • an encapsulation device with a sensor in particular an optical sensor, is attached to the pane (104).

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld (2) mindestens umfassend: - eine Scheibe (1), - ein Sensorfeld (2) auf einer Oberfläche der Scheibe (1), - mindestens eine auf dem Sensorfeld (2) angebrachte beheizbare Folie (3), wobei die beheizbare Folie (3) eine Trägerfolie (3.1) und eine Beschichtung (3.2) umfasst, die elektrisch leitfähig ist und mindestens zwei Sammelleiter (4) zur elektrischen Kontaktierung aufweist,wobei die beheizbare Folie (3) mittels einer Haftschicht (5) haftfest mit der Scheibe (1) verbunden ist und eine Entspiegelungsschicht (3.3) aufweist,wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) an einer ersten Oberfläche der Trägerfolie (3.1) und die Entspiegelungsschicht (3.3) an einer zweiten Oberfläche der Trägerfolie angeordnet sind, undwobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindestens eine Abfolge einer ersten Schicht eines hochbrechenden Material mit einem Brechungsindex größer als 1.9 und einer zweiten Schicht eines niedrigbrechenden Materials mit einem Brechungsindex kleiner als 1.6 umfasst.

Description

Scheibe mit beheizbaren Sensorfeld
Die Erfindung betrifft eine Scheibe mit beheizbaren Sensorfeld und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Moderne Fahrzeuge werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, insbesondere mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen mit optischen Sensoren. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, aber auch Radarsysteme, Ultraschallsensoren sowie Light Detection and Ranging (LiDaR). Sensorbasierte optische Fahrerassistenzsysteme (ADAS) basieren in der Regel auf optischen oder elektromagnetischen Sensoren, die die Fahrzeugumgebung durch Aussenden und/oder Empfangen von Photonen oder elektromagnetischer Wellen abtasten und so entsprechende Informationen an die Fahrzeugelektronik bereitstellen. Die Sensoren können in Fahrzeugen an und/oder in der Windschutzscheibe platziert werden. Damit bieten sie im Straßenverkehr die Möglichkeit, Gefahren und Hindernisse rechtzeitig zu erkennen.
Üblicherweise werden die Sensoren durch entsprechende Scheiben vor Witterungseinflüssen geschützt, dabei sollten die Scheiben möglichst sauber und beschlagsfrei sein und damit Funktionalität der Sensoren gewährleisten. Da Beschlag und Vereisungen die Transmission von elektromagnetischen Wellen deutlich beeinflussen, sollte die Scheibe möglichst schnell davon befreit werden. Wischsysteme gewährleisten, dass die Scheibe von Wassertropfen und Schutzpartikeln befreit werden. Bei Vereisungen sind sie allerding unbrauchbar, deshalb ist bei Bedarf eine kurzfristige Aufheizung des betroffenen Scheibensegments, das für den Sensor als Sichtfeld dient, notwendig. Ein Sensorfeld ist derjenige Bereich der Scheibe, durch den verlaufende Strahlung durch den Sensor detektiert werden kann, d.h. das Sensorfeld der Scheibe ist also der Bereich, der im Detektionsstrahlengang des Sensors liegt.
EP 1 605 729 A2 offenbart eine elektrisch beheizbare Scheibe mit einem Kamerafenster. Das Kamerafenster wird über eine Heizvorrichtung beschlags- und eisfrei gehalten. Das Heizelement wird an der Position des Kamerafensters in die Scheibe einlaminiert.
Die DE 10 2009 026021 A1 offenbart eine Anordnung aus Sensor und Scheibe mit beheizbarem, optisch transparenten Sensorfeld. Eine auf dem Sensorfeld angeordnete beheizbare Folie umfasst eine Trägerfolie, eine beheizbare Beschichtung und/oder Heizdrähte sowie eine elektrische Kontaktierung der Beschichtung bzw. der Heizdrähte. An dem Sensorfeld und der beheizbaren Folie ist eine Einkapselung und ein in der Einkapselung angebrachter Sensor befestigt. Die Einkapselung schützt den Sensor vor Schutz- und Staubpartikeln sowie unerwünschtem Lichteinfall.
US 2021/084720 A1 offenbart eine Glasscheibe für Fahrzeuge, die einen Sende- und Empfangsbereich für Informationen aufweist. Über den Bereich kann eine im Fahrzeug montierte Vorrichtung Informationen senden und empfangen. Eine Schicht ist auf der Innenseite der Glasscheibe angeordnet, die an einen Bereich angebracht ist der den Sende- und Informationsbereich in Draufsicht überlappt. Diese Schicht umfasst ein Substrat, ein Heizelement und einen Sammelleiter.
US2019/031116 A1 offenbart eine Scheibenheizung für eine Fahrzeugkamera. Die Scheibenheizung weist ein erstes Heizelement auf, welches das Sichtfeld der Kamera umgibt und ein zweites Heizelement, das sich das Sichtfeld der Kamera durchzieht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld bereitzustellen, die gute optische Eigenschaften im sichtbaren Spektralbereich aufweist und eine optische Verzerrung oder Beugung der optischen Strahlen reduziert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld umfasst mindestens eine Scheibe, ein Sensorfeld auf einer Oberfläche der Scheibe und mindestens eine auf dem Sensorfeld angebrachte beheizbare Folie. Die beheizbare Folie umfasst eine Trägerfolie und eine Beschichtung, die elektrisch leitfähig ist und mindestens zwei Sammelleiter zur elektrischen Kontaktierung aufweist. Die beheizbare Folie ist mittels einer Haftschicht haftfest mit der Scheibe verbunden, wobei die beheizbare Folie eine Entspiegelungsschicht aufweist.
Die erfindungsgemäße Scheibe weist eine signifikante Verbesserung in Form einer reduzierten optischen Verzerrung bei Durchblick durch das Sensorfeld. Durch die zwischen Trägerfolie und Scheibe angeordnete Haftschicht und die Entspiegelungsschicht wird die optische Beugung und Verzerrung reduziert. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beheizbare Folie über eine Haftschicht mit der Scheibe verbunden ist, wobei die beheizbare Folie zusätzlich eine Entspiegelungsschicht aufweist. Überraschend hat sich gezeigt, dass eine solche erfindungsgemäße Scheibe gegenüber den bisher bekannten Windschutzscheiben deutlich bessere optische Eigenschaften aufweist. Das Sensorfeld kann ein lokaler Bereich sein, der als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe gewährleisten soll. Das Sensorfeld kann insbesondere solche Sensoren, die in einem Fahrzeug als ADAS (Advanced Driver Assist Systems) eingesetzt werden, umfassen. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, aber auch Radarsysteme und Ultraschallsensoren. Das Sensorfeld weist eine optische Transparenz auf, d.h. die Transmission beträgt im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1300 nm, bevorzugt mehr als 70 %. Das Sensorfeld nimmt bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% der Scheibenoberfläche ein. Vorzugsweise weist das Sensorfeld die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, einer Raute, eines Trapezes, eines Hexagons, eines Oktagons, eines Kreuzes, eines Ovals oder eines Kreises auf.
Die auf dem Sensorfeld angeordnete beheizbare Folie umfasst die Trägerfolie und die elektrische leitfähige, insbesondere beheizbare, Beschichtung. Das Sensorfeld kann im Wesentlichen vollflächig mit der beheizbaren Folie versehen sein, was herstellungsbedingt bevorzugt sein kann. Die beheizbare Folie kann im Wesentlichen eine konstante Dicke aufweisen. Vorzugsweise weist die beheizbare Folie die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, einer Raute, eines Trapezes, eines Hexagons, eines Oktagons, eines Kreuzes, eines Ovals oder eines Kreises auf. Bevorzugt entspricht die beheizbare Folie flächenmäßig dem Sensorfeld.
Die Trägerfolie enthält bevorzugt Polybutylenterephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylbutyral (PVB) und/oder Poly-Ethylvinylacetat (EVA) und/oder Gemische und/oder Copolymere davon. Sie kann eine Foliendicke von 0.050 mm bis 5 mm aufweisen. Die Trägerfolie ist bevorzugt transparent.
Die beheizbare, elektrisch leitfähige Beschichtung enthält bevorzugt ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (transparent conductive oxide, TCO) und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges organisches Polymer. Bevorzugt enthält die leitfähige Beschichtung Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO). Die leitfähige Schicht kann alternativ aber auch beispielsweise auf Basis von Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Gallium-dotiertes Zinnoxid (GZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, SnO2:F), Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, SnO2:Sb) oder Niob-dotiertes Titanoxid (TiÜ2:Nb) ausgebildet sein. Die beheizbare, elektrisch leitfähige Beschichtung ist bevorzugt transparent. Im einfachsten Fall umfasst die elektrisch leitfähige Beschichtung nur eine Schicht, die aus dem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid besteht.
Eine Beschichtung gilt im Sinne der Erfindung als transparent, wenn sie eine mittlere Transmission bei senkrechter Einstrahlung im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 75 % aufweist und dadurch die Durchsicht durch die Verglasung nicht wesentlich einschränkt. Sie weist bevorzugt eine Schichtdicke im Nanometerbereich von 30 nm bis 120 nm auf, bevorzugt von 35 nm bis 100 nm und besonders bevorzugt von 40 nm bis 75 nm auf.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung weist zwei Sammelleiter zur elektrischen Kontaktierung auf. Über die Sammelleiter erfolgt der elektrische Kontakt der elektrisch leitfähigen Beschichtung zur elektrischen Stromversorgung. Die Sammelleiter können streifenförmig an zwei gegenüberliegenden Seiten der beheizbaren, elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet sein. Sie sind mit einem maximalen Abstand von 40 cm zueinander beabstandet.
Die Entspiegelungsschicht enthält mindestens eine Abfolge einer ersten Schicht eines hochbrechenden Material mit einem Brechungsindex größer als 1.9 und einer zweiten Schicht eines niedrigbrechenden Materials mit einem Brechungsindex kleiner als 1.6. Besonders bevorzugt umfasst die Entspiegelungsschicht eine Abfolge aufweisend zwei erste Schichten und zwei zweite Schichten, die jeweils alternierend angeordnet sind. Damit werden gute Ergebnisse erzielt.
In einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibe umfasst die Entspiegelungsschicht mindestens eine Schicht Aluminium-dotiertes Siliziumnitrid (Si3N4), die im Wesentlichen eine geometrische Dicke von 10 nm bis 50 nm aufweist. Die Entspiegelungsschicht ist bevorzugt transparent. Die Entspiegelungsschicht kann weiterhin mindesten eine Schicht Aluminium-dotiertes Siliziumdioxid (SiO2) umfassen, die im Wesentlichen eine Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweist. Im Wesentlich bedeutet im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung, dass die Werte um bis zu 10% abweichen können. Diese Materialien und ihre Dicken sind besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine erhöhte Transmission der optischen Strahlung.
Die beheizbare, elektrische leitfähige Beschichtung ist an einer ersten Oberfläche der Trägerfolie und die Entspiegelungsschicht an einer zweiten Oberfläche der Trägerfolie angeordnet. Dabei kann die Entspiegelungsschicht auf einer dem Sensorfeld abgewandten Seite der Trägerfolie angeordnet sein. Die beheizbare Beschichtung kann auf einer dem Sensorfeld hingewandten Seite der Trägerfolie angeordnet sein.
Bevorzugt enthält die Haftschicht einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyvinylbutyral (PVB). Die Haftschicht ist bevorzugt transparent. Die Dicke der Haftschicht beträgt beispielsweise von 0,03 mm bis 0,9 mm, bevorzugt 0,76 mm. Zwischen den zwei Sammelleiter weist die Haftschicht eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke auf.
Vorteilhafterweise ist die Haftschicht zur Einkapselung der beheizbaren Beschichtung vorgesehen, wenn die beheizbare Beschichtung auf einer dem Sensorfeld hingewandten Seite der Trägerfolie angeordnet ist. Damit wird die beheizbare Beschichtung vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen geschützt. Die Haftschicht kann dabei eine Höhendifferenz zwischen der beheizbaren Beschichtung und den mindestens zwei Sammelleitern vorteilhaft ausgleichen. Dabei wird die Höhendifferenz von der der Scheibe zugewandten Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung zu einer der Scheibe zugewandten Oberfläche eines Sammelleiters gemessen. Mit anderen Worten die Haftschicht füllt einen Raum aus, der von der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung und den zwei Sammelleiter begrenzt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit einer Reflexionsbeschichtung versehen. Insbesondere ist die Reflexionsbeschichtung vollflächig auf die Scheibenoberfläche aufgebracht mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und des Sensorfeldes. Das Sensorfeld kann ein lokaler Bereich sein, der als Kommunikations-, Sensoroder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe gewährleisten soll und daher zumindest teilweise nicht mit der Reflexionsbeschichtung versehen ist. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf.
Die Scheibe ist bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Scheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 6 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm. Die Scheibe ist bevorzugt eine Fensterscheibe eines Fahrzeugs, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist.
In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Verbundscheibe, insbesondere Windschutzscheibe, die eine wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen als erfindungsgemäß beschriebene erste Scheibe aufweist, wobei eine zweite Scheibe über mindestens eine Zwischenschicht mit der erfindungsgemäßen Scheibe flächig verbunden ist.
Die zweite Scheibe ist bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die zweite Scheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der zweiten Scheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 6 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm.
Die Scheiben und die thermoplastische Zwischenschicht können transparent, klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Im Sinne vorliegender Erfindung bedeutet "transparent", dass die Gesamttransmission der Verglasung den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben und vordere Seitenscheiben entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 70% und insbesondere von mehr als 75% aufweist. Für hintere Seitenscheiben, Dachscheiben und Heckscheiben kann "transparent" auch 10% bis 70% Lichttransmission bedeuten. Entsprechend bedeutet "opak" eine Lichttransmission von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere 0%.
Die Gesamttransmission durch die Windschutzscheibe (samt Reflexionsbeschichtung) beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Die Scheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm.
Die Verbundscheibe, insbesondere Windschutzscheibe, kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die erste Scheibe, insbesondere eine Innenscheibe, und die zweite Scheibe, insbesondere eine Außenscheibe, werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch 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.
Mit Innenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt zu sein. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt zu sein.
In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Scheibenanordnung mindestens umfassend:
• wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen als erfindungsgemäß beschriebene eine Scheibe oder eine wie vorstehend beschriebene Verbundscheibe und
• eine an dem Sensorfeld angeordnete Vorrichtung zur Einkapselung mit mindestens einem Sensor, insbesondere optischen Sensor, wobei das Sensorfeld dazu vorgesehen ist einen optischen Durchgang für einen Sichtbereich des Sensors bereitzustellen.
Das Sensorfeld weist bevorzugt eine Geometrie auf, welche wenigstens näherungsweise der Projektion eines Sichtbereichs des Sensors auf der Scheibe oder Verbundscheibe entspricht. Unter einem Sichtbereich des Sensors ist der Raumwinkel zu verstehen, der vom Sensor, insbesondere optisch, erfasst wird. Mit anderen Worten unter dem Sensorfeld ist ein Teilbereich der Scheibe oder Verbundscheibe zu verstehen, welcher bevorzugt wenigstens die Projektion des Sichtbereichs eines Sensors auf einer Scheibe oder Verbundscheibe umfasst. In einer Ausführungsform kann das Sensorfeld mit der Projektion des Sichtbereichs zumindest im Wesentlichen identisch sein.
In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Scheibe mit beheizbaren Sensorfeld, wobei • die Haftschicht auf dem Sensorfeld der Scheibe aufgebracht wird,
• die beheizbare Folie mit elektrischen Kontakten versehen wird, die zur Verbindung mit einer Spannungsquelle vorgesehen sind,
• die beheizbare Folie auf dem Sensorfeld aufgebracht wird, • eine Vorrichtung zur Einkapselung mit einem Sensor, insbesondere optischen
Sensor, an der Scheibe angebracht wird.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld in Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen und Hubschraubern, bevorzugt als Windschutzscheibe und/oder Heckscheibe.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können alle Ausführungsformen, die für einzelne Merkmale genannt sind, auch frei miteinander kombiniert werden, sofern diese nicht widersprüchlich sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe,
Figur 2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung,
Figur 3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibe mit einer beheizbaren Folie,
Figuren 4A-D Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit/ohne eine(r) Trägerfolie bei unterschiedlichen Winkeln,
Figuren 5A-D Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit/ohne eine(r) Trägerfolie und eine(r) beheizbare(n), elektrisch leitfähige(n) Beschichtung bei unterschiedlichen Winkeln,
Figuren 6A-D Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit/ohne eine(r) beheizbare(n) Folie bei unterschiedlichen Winkeln, und
Figur ? ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfinderischen Verbundscheibe 10 mit einem beheizbarem Sensorfeld 2 (Figur 2). Die Verbundscheibe 10 kann als eine Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens dienen. Die Verbundscheibe 10 umfasst eine Scheibe, insbesondere eine erste Scheibe 1 , die über eine Zwischenschicht 8 mit einer zweiten Scheibe 7 verbunden ist. Die Zwischenschicht 8 kann eine Folie aus thermoplastischen Polymer, bevorzugt EVA, PU, PVB oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, aufweisen. Die Zwischenschicht 8 weist eine in Wesentlichen konstante Dicke von 0,76 mm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenschicht 8 zwei Folien aus thermoplastischen Polymer, bevorzugt EVA, PU oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, aufweisen. In einem eingebauten Zustand ist die erste Scheibe 1 eine Innenscheibe, die einem Innenraum z.B. eines Fahrzeugs zugewandt ist. Die erste Scheibe 1 und die zweite Scheibe 7 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die zweite Scheibe 7 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die erste Scheibe 2 eine Dicke von 1 , 6 mm oder 2,1 mm.
An der ersten Scheibe 1 ist eine beheizbare Folie 3 angeordnet. Die beheizbare Folie 3 ist über zwei Sammelleiter 4 elektrisch kontaktierbar. Sie ist ebenfalls in einem eingebauten Zustand dem Innenraum zugewandt. Die beheizbare Folie 3 umfasst eine Trägerfolie 3.1 , eine elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 und eine Entspiegelungsschicht 3.3. Die beheizbare Folie 3 weist eine Kantenlänge von ca. 40 cm auf.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 ist der ersten Scheibe 1 zugewandt. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 kann mit den gängigen Techniken wie CVD (chemical vapor deposition) oder physical vapor deposition (PVD), wie Kathodenzerstäubung (Sputtern), aufgebracht werden. Die elektrisch leitfähig Beschichtung 3.2 ist auf einer dem Sensorfeld 2 hingewandten Seite der Trägerfolie 3.1 angeordnet. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 weist einen elektrischen Flächenwiderstand von ca. 20 Ohm/sq bis 50 Ohm/sq (Ohm pro Quadrat) bei einer Spannung von 50 V auf. Die Entspiegelungsschicht 3.3 ist auf einer dem Sensorfeld 2 abgewandten Seite der Trägerfolie 3.1 angeordnet. Die Dicke der Trägerfolie 3.1 beträgt 100 pm (Mikrometer).
Zur elektrischen Kontaktierung weist die elektrische leitfähige, transparente Beschichtung 3.2 zwei Sammelleiter 4 auf. Die Sammelleiter 4 weisen einen Abstand zueinander auf, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Sammelleiter 4 ein Heizstrom durch die Beschichtung 3.2 fließt. Die Sammelleiter 4 sind streifenmäßig ausgebildet. Sie erstrecken sich an zwei gegenüberliegen Kanten der elektrisch leitfähigen Beschichtung 3.2.
Zwischen der Folie 3 und der ersten Scheibe 1 ist eine transparente Haftschicht 5 vorgesehen. Die Haftschicht 5 verbindet haftfest die Folie 3 mit einer Oberfläche der ersten Scheibe 1 . Die Haftschicht 3 ist beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, z.B. einer PVB-Folie ausgebildet, mit einer Dicke von 0,76 mm.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung 100. Im Unterschied zu Figur 1 weist die erfindungsgemäße Scheibenanordnung 100 die Verbundscheibe 10 mit einer Vorrichtung 9 zur Einkapselung auf. Die Vorrichtung 9 weist zumindest einen optischen Sensor 9.1 auf. Der optische Sensor 9.1 ist als eine Kamera ausgebildet. Auf einer Oberfläche der ersten Scheibe 1 ist die beheizbare Folie 3 im Bereich des Sensorfelds 2 angeordnet, wobei das Sensorfeld 2 dazu vorgesehen ist einen optischen Durchgang für den Sichtbereich des Sensors 9.1 bereitzustellen. Das Sensorfeld 2 ist, insbesondere optisch, transparent ausgebildet. Es ist ein lokaler Bereich der Verbundscheibe 10, der als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe 1 bzw. Verbundscheibe 10 gewährleisten soll und daher nicht mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist. Ansonsten kann die außenseitige Oberfläche der ersten Scheibe 1 mit der Reflexionsbeschichtung versehen sein. Die Reflexionsbeschichtung kann ein Stapel von Dünnschichten sein, der eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten auf Basis von Silber umfasst.
Das Sensorfeld 2 kann ein beliebiger Bereich der Verbundscheibe 10 oder auch der ersten Scheibe 1 sein, der für die entsprechenden optischen und elektromagnetischen Signale eine, insbesondere hohe, Transmission aufweist. In Figur 2 ist die Unterkante der Verbundscheibe 10 nach unten in Einbaulage in Richtung des Motors eines Personenkraftwagens angeordnet, ihre gegenüber der Unterkante liegende Oberkante ist nach oben in Richtung des Dachs gerichtet. Das Sensorfeld ist etwa mittig in der Nähe der Oberkante angeordnet.
Die erste Scheibe 1 und/oder die zweite Scheibe 7 weisen einen Abdeckdruck 11 auf. Abdeckdrucke sind für Fahrzeugscheiben außerhalb des zentralen Sichtbereichs üblich, um Anbauteile zu verdecken oder den Kunststoff, mit dem die Fahrzeugscheibe mit der Karosserie verbunden ist, vor UV-Strahlung zu schützen. Der Abdeckdruck 11 besteht typischerweise aus einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten und eingebrannten opaken, schwarzen oder dunklen Emaille. Der Abdeckdruck 11 umrahmt das Sensorfeld 2 der Verbundscheibe 10.
Der auf das Sensorfeld 2 ausgerichtete Sensor 9.1 befindet sich in einer am Sensorfeld 2 befestigten Einkapselung. Damit wird nicht nur der Sensor 9.1 , sondern auch die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen geschützt.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibe 1 mit einer beheizbaren Folie 3. Die beheizbare Folie 3 ist über die Haftschicht 5 an einer Oberfläche der ersten Scheibe 1 befestigt. Dabei füllt die Haftschicht 5 einen Raum aus, der von der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung 3.2 und den zwei Sammelleitern 4 begrenzt wird. Die Haftschicht 5 kann dabei eine Höhendifferenz zwischen der Beschichtung 3.2 und den zwei Sammelleitern 4 vorteilhaft ausgleichen. Es wurden Simulationen durchgeführt, um den technischen Effekt der Erfindung zu untersuchen und demonstrieren. Bei den Simulationen wurde ein Einbauwinkel a (Figur 2) der Verbundscheibe 10 zugrunde gelegt. Die genannten Winkel verstehen sich als Winkel zwischen der Oberflächennormalen der Verbundscheibe und der Mitte des Strahlengangs des Sensors 9.1. Ist die Mitte des Strahlengangs horizontal verlaufend, entsprechen die Winkel a der Neigung der Verbundscheibe in Einbaulauge gegenüber der Vertikalen. Figur 4A bis Figur 6D zeigen jeweils ein Diagramm einer Simulation der Transmission in Abhängigkeit der Wellenlänge der optischen (400 nm bis 780 nm) und nicht optischen Strahlung.
Figur 4A zeigt die Simulation der Transmissionskurve einer Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel a von 0°. Die Verbundscheibe 10 weist die zweite Scheibe 7 mit eine Dicke von 2,1 mm auf, die erste Scheibe 2 mit einer Dicke von 1 , 6 mm. Die Haftschicht 5 enthält einem thermoplastischen Kunststoff (PVB) mit einer Dicke von 0,76 mm.
In Vergleich zu Figur 4A (Vergleichsbeispiel) zeigt Figur 4B die Simulation der Transmissionskurve einer Verbundscheibe 10 mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel a von 0°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aber keine Entspiegelungsschicht aufweist. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung 3.2 beträgt 70 nm. Es ist deutlich zu erkenne, dass in Figur 4B die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm, insbesondere zwischen 420 bis 780 nm reduziert wird.
Figur 4C zeigt die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel a von 73.5°. In Vergleich zu Figur 4C zeigt Figur 4D die Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel a von 73.5°, wobei die Trägerfolie die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aufweist und die Schichtdicke 70 nm beträgt. Es ist auch hier deutlich zu erkenne, dass in Figur 4D die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm reduziert wird.
Figur 5A zeigt die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel a von 0°. In Vergleich zu Figur 5A zeigt Figur 5B die Simulation der T ransmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer T rägerfolie 3.1 bei einem Winkel a von 0°, wobei die Trägerfolie die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aufweist mit einer Schichtdicke von 70 nm. Die Dicke der Trägerfolie 3.1 beträgt 0.1 mm. Es ist deutlich zu erkenne, dass in Figur 5B die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm reduziert wird. Figur 5C zeigt die Simulation der Transmissionskurve einer Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel a von 73.5°. In Vergleich zu Figur 5C zeigt Figur 5D die Simulation der T ransmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer T rägerfolie 3.1 bei einem Winkel a von 73.5°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aufweist. Es ist deutlich zu erkenne, dass in Figur 5D die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm reduziert wird.
Figur 6A zeigt die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie bei einem Winkel a von 0°. In Vergleich zu Figur 6A zeigt Figur 6B die Simulation der T ransmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer T rägerfolie 3.1 bei einem Winkel a von 0°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 und die Entspiegelungsschicht 3.3. aufweist. Die Entspiegelungsschicht 3.3 weist eine erste Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) und eine zweite Schicht Siliziumdioxid (SiO2) auf, wobei die erste Schicht eine Schichtdicke von 20 nm (Nanometer) und die zweite Schicht eine Schichtdicke von 135 nm aufweisen. Die Trägerfolie 3.1 weist eine Dicke von 0.1 mm (Millimeter) auf. Es ist deutlich zu erkenne, dass in Figur 6B die Transmission insbesondere im Spektral be re ich von 420 nm bis 780 nm kaum reduziert wird.
Figur 6C zeigt die Simulation der Transmissionskurve die Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie bei einem Winkel a von 73.5°. In Vergleich zu Figur 6C zeigt Figur 6D die Simulation der T ransmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer T rägerfolie 3.1 bei einem Winkel a von 73.5°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 und die Entspiegelungsschicht 3.3. aufweist. Die Entspiegelungsschicht 3.3 weist eine erste Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) und eine zweite Schicht Siliziumdioxid (SiO2), wobei die erste Schicht eine Schichtdicke von 20 nm (Nanometer) und die zweite Schicht eine Schichtdicke von 135 nm aufweisen. Die Trägerfolie 3.1 weist eine Dicke von 0.1 mm (Millimeter) auf. Es ist deutlich zu erkenne, dass in Figur 6D die Transmission insbesondere im Spektralbereich von 420 nm bis 780 nm kaum reduziert wird.
Figuren 6A-D:
Die Simulation führt zu dem Ergebnis, dass die Entspiegelungsschicht dazu ausgelegt ist, bei 73,5° eine möglichst hohe Transmission zu erreichen, um mit dem Sichtwinkel der einer Kamera kompatibel zu sein. In diesem Fall muss lediglich ein Verlust von ca. 1 ,2% der Transmission im Vergleich zu ca. 2,5% ohne Entspiegelungsschicht hingenommen werden. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Scheibe 7 getönt oder gefärbt sein. Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer ersten Scheibe 1 mit beheizbarem Sensorfeld 2. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: • die Haftschicht wird auf dem Sensorfeld der Scheibe aufgebracht (101),
• die beheizbare Folie wird mit elektrischen Kontakten versehen, die zur Verbindung mit einer Spannungsquelle vorgesehen sind (102),
• die beheizbare Folie wird auf dem Sensorfeld aufgebracht (103),
• eine Vorrichtung zur Einkapselung mit einem Sensor, insbesondere optischem Sensor, wird an der Scheibe angebracht (104).
Bezugszeichenliste:
1 erste Scheibe
2 Sensorfeld
3 beheizbare Folie
3.1 Trägerfolie
3.2 elektrisch leitfähige Beschichtung
3.3 Entspiegelungsschicht
4 Sammelleiter
5 Haftschicht
7 zweite Scheibe
8 Zwischenschicht
9 Vorrichtung zur Einkapselung
9.1 Sensor
10 Verbundscheibe
11 Abdeckdruck
100 Scheibenanordnung

Claims

Patentansprüche
1. Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld (2) mindestens umfassend:
• eine Scheibe (1),
• ein Sensorfeld (2) auf einer Oberfläche der Scheibe (1),
• mindestens eine auf dem Sensorfeld (2) angebrachte beheizbare Folie (3), wobei die beheizbare Folie (3) eine Trägerfolie (3.1) und eine Beschichtung (3.2) umfasst, die elektrisch leitfähig ist und mindestens zwei Sammelleiter (4) zur elektrischen Kontaktierung aufweist, wobei die beheizbare Folie (3) mittels einer Haftschicht (5) haftfest mit der Scheibe (1) verbunden ist und eine Entspiegelungsschicht (3.3) aufweist, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) an einer ersten Oberfläche der Trägerfolie (3.1) und die Entspiegelungsschicht (3.3) an einer zweiten Oberfläche der Trägerfolie angeordnet sind, und wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindestens eine Abfolge einer ersten Schicht eines hochbrechenden Material mit einem Brechungsindex größer als 1.9 und einer zweiten Schicht eines niedrigbrechenden Materials mit einem Brechungsindex kleiner als 1.6 umfasst.
2. Scheibe nach Anspruch 1 , wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) eine Abfolge aufweisend zwei erste Schichten und zwei zweite Schichten, die jeweils alternierend angeordnet sind, umfasst.
3. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindestens eine Schicht Siliziumnitrid, insbesondere Aluminium-dotiertes Siliziumnitrid umfasst, die im Wesentlichen eine Dicke von 10 nm bis 50 nm aufweist.
4. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindesten eine Schicht Siliziumdioxid, insbesondere Aluminium-dotiertes Siliziumdioxid umfasst, die im Wesentlichen eine Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweist.
5. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) eine Schichtdicke von 70 nm aufweist.
6. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) auf einer dem Sensorfeld (2) abgewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist und/oder die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) auf einer dem Sensorfeld (2) zugewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist.
7. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) mindestens ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid umfasst.
8. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Haftschicht (5) einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyvinylbutyral (PVB), enthält.
9. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Haftschicht (5) eine Dicke von 0,3 mm bis 0,9 mm, bevorzugt 0,76 mm, aufweist, die im Wesentlichen zwischen den zwei Sammelleitern (4) konstant ist.
10. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Haftschicht (5) zur Einkapselung der elektrisch leitfähigen Beschichtung (3.2) vorgesehen ist, wenn die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) auf einer dem Sensorfeld (2) zugewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist.
11 . Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Haftschicht (5) zum Ausgleich einer Höhendifferenz zwischen der elektrisch leitfähigen Beschichtung (3.2) und den mindestens zwei Sammelleitern (4) vorgesehen ist.
12. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Haftschicht (5) zur Einkapselung der beheizbaren Beschichtung (3.2) vorgesehen ist, wenn die beheizbare Beschichtung auf einer dem Sensorfeld hingewandten Seite der T rägerfolie angeordnet ist.
13. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die zwei Sammelleiter (4) einen maximalen Abstand von ca. 40 cm zueinander aufweisen.
14. Verbundscheibe (10), insbesondere Windschutzscheibe, mindestens umfassend:
• eine erste Scheibe (1) nach einem der Ansprüchen 1 bis 13 und
• eine zweite Scheibe (7), die über mindestens eine Zwischenschicht (8) mit der ersten Scheibe (1) flächig verbunden ist. 18 eibenanordnung (100) mindestens umfassend:
• eine Scheibe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder eine Verbundscheibe (10) nach Anspruch 14 und
• eine an dem Sensorfeld (2) angeordnete Vorrichtung (9) zur Einkapselung mit mindestens einem Sensor (9.1), insbesondere optischem Sensor, wobei das
Sensorfeld (2) dazu vorgesehen ist einen optischen Durchgang für den Sichtbereich des Sensors (9.1) bereitzustellen.
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