WO2023046477A1 - Verglasung mit segmentiertem pdlc-funktionselement und elektrisch steuerbaren optischen eigenschaften - Google Patents

Verglasung mit segmentiertem pdlc-funktionselement und elektrisch steuerbaren optischen eigenschaften Download PDF

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WO2023046477A1
WO2023046477A1 PCT/EP2022/074837 EP2022074837W WO2023046477A1 WO 2023046477 A1 WO2023046477 A1 WO 2023046477A1 EP 2022074837 W EP2022074837 W EP 2022074837W WO 2023046477 A1 WO2023046477 A1 WO 2023046477A1
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pane
pdlc
glazing unit
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PCT/EP2022/074837
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Achim ZEICHNER
Richard STELZER
Jefferson DO ROSARIO
Alexandre FESSEMAZ
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Saint-Gobain Glass France
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1334—Constructional arrangements; Manufacturing methods based on polymer dispersed liquid crystals, e.g. microencapsulated liquid crystals

Definitions

  • the invention relates to glazing with electrically controllable optical properties, a method for its production and the use of the glazing unit.
  • Glazing units with electrically controllable optical properties are known as such. They include composite panes equipped with functional elements whose optical properties can be changed by applying an electrical voltage. The electrical voltage is applied via a control unit, which is connected to two surface electrodes of the functional element, between which the active layer of the functional element is located.
  • An example of such functional elements are SPD (suspended particle device) functional elements, which are known, for example, from EP 0876608 B1 and WO 2011033313 A1.
  • the applied voltage can be used to control the transmission of visible light through SPD functional elements.
  • a further example are PDLC functional elements (polymer dispersed liquid crystal), which are known, for example, from DE 102008026339 A1.
  • the active layer contains liquid crystals embedded in a polymer matrix.
  • WO2014072137A1 discloses a glazing unit which comprises a functional element segmented by laser beams.
  • electrochromic functional elements are known, for example from US 20120026573 A1, WO 2010147494 A1, EP 1862849 A1 and WO 2012007334 A1, in which a change in transmission occurs as a result of electrochemical processes, which is induced by the electrical voltage applied.
  • Electrically controllable functional elements are often provided as multilayer films.
  • the actual functional element is arranged between two polymer carrier foils.
  • Such multi-layer films enable simplified production of electrically controllable glazing.
  • the multilayer film is laminated between two panes of glass using conventional methods, producing a composite pane with electrically controllable optical properties.
  • they can Multi-layer films can be purchased commercially, so that the manufacturer of the glazing does not have to produce the controllable functional element itself.
  • the surface electrodes of a functional element with controllable optical properties it is often desirable for the surface electrodes of a functional element with controllable optical properties to have a structure.
  • Such structuring is, in particular, at least one interruption of the first surface electrode by a linear, electrically non-conductive area.
  • functional elements can be implemented with sub-areas that can be controlled independently of one another.
  • locally limited sub-areas of the functional element can be realized that are transparent to electromagnetic radiation (so-called communication windows).
  • the structures are typically introduced into the first surface electrode by laser processing.
  • the surface electrodes cannot be selected with regard to optimum electrical conductivity, since they have to be transparent in order to ensure that they can be seen through the laminated pane.
  • electrically conductive oxides for example tin indium oxide layers (ITO layers) are used as surface electrodes, which have a comparatively low conductivity or a comparatively high electrical resistance. This results in a problem which can occur at elevated temperatures of around 50° C. and higher.
  • the electrical conductivity of the electrically conductive oxides increases with higher temperatures, which means that a lower electrical voltage is required to change from an opaque state to a transparent state. As a result, a "parasitic effect" occurs.
  • the glazing unit according to the invention with electrically controllable optical properties and several independent switching areas comprises a laminated pane and a control unit.
  • the laminated pane in turn comprises an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer, and a PDLC functional element with electrically controllable optical properties arranged between the outer pane and the inner pane.
  • the control unit is suitable for controlling the optical properties of the PDLC functional element.
  • the PDLC device is divided into at least two separate ones, with each PDLC device segment being electrically connected to the control unit so that an electrical voltage can be applied independently to each device segment in order to control the optical properties of the individual device segments.
  • a surface electrode of the PDLC functional element.
  • a surface electrode connected to the control unit often leads to the problem of the "parasitic effect".
  • the PDLC functional element is divided into different segments, which can be electrically controlled independently of one another, at temperatures above 50 °C an electric field is formed, starting from PDLC functional element segments that are segmented in certain areas and to which an electrical voltage is applied , and across to stress-free PDLC functional element segments.
  • the optical properties of the PDLC functional element segment that is actually switched free of voltage also change.
  • a “parasitic effect” can be counteracted and reduced to completely prevented.
  • This complete segmentation, i.e. separation, of the PDLC functional element into at least two functional element segments represents an improvement over the generic glazing unit.
  • each of the at least two PDLC functional element segments of the glazing unit according to the invention comprises a first surface electrode, an active layer and a second surface electrode arranged in the specified order one above the other.
  • the first surface electrode, the second surface electrode and the active layer can be divided into at least two PDLC functional element segments, for example by means of laser beams.
  • a further major advantage of the invention can be achieved by segmenting not only the first surface electrode and the second surface electrode, but also the active layer of the PDLC functional element.
  • Generic PDLC functional elements which are divided into several functional element segments by the segmentation of the first surface electrode and the congruent segmentation of the second surface electrode, often have the problem of the so-called "line broadening effect".
  • the normally invisible segmentation lines become clearly visible and show a whitish border. So it comes in the field of segmentation of the first flat electrode and the second Surface electrode to a change in optical properties compared to the optical properties of the multiple PDLC functional element segments. This effect also occurs primarily at higher temperatures from 50° C.
  • the active layer contains liquid crystals embedded in a polymer matrix. These liquid crystals change their alignment depending on the electrical voltage applied to the active layer. If no voltage is applied to the surface electrodes, the liquid crystals are aligned in a disorderly manner, which leads to strong scattering of the light passing through the active layer. If a voltage is applied to the surface electrodes, the liquid crystals align in a common direction and the transmission of light through the active layer is increased.
  • the surface electrodes are preferably transparent, which means in the context of the invention that they have a light transmission in the visible spectral range of at least 50%, preferably at least 70%, particularly preferably at least 80%.
  • the surface electrodes preferably contain at least one metal, a metal alloy or a transparent conducting oxide (TCO).
  • TCO transparent conducting oxide
  • the surface electrodes can be formed, for example, based on silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, indium tin oxide (ITO), gallium-doped or aluminum-doped zinc oxide and/or fluorine-doped or antimony-doped tin oxide, preferably based on Silver or ITO.
  • the surface electrodes preferably have a thickness of 10 nm to 2 ⁇ m, particularly preferably from 20 nm to 1 ⁇ m, very particularly preferably from 30 nm to 500 nm.
  • the functional element comprises, in addition to the active layer and the surface electrodes, a first and a second carrier film, with the PDLC functional element preferably being arranged between the first carrier film and the second carrier film.
  • the first and the second carrier film are preferably made of thermoplastic material, for example based on polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polyvinyl chloride, fluorinated ethylene-propylene, polyvinyl fluoride or ethylene-tetrafluoroethylene, particularly preferably based on PET.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the thickness of the first and the second carrier film is preferably from 10 ⁇ m to 700 ⁇ m, in particular from 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • Such PDLC functional elements can advantageously be provided as multilayer films, in particular purchased, cut to the desired size and shape and then laminated into the laminated pane, preferably via a thermoplastic bonding layer with the outer pane and the inner pane. It is advantageous to segment the PDLC functional element, for example by means of laser radiation, before it is embedded between two carrier foils.
  • the side edges of the PDLC functional element can be sealed, for example by fusing the carrier layers or by a (preferably polymeric) tape.
  • the active layer can be protected, in particular against components of the intermediate layer (in particular plasticizers) diffusing into the active layer, which can lead to degradation of the functional element.
  • the surface electrodes or PDLC functional element segments are preferably connected to so-called flat or foil conductors, which extend out of the thermoplastic intermediate layer beyond a side edge of the laminated pane.
  • Flat conductors have a strip-like metallic layer as the conductive core, which is typically surrounded by a polymer insulating sheath, with the exception of the contact surfaces.
  • So-called bus bars for example strips of an electrically conductive foil (for example copper foil) or electrically conductive imprints, can optionally be arranged on the surface electrodes, with the flat or foil conductors being connected to these bus bars.
  • the flat or foil conductors are connected to the control unit directly or via additional conductors.
  • the distance between the at least two separate PDLC functional element segments is preferably less than or equal to 500 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, particularly preferably from 20 ⁇ m to 100 ⁇ m. This distance has proven to be particularly advantageous.
  • the outer pane has an outer surface and an inner surface, with the outer surface of the outer pane facing away from the thermoplastic intermediate layer and the inner surface of the outer pane facing the thermoplastic intermediate layer.
  • the inner pane has an inner surface and an outer surface, with the inner surface of the inner pane facing away from the thermoplastic intermediate layer and the outer surface of the inner pane facing the thermoplastic intermediate layer.
  • the inner pane is intended to face an interior space, for example a vehicle interior, whereas the outer pane is intended to face an external environment.
  • control unit is attached to the inner surface of the inner pane.
  • the control unit can be glued directly to the inner surface of the inner pane, for example.
  • control unit is inserted into a fastening element, which in turn is fastened to the inner surface of the inner pane, preferably via a layer of adhesive.
  • fastening elements are also known as “brackets” in the automotive sector and are typically made of plastic. Attaching the control unit directly to the laminated pane makes it easier to connect it electrically. In particular, no long cables are required between the control unit and the functional element.
  • control unit not to be attached to the composite pane, but instead to be integrated, for example, in the electrical system of the vehicle or to be attached to the vehicle body if the composite pane is a vehicle pane.
  • the control unit is preferably arranged in the interior of the vehicle in such a way that it is not visible, for example in the dashboard or behind a wall covering.
  • the laminated pane can be equipped with an opaque cover print, in particular in a peripheral edge area, as is customary in the vehicle sector, in particular for windshields, rear windows and roof windows.
  • the masking print is typically formed from an enamel containing glass frits and a pigment, particularly black pigment.
  • the ink is typically screen printed applied and burned.
  • Such a covering print is applied to at least one of the pane surfaces, preferably the inner surface of the outer pane and/or the inner pane.
  • the masking print preferably encloses a central viewing area in the manner of a frame and serves in particular to protect the adhesive, by which the laminated pane is connected to the vehicle body, from UV radiation. If the control unit is attached to the inner surface of the inner pane, then preferably in the opaque area of the cover print.
  • the thermoplastic intermediate layer serves to connect the inner pane and the outer pane, as is usual with laminated panes.
  • thermoplastic films are used and the thermoplastic intermediate layer is formed from them.
  • the thermoplastic intermediate layer is formed at least from a first thermoplastic layer and a second thermoplastic layer, between which the PDLC functional element is arranged.
  • the PDLC functional element is then connected to the outer pane via a region of the first thermoplastic layer and to the inner pane via a region of the second thermoplastic layer.
  • the thermoplastic layers preferably project beyond the functional element all the way round. Where the thermoplastic layers are in direct contact with one another and are not separated from one another by the functional element, they can fuse during lamination in such a way that the original layers may no longer be recognizable and instead a homogeneous intermediate layer is present.
  • thermoplastic intermediate layer can be formed, for example, by a single thermoplastic film.
  • a thermoplastic layer can also be formed from sections of different thermoplastic films whose side edges are placed together.
  • the PDLC functional element is surrounded all around by a third thermoplastic layer.
  • the third thermoplastic layer is designed like a frame with a recess into which the PDLC functional element is inserted.
  • the third thermoplastic layer can be formed by a thermoplastic film in which the recess has been made by cutting it out.
  • the third thermoplastic layer can also be composed of several film sections around the PDLC functional element.
  • the thermoplastic intermediate layer is then formed from a total of at least three thermoplastic layers arranged flat on top of one another, with the middle layer having a recess in which the PDLC functional element is arranged.
  • the third thermoplastic layer is sandwiched between the first and second thermoplastic layers, with the side edges of all thermoplastic layers preferably being in register.
  • the third thermoplastic layer preferably has approximately the same thickness as the PDLC functional element. This compensates for the local thickness difference that is introduced by the locally limited PDLC functional element, so that glass breakage during lamination can be avoided and an improved optical appearance is created.
  • the layers of the thermoplastic intermediate layer are preferably made of the same material, but can in principle also be made of different materials.
  • the layers or foils of the thermoplastic intermediate layer are preferably based on polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), or polyurethane (PU). This means that the layer or film mainly contains said material (proportion greater than 50% by weight) and can also optionally contain other components, for example plasticizers, stabilizers, UV or IR absorbers.
  • the thickness of each thermoplastic layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm. For example, foils with the standard thicknesses of 0.38 mm or 0.76 mm can be used.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass, particularly preferably of soda-lime glass, as is customary for window panes.
  • the panes can also be made from other types of glass, for example quartz glass, borosilicate glass or aluminosilicate glass, or from rigid clear plastics, for example polycarbonate or polymethyl methacrylate.
  • the panes can be clear or tinted or colored. Depending on the application, there may be limits to the degree of tinting or coloring: a prescribed light transmission must sometimes be guaranteed, for example a light transmission of at least 70% in the main see-through area A in accordance with Regulation No. 43 of the United Nations Economic Commission for Europe (UN /ECE) (ECE-R43, "Uniform conditions for the approval of safety glazing materials and their installation in vehicles").
  • the outer pane, the inner pane and/or the intermediate layer can have suitable coatings known per se, for example anti-reflective coatings, Non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings, UV absorbing or reflecting coatings or IR absorbing or reflecting coatings such as sun protection coatings or low-E coatings.
  • suitable coatings known per se, for example anti-reflective coatings, Non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings, UV absorbing or reflecting coatings or IR absorbing or reflecting coatings such as sun protection coatings or low-E coatings.
  • the thickness of the outer pane and the inner pane can vary widely and can thus be adapted to the requirements of the individual case.
  • the outer pane and the inner pane are preferably 0.5 mm to 5 mm thick, particularly preferably 1 mm to 3 mm thick.
  • the invention relates to the methods of manufacturing a glazing unit.
  • the method comprises the following method steps, preferably in the order shown.
  • a PDLC device is divided into at least two separate device segments, preferably by means of laser radiation.
  • the PDLC functional element is connected to the control unit.
  • the layer stack is laminated under the action of heat, vacuum and/or pressure, the individual layers being connected (laminated) to one another by at least one thermoplastic intermediate layer.
  • Methods known per se can be used to produce a laminated pane. For example, so-called autoclave processes can be carried out at an increased pressure of about 10 bar to 15 bar and temperatures of 130° C. to 145° C. for about 2 hours.
  • Known vacuum bag or vacuum ring methods work, for example, at about 200 mbar and 130°C to 145°C.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can also be pressed in a calender between at least one pair of rollers to form a composite pane.
  • Plants of this type are known for the production of laminated panes and normally have at least one heating tunnel in front of a pressing plant.
  • the temperature during the pressing process is, for example, from 40°C to 150°C.
  • Combinations of calender and autoclave processes have proven particularly useful in practice.
  • vacuum laminators can be used. These consist of one or more heatable and evacuable chambers in which the outer pane and the inner pane within, for example about 60 minutes at reduced pressures of 0.01 mbar to 800 mbar and temperatures of 80°C to 170°C.
  • the invention relates to the use of the glazing unit according to the invention in means of transport for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles, for example as a windshield, rear window, side windows and/or glass roof, preferably as a windshield or as a functional and/or decorative individual piece and as built-in parts in furniture, appliances and buildings.
  • the invention is explained in more detail with reference to a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way. Show it:
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of a glazing unit according to the invention, containing a PDLC functional element
  • Fig. 2 shows a cross section along X-X' through the glazing unit according to Figure 1
  • FIG. 4 shows a cross section along Y-Y' through the PDLC functional element from FIG. 3 and
  • FIG. 1 and FIG. 2 each show a detail of a glazing unit according to the invention with electrically controllable optical properties.
  • the glazing unit comprises a laminated pane 100.
  • the laminated pane 100 is provided, for example, as a roof pane of a passenger car, the light transmission of which can be electrically controlled in certain areas.
  • the laminated pane 100 comprises an outer pane 1 and an inner pane 2 which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3 .
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist of soda-lime glass, which can optionally be tinted.
  • the outer pane 1 has a thickness of 2.1 mm, for example, and the inner pane 2 has a thickness of 1.6 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 comprises a total of three thermoplastic layers 3a, 3b, 3c, which are each formed from a thermoplastic film made from PVB with a thickness of 0.38 mm.
  • the first thermoplastic layer 3a is connected to the outer pane 1, the second thermoplastic layer 3b to the inner pane 2.
  • the third thermoplastic layer 3c lying in between has a cutout in which a PDLC functional element 4 with electrically controllable optical properties fits essentially precisely, the means flush on all sides.
  • the third thermoplastic layer 3c thus forms a kind of pas-partout or frame for the approximately 0.3 mm thick PDLC functional element 4, which is thickened to approximately 0.4 mm in the edge region by the busbars used for electrical contacting.
  • the PDLC functional element 4 is thus encapsulated all around in thermoplastic material and is protected as a result.
  • the PDLC functional element 4 can be changed from a transparent to a light scattered state can be switched.
  • the PDLC functional element 4 is divided into four separate functional element segments (as shown in Figure 4).
  • the PDLC functional element 4 is connected to a control unit 5 with electrical cables 13 .
  • This control unit 5 is attached, for example, to the inner surface, that is to say the surface facing away from the thermoplastic intermediate layer 3 , of the inner pane 2 .
  • a non-illustrated fastening element is glued to the inner pane 2, in which the control unit 5 is inserted.
  • the control unit 5 does not necessarily have to be attached directly to the laminated pane 100 . Alternatively, it can be attached to the dashboard or the vehicle body, for example, or integrated into the vehicle's on-board electrical system.
  • the laminated pane 100 has a peripheral edge area which is provided with an opaque cover print 6 .
  • This masking print 6 is typically made of black enamel. It is printed as a printing ink with a black pigment and glass frits in a screen printing process and burned into the surface of the pane.
  • the covering print 6 is applied, for example, to the inner surface of the outer pane 1 and also to the inner surface of the inner pane 2 .
  • the side edges of the functional element 4 are covered by this covering print 6 .
  • the control unit 5 is arranged in this opaque edge area, ie glued onto the cover print 6 of the inner pane 2 . There, the control unit 5 does not interfere with the view through the laminated pane 100 and is optically unobtrusive. In addition, it is at a small distance from the side edge of the laminated pane 100, so that only short cables 13 are advantageously required for the electrical connection of the PDLC functional element 4.
  • control unit 5 is connected to the on-board electrical system of the vehicle, which is not shown in FIGS. 1 and 2 for the sake of simplicity.
  • the control unit 5 is suitable for applying the voltage or voltages to the functional element segments, which are required for the desired optical state of the PDLC functional element 4 (switching state), depending on a switching signal which the driver specifies, for example by pressing a button.
  • the laminated pane 100 has, for example, four independent switching ranges S1, S2, S3, S4, in which the switching state of the PDLC functional element 4 can be set independently of one another by the control unit 5.
  • the switching ranges S1, S2, S3, S4 are one behind the other in the direction from the front edge to the rear edge of the roof pane arranged, the terms leading edge and trailing edge being related to the direction of travel of the vehicle.
  • the driver of the vehicle can use the switching areas S1, S2, S3, S4 (for example depending on the position of the sun) to choose instead of providing only one area of the entire laminated pane 100 with the diffuse state, while the other areas remain transparent.
  • FIG. 3 and FIG. 4 each show a detail of the PDLC functional element 4 before it was laminated into the laminated pane 100 according to FIG.
  • the PDLC functional element 4 is arranged between a first carrier film 8 and a second carrier film 9 .
  • the first and the second carrier film 8, 9 consist of PET and have a thickness of, for example, 0.125 mm.
  • the first and the second carrier foil 8, 9 are provided with a coating of ITO with a thickness of about 100 nm, which form a first surface electrode 10 and a second surface electrode 11.
  • FIG. An active layer 12 is arranged between the first and the second surface electrode 10 , 11 .
  • the active layer 12 is a PDLC layer and contains liquid crystals in a polymer matrix, which can be aligned by an AC voltage applied to the first and second surface electrodes 10,11.
  • the active layer 12 is then transparent. In the absence of a voltage, the liquid crystals are unaligned, resulting in a high light scattering condition.
  • the two surface electrodes 10, 11 and the active layer 12 are divided into four functional element segments by segmentation, which form independent switching regions S1, S2, S3, S4.
  • the PDLC functional element 4 has three segmentation lines 7 which extend parallel to one another from one side edge to the opposite side edge.
  • the segmentation lines 7 separate the first surface electrodes 10, the second surface electrode 11 and the active layer 12 into functional element segments that are electrically insulated from one another.
  • These functional element segments form the four independent switching areas S1, S2, S3, S4 of the PDLC functional element 4 or later of the glazing unit.
  • the individual segments of the first and second surface electrodes 10, 11 are electrically contacted independently of one another and connected to a control unit 5, so that the optical properties of the switching areas S1, S2, S3, S4 can be controlled independently of one another.
  • This effect occurs primarily at higher temperatures from 50 °C and when a voltage is applied to at least one PDLC functional element segment while the remaining other PDLC functional element segments are voltage-free. After a few minutes under such conditions, the change in optical properties appears along the segmentation lines, for example, a white seam.
  • This "line broadening effect" is largely or completely prevented in the present invention in that, in addition to the segmentation of the first surface electrode 10 and the second surface electrode 11, the active layer 12 is also segmented, for example by means of laser beams.
  • the divided active layers 12 can no longer bridge the distance between the at least two device segments and a special electric field condition is created between two device segments, which largely reduces or completely prevents the effect.
  • the segmentation of the active layer 12 together with the first and second surface electrodes 10, 11 therefore completely separates the at least two functional element segments from one another and largely or completely prevents an overlapping effect (“line broadening effect”).
  • FIG. 5 shows a plan view of a further embodiment of the glazing unit according to the invention.
  • the glazing unit from Figure 5 is constructed like the glazing unit from Figure 1 and Figure 2 with the difference that the PDLC functional element 4 (not shown here) in seven switching areas S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 instead of four Switching areas is divided.
  • the switching areas S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 also form a pattern, the switching areas S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 are also shaped differently in plan view.
  • the configuration represents a further embodiment; in principle, further configurations or shapes and a different number of switching areas S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 are also possible.
  • Reference character list is also possible.
  • thermoplastic intermediate layer 3 3a first layer of the thermoplastic intermediate layer 3

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften mit mehreren unabhängigen Schaltbereichen (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7), umfassend - eine Verbundscheibe (100), umfassend - eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind und - ein PDLC-Funktionselement (4) mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, welches zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist, und - eine Steuereinheit (5), welche geeignet ist, die optischen Eigenschaften des PDLC-Funktionselements (4) zu steuern, wobei das elektrisch steuerbare PDLC-Funktionselement (4) in mindestens zwei getrennte Funktionselementsegmente aufgeteilt ist,wobei jedes PDLC-Funktionselementsegment elektrisch mit der Steuereinheit (5) verbunden ist, so dass an jedem Funktionselementsegment unabhängig voneinander eine elektrische Spannung angelegt werden kann, um die optischen Eigenschaften der einzelnen Funktionselementsegmente zu steuern.

Description

SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE
Verglasung mit segmentiertem PDLC-Funktionselement und elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften
Die Erfindung betrifft eine Verglasung mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, ein Verfahren zu deren Herstellung und die Verwendung der Verglasungseinheit.
Verglasungseinheiten mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften sind als solche bekannt. Sie umfassen Verbundscheiben, welche mit Funktionselementen ausgestattet, deren optische Eigenschaften durch eine angelegte elektrische Spannung verändert werden können. Das Anlegen der elektrischen Spannung erfolgt über eine Steuereinheit, welche an zwei Flächenelektroden des Funktionselements angeschlossen ist, zwischen denen sich die aktive Schicht des Funktionselements befindet. Ein Beispiel für solche Funktionselemente sind SPD-Funktionselemente (suspended particle device), die beispielsweise aus EP 0876608 B1 und WO 2011033313 A1 bekannt sind. Durch die angelegte Spannung lässt sich die Transmission von sichtbarem Licht durch SPD-Funktionselemente steuern. Ein weiteres Beispiel sind PDLC-Funktionselemente (polymer dispersed liquid crystal), die beispielsweise aus DE 102008026339 A1 bekannt sind. Die aktive Schicht enthält dabei Flüssigkristalle, welche in eine Polymermatrix eingelagert sind. Wird keine Spannung angelegt, so sind die Flüssigkristalle ungeordnet ausgerichtet, was zu einer starken Streuung des durch die aktive Schicht tretenden Lichts führt. Wird an die Flächenelektroden eine Spannung angelegt, so richten sich die Flüssigkristalle in einer gemeinsamen Richtung aus und die Transmission von Licht durch die aktive Schicht wird erhöht. Das PDLC-Funktionselement wirkt weniger durch eine Herabsetzung der Gesamttransmission als durch eine Erhöhung der Streuung, wodurch die freie Durchsicht verhindert oder ein Blendschutz gewährleistet werden kann. In der WO2014072137A1 wird eine Verglasungseinheit offenbart, welche ein durch Laserstrahlen segmentiertes Funktionselement umfasst. Außerdem sind elektrochrome Funktionselemente bekannt, beispielsweise aus US 20120026573 A1 , WO 2010147494 A1 , EP 1862849 A1 und WO 2012007334 A1 , bei denen eine Transmissionsänderung durch elektrochemische Prozesse erfolgt, welche durch die angelegte elektrische Spannung induziert wird.
Elektrisch steuerbare Funktionselemente werden häufig als Mehrschichtfolien bereitgestellt. Dabei ist das eigentliche Funktionselement zwischen zwei polymeren Trägerfolien angeordnet. Solche Mehrschichtfolien ermöglichen eine vereinfachte Herstellung einer elektrisch steuerbaren Verglasung. Typischerweise wird die Mehrschichtfolie zwischen zwei Glasscheiben mit herkömmlichen Methoden einlaminiert, wobei eine Verbundscheibe mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften erzeugt wird. Insbesondere können die Mehrschichtfolien kommerziell erworben werden, so dass der Hersteller der Verglasung das steuerbare Funktionselement an sich nicht eigens herstellen muss.
Es ist häufig erwünscht, dass die Flächenelektroden eines Funktionselements mit steuerbaren optischen Eigenschaften eine Strukturierung aufweisen. Eine solche Strukturierung ist insbesondere zumindest eine Unterbrechung der ersten Flächenelektrode durch einen linienförmigen elektrisch nicht leitfähigen Bereich. So können beispielsweise Funktionselemente mit Teilbereichen realisiert werden, welche unabhängig voneinander steuerbar sind. Des Weiteren lassen sich damit örtlich begrenzte Teilbereiche des Funktionselements realisieren, die für elektromagnetische Strahlung transparent sind (sogenannte Kommunikationsfenster).
Die Strukturierungen werden typischerweise durch Laserbearbeitung in die erste Flächenelektrode eingebracht. Die Flächenelektroden können nicht hinsichtlich einer optimalen elektrischen Leitfähigkeit ausgewählt werden, da sie transparent sein müssen, um die Durchsicht durch die Verbundscheibe zu gewährleisten. Typischerweise werden elektrisch leitfähige Oxide, beispielsweise Zinn-Indium-Oxid-Schichten (ITO-Schichten), als Flächenelektroden verwendet, welche eine vergleichsweise geringe Leitfähigkeit beziehungsweise einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Hieraus ergibt sich ein Problem, welches bei erhöhten Temperaturen von ca. 50 °C und höher auftreten kann. Die elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Oxide steigt mit höheren Temperaturen an, was bedeutet, dass eine niedrigere elektrische Spannung benötigt wird, um von einem opaken Zustand zu einem transparenten Zustand zu wechseln. Daraus folgend tritt ein „parasitärer Effekt“ auf. Sobald einzelne Segmente des Funktionselementes eingeschaltet werden, kommt es zu einer Elektronenmigration über die nicht-segmentierte, zweite Flächenelektrode, dadurch wird ein elektrisches Feld in der Nähe der ersten, segmentierten Flächenelektrode erzeugt. Die erste, segmentierte Flächenelektrode ist mit ihren einzelnen Segmenten im ausgeschalteten Zustand mit der Erde verbunden. Je mehr einzelne Segmente der ersten Flächenelektrode eingeschaltet werden, desto stärker wird das elektrische Feld in der Nähe der ausgeschalteten Segmente. Bei Raumtemperatur spielt dieses unerwünschte elektrische Feld keine Rolle, da es die Opazität nicht nachweisbar (mit bloßem Auge erkennbar) verändert. Aber bei erhöhten Temperaturen größer oder gleich 50 °C erzeugt diese kleine Spannung bereits eine sichtbare Trübungsänderung. Die ausgeschalteten Segmente verlieren also ihre Trübung, auch wenn sie nicht geschaltet werden. Grundsätzlich wäre es möglich, den „parasitären Effekt“ dadurch zu vermeiden, dass auch die zweite Flächenelektrode durch Isolierungslinien entsprechend der Schaltbereiche segmentiert wird. Hierdurch kommt es nicht zu einer Elektronenmigration auf der zweiten, nicht-segmentierten Flächenelektrode und in der Folge auch nicht zur Erzeugung eines elektrischen Feldes bei den ausgeschalteten Segmenten des Funktionselementes. In diesem Fall werden jedoch die normalerweise unsichtbaren Segmentierungslinien mit einer weißlichen Naht visuell wahrnehmbar. Diese Naht ist gut erkennbar und führt zu einem weniger ästhetischen Erscheinungsbild der Verglasung als es ohne eine solche weißliche Naht der Fall wäre.
Es besteht daher Bedarf an verbesserten Verglasungseinheiten mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften mit mehreren unabhängigen Schaltbereichen, bei denen der „parasitäre Effekt“ zwischen angeschalteten und ausgeschalteten Schaltbereichen vermieden oder zumindest signifikant verringert wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Verglasungseinheit und ein Verfahren zu Ihrer Steuerung bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verglasungseinheit gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften und mehreren unabhängigen Schaltbereichen umfasst eine Verbundscheibe und eine Steuereinheit. Die Verbundscheibe umfasst wiederum eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, und ein zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnetes PDLC- Funktionselement mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Die Steuereinheit ist geeignet die optischen Eigenschaften des PDLC-Funktionselements zu steuern.
Das PDLC-Funktionselement ist in mindestens zwei getrennte aufgeteilt, wobei jedes PDLC- Funktionselementsegment elektrisch mit der Steuereinheit verbunden ist, sodass an jedem Funktionselementsegment unabhängig voneinander eine elektrische Spannung angelegt werden kann, um die optischen Eigenschaften der einzelnen Funktionselementsegmente zu steuern.
Bei gattungsgemäßen Verglasungseinheiten ist häufig nur ein Bereich, in der Regel eine Flächenelektrode, des PDLC-Funktionselementes segmentiert. Durch die nur bereichsweise Segmentierung des PDLC-Funktionselementes bei einer mit der Steuereinheit verbundenen Flächenelektrode tritt häufig das Problem des „parasitären Effektes“ auf. Das PDLC- Funktionselement ist zwar in verschiedene Segmente aufgeteilt, welche unabhängig voneinander elektrisch angesteuert werden können, bei höheren Temperaturen ab 50 °C kommt es jedoch zu der Ausbildung eines elektrischen Feldes ausgehend von bereichsweise segmentierten PDLC-Funktionselementsegmenten, an die eine elektrische Spannung angelegt ist, und übergreifend auf spannungsfreie PDLC-Funktionselementsegmente. Dadurch ändert auch das eigentlich spannungsfrei geschaltete PDLC- Funktionselementsegment seine optischen Eigenschaften.
Durch das vollständige Segmentieren des PDLC-Funktionselementes mittels beispielsweise von Laserstrahlen in mindestens zwei PDLC-Funktionselementsegmente kann einem „parasitären Effekt“ entgegengewirkt werden und dieser reduziert bis vollständig verhindert werden. Diese vollständige Segmentierung, also Trennung, des PDLC-Funktionselementes in mindestens zwei Funktionselementsegmente stellt eine Verbesserung gegenüber der gattungsgemäßen Verglasungseinheit dar.
Vorzugsweise umfasst jedes der mindestens zwei PDLC-Funktionselementsegmente der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit in der angegebenen Reihenfolge flächig übereinander angeordnet eine erste Flächenelektrode, eine aktive Schicht und eine zweite Flächenelektrode.
Die erste Flächenelektrode, die zweite Flächenelektrode und die aktive Schicht können zum Beispiel mittels Laserstrahlen in mindestens zwei PDLC-Funktionselementsegmente aufgeteilt werden.
Durch die Segmentierung nicht nur der ersten Flächenelektrode und der zweiten Flächenelektrode, sondern ebenfalls der aktiven Schicht des PDLC-Funktionselementes kann ein weiterer großer Vorteil der Erfindung erreicht werden. Gattungsgemäße PDLC- Funktionselemente, welche durch die Segmentierung der ersten Flächenelektrode und die deckungsgleiche Segmentierung der zweiten Flächenelektrode in mehrere Funktionselementsegmente aufgeteilt werden, weisen häufig das Problem des sogenannten „Linienverbreiterungseffektes“ auf. Dabei werden die normalerweise unsichtbaren Segmentierungslinien deutlich sichtbar und weisen einen weißlichen Saum auf. Es kommt also im Bereich der Segmentierung der ersten Flächenelektrode und der zweiten Flächenelektrode zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften im Vergleich zu den optischen Eigenschaften der mehreren PDLC-Funktionselementsegmente. Dieser Effekt tritt ebenfalls vor allem bei höheren Temperaturen ab 50 °C auf und wenn an mindestens ein PDLC-Funktionselementsegment eine Spannung angelegt ist, während die übrigen andere PDLC-Funktionselementsegment spannungsfrei sind. Nach einigen Minuten unter solchen Bedingungen erscheint die Änderung der optischen Eigenschaften entlang der Segmentierungslinien, beispielsweise eine weiße Naht. Dieser „Linienverbreiterungseffekt“ wird in der vorliegenden Erfindung größtenteils oder ganz verhindert, indem neben der Segmentierung der ersten Flächenelektrode und der zweiten Flächenelektrode ebenfalls die aktive Schicht beispielsweise mittels Laserstrahlen segmentiert wird. Eine mögliche Erklärung ist, dass die aufgeteilten aktiven Schichten den Abstand zwischen den mindestens zwei Funktionselementsegmenten nicht mehr überbrücken können und zwischen zwei Funktionselementsegmenten eine spezielle elektrische Feldbedingung erzeugt wird, die den Effekt größtenteils reduziert oder vollständig verhindert. Die Segmentierung der aktiven Schicht zusammen mit der ersten und der zweiten Flächenelektrode trennt also die mindestens zwei Funktionselementsegmente vollständig voneinander und verhindert weitestgehend bis vollständig einen Überlappungseffekt („Linienverbreiterungseffekt“) zu.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die aktive Schicht Flüssigkristalle, die in einer Polymermatrix eingelagert. Diese Flüssigkristalle verändern ihre Ausrichtung in Abhängigkeit von der elektrischen Spannung, welche an die aktive Schicht angelegt ist. Ist an die Flächenelektroden keine Spannung angelegt, so sind die Flüssigkristalle ungeordnet ausgerichtet, was zu einer starken Streuung des durch die aktive Schicht tretenden Lichts führt. Ist an die Flächenelektroden eine Spannung angelegt, so richten sich die Flüssigkristalle in einer gemeinsamen Richtung aus und die Transmission von Licht durch die aktive Schicht wird erhöht.
Die Flächenelektroden sind bevorzugt transparent, was im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sie eine Lichttransmission im sichtbaren Spektral be re ich von mindestens 50% aufweisen, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%. Die Flächenelektroden enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, eine Metalllegierung oder ein transparentes leitfähiges Oxid (transparent conducting oxide, TCO). Die Flächenelektroden können beispielsweise auf Basis von Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Indium- Zinnoxid (ITO), Gallium-dotiertem oder Aluminium-dotiertem Zinkoxid und/oder Fluordotiertem oder Antimon-dotiertem Zinnoxid ausgebildet sein, bevorzugt auf Basis von Silber oder ITO. Die Flächenelektroden weisen bevorzugt eine Dicke von 10 nm bis 2 pm auf, besonders bevorzugt von 20 nm bis 1 pm, ganz besonders bevorzugt von 30 nm bis 500 nm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Funktionselement außer der aktiven Schicht und den Flächenelektroden eine erste und eine zweite Trägerfolie, wobei das PDLC- Funktionselement bevorzugt zwischen der ersten Trägerfolie und der zweiten Trägerfolie angeordnet ist. Die erste und die zweite Trägerfolie sind bevorzugt aus thermoplastischem Material ausgebildet, beispielsweise auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen, Polyvinylchlorid, fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid oder Ethylen- Tetrafluorethylen, besonders bevorzugt auf Basis von PET. Die Dicke der ersten und der zweiten Trägerfolie beträgt bevorzugt von 10 pm bis 700 pm, insbesondere von 100 pm bis 500 pm. Solche PDLC-Funktionselemente können vorteilhaft als Mehrschichtfolien bereitgestellt werden, insbesondere käuflich erworben werden, in der gewünschten Größe und Form zurechtgeschnitten werden und dann in die Verbundscheibe einlaminiert werden, bevorzugt über jeweils eine thermoplastische Verbindungsschicht mit der Außenscheibe und der Innenscheibe. Es ist vorteilhaft, das PDLC-Funktionselement beispielsweise durch Laserstrahlung zu segmentieren, bevor es zwischen zwei Trägerfolien eingelagert wird.
Die Seitenkanten des PDLC-Funktionselements können versiegelt werden, beispielsweise durch Verschmelzen der Trägerschichten oder durch ein (bevorzugt polymeres) Band. So kann die aktive Schicht geschützt werden, insbesondere davor, dass Bestandteile der Zwischenschicht (insbesondere Weichmacher) in die aktive Schicht hineindiffundieren, was zu einer Degradation des Funktionselements führen kann.
Zur elektrischen Kontaktierung der Flächenelektroden beziehungsweise PDLC- Funktionselementsegmente sind diese bevorzugt mit sogenannten Flach- oder Folienleitern verbunden, welche sich aus der thermoplastischen Zwischenschicht über eine Seitenkante der Verbundscheibe hinaus erstrecken. Flachleiterweisen als leitfähigen Kern eine bandartige metallische Schicht auf, welche typischerweise mit Ausnahme der Kontaktflächen von einer polymeren Isolationsummantelung umgeben ist. Optional können sogenannte Sammelleiter (bus bars), beispielsweise Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie (beispielsweise Kupferfolie) oder elektrisch leitfähige Aufdrucke, auf den Flächenelektroden angeordnet sein, wobei die Flach- oder Folienleiter mit diesen Sammelleitern verbunden sind. Die Flach- oder Folienleiter sind direkt oder über weitere Leiter an die Steuereinheit angeschlossen. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den mindestens zwei getrennten PDLC- Funktionselementsegmenten kleiner oder gleich 500 pm, bevorzugt von 10 pm bis 150 pm, besonders bevorzugt von 20 pm bis 100 pm groß ist. Dieser Abstand hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Außenscheibe weist eine Außenfläche und eine Innenfläche auf, wobei die Außenfläche der Außenscheibe von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandt ist und die Innenfläche der Außenscheibe der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandt ist. Die Innenscheibe weist eine Innenfläche und eine Außenfläche auf, wobei die Innenfläche der Innenscheibe von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandt ist und die Außenfläche der Innenscheibe der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandt ist. Die Innenscheibe ist dafür vorgesehen, einem Innenraum, beispielsweise einen Fahrzeuginnenraum, zugewandt zu sein, wohingegen die Außenscheibe dafür vorgesehen ist, einer äußeren Umgebung zugewandt zu sein.
Die Steuereinheit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung an der Innenfläche der Innenscheibe befestigt. Die Steuereinheit kann beispielsweise direkt an die Innenfläche der Innenscheibe angeklebt sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit in ein Befestigungselement eingesetzt, welches wiederum an der Innenfläche der Innenscheibe befestigt ist, bevorzugt über eine Schicht eines Klebstoffs. Solche Befestigungselemente sind im Fahrzeugbereich auch als „Brackets“ bekannt und typischerweise aus Kunststoff gefertigt. Durch die Anbringung der Steuereinheit direkt an der Verbundscheibe wird der elektrische Anschluss derselben erleichtert. Insbesondere sind keine langen Kabel zwischen Steuereinheit und Funktionselement erforderlich.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Steuereinheit nicht an der Verbundscheibe befestigt ist, sondern beispielsweise im elektrischen System des Fahrzeugs integriert ist oder an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, falls die Verbundscheibe eine Fahrzeugscheibe ist. Die Steuereinheit ist bevorzugt im Innenraum des Fahrzeugs derart angeordnet, dass sie nicht sichtbar ist, beispielsweise im Armaturenbrett oder hinter einer Wandverkleidung.
Der Verbundscheibe kann mit einem opaken Abdeckdruck ausgestattet sein, insbesondere in einem umlaufenden Randbereich, wie es im Fahrzeugbereich insbesondere für Windschutzscheiben, Heckscheiben und Dachscheiben üblich ist. Der Abdeckdruck ist typischerweise aus einer Emaille gebildet, enthaltend Glasfritten und ein Pigment, insbesondere Schwarzpigment. Die Druckfarbe wird typischerweise im Siebdruckverfahren aufgebracht und eingebrannt. Ein solcher Abdeckdruck ist auf mindestens einer der Scheibenoberflächen aufgebracht, bevorzugt der I nnenfläche der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe. Der Abdeckdruck umgibt bevorzugt einen zentralen Durchsichtsbereich rahmenartig und dient insbesondere dem Schutz des Klebstoffs, durch den die Verbundscheibe mit der Fahrzeugskarossierie verbunden ist, vor UV-Strahlung. Ist die Steuereinheit an der Innenfläche der Innenscheibe angebracht, dann bevorzugt im opaken Bereich des Abdeckdrucks.
Die thermoplastische Zwischenschicht dient der Verbindung der Innenscheibe und der Außenscheibe, wie es bei Verbundscheiben üblich ist. Typischerweise werden thermoplastische Folien verwendet und die thermoplastische Zwischenschicht aus diesen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die thermoplastische Zwischenschicht zumindest aus einer ersten thermoplastischen Schicht und einer zweiten thermoplastischen Schicht gebildet, zwischen denen das PDLC-Funktionselement angeordnet ist. Das PDLC- Funktionselement ist dann über einen Bereich der ersten thermoplastischen Schicht mit der Außenscheibe und über einen Bereich der zweiten thermoplastischen Schicht mit der Innenscheibe verbunden. Bevorzugt ragen die thermoplastischen Schichten umlaufend über das Funktionselement hinaus. Dort wo die thermoplastischen Schichten direkten Kontakt miteinander haben und nicht durch das Funktionselement voneinander getrennt sind, können sie beim Laminieren derart verschmelzen, dass die ursprünglichen Schichten unter Umständen nicht mehr erkennbar sind und stattdessen eine homogene Zwischenschicht vorliegt.
Eine thermoplastische Zwischenschicht kann beispielsweise durch eine einzige thermoplastische Folie ausgebildet werden. Eine thermoplastische Schicht kann auch aus Abschnitten unterschiedlicher thermoplastischer Folien gebildet werden, deren Seitenkanten aneinandergesetzt sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das PDLC-Funktionselement, genauer die Seitenkanten des PDLC-Funktionselements umlaufend von einer dritten thermoplastischen Schicht umgeben. Die dritte thermoplastische Schicht ist rahmenartig ausgebildet mit einer Aussparung, in welche das PDLC-Funktionselement eingelegt wird. Die dritte thermoplastische Schicht kann durch eine thermoplastische Folie gebildet werden, in welche die Aussparung durch Ausschneiden eingebracht worden ist. Alternativ kann die dritte thermoplastische Schicht auch aus mehreren Folienabschnitten um das PDLC- Funktionselement zusammengesetzt werden. Die thermoplastische Zwischenschicht ist dann aus insgesamt mindestens drei flächig aufeinander angeordneten thermoplastischen Schichten gebildet, wobei die mittlere Schicht eine Aussparung ausweist, in der das PDLC- Funktionselement angeordnet ist. Bei der Herstellung wird die dritte thermoplastische Schicht zwischen der ersten und der zweiten thermoplastischen Schicht angeordnet, wobei die Seitenkanten aller thermoplastischen Schichten bevorzugt in Deckung befindlich sind. Die dritte thermoplastische Schicht weist bevorzugt etwa die gleiche Dicke auf wie das PDLC- Funktionselement. Dadurch wird der lokale Dickenunterschied, der durch das örtlich begrenzte PDLC-Funktionselement eingebracht wird, kompensiert, so dass Glasbruch beim Laminieren vermieden werden kann und ein verbessertes optisches Erscheinungsbild entsteht.
Die Schichten der thermoplastischen Zwischenschicht sind bevorzugt aus demselben Material ausgebildet, können prinzipiell aber auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Die Schichten beziehungsweise Folien der thermoplastischen Zwischenschicht sind bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), oder Polyurethan (PU). Das bedeutet, dass die Schicht beziehungsweise Folie mehrheitlich das besagte Material enthält (Anteil von größer als 50 Gew.-%) und daneben optional weitere Bestandteile enthalten kann, beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, UV- oder IR-Absorber. Die Dicke jeder thermoplastischen Schicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm. Beispielsweise können Folien mit den Standarddicken von 0,38 mm oder 0,76 mm verwendet werden.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt sind, besonders bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas, oder aus starren klaren Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Die Scheiben können klar sein oder auch getönt oder gefärbt. Je nach Anwendungsfall können dem Grad der Tönung oder Färbung Grenzen gesetzt sein: so muss mitunter eine vorgeschriebene Lichttransmission gewährleistet sein, beispielsweise eine Lichttransmission von mindestens 70 % im Haupt-Durchsichtbereich A gemäß der Regelung Nr. 43 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE) (ECE-R43, „Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Sicherheitsverglasungswerkstoffe und ihres Einbaus in Fahrzeuge“).
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und/oder die Zwischenschicht können geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen, UV- absorbierende oder reflektierende Beschichtungen oder IR-absorbierende oder - reflektierende Beschichtungen wie Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E- Beschichtungen.
Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren und so den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen bevorzugt Dicken von 0,5 mm bis 5 mm auf, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm.
Die Erfindung betrifft die Verfahren zur Herstellung einer Verglasungseinheit. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte bevorzugt in der gezeigten Reihenfolge.
(A) Ein PDLC-Funktionselementwird, vorzugsweise mittels Laserstrahlung, in mindestens zwei getrennte Funktionselementsegmente aufgeteilt.
(B) Das PDLC-Funktionselement, die thermoplastische Zwischenschicht, die Außenscheibe und die Innenscheibe werden zu einem Schichtstapel angeordnet.
(C) Der Schichtstapel wird zur Verbundscheibe laminiert.
(D) Das PDLC-Funktionselement wird mit der Steuereinheit verbunden.
Die Laminierung des Schichtstapels erfolgt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck, wobei die einzelnen Schichten durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden (laminiert) werden. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklav-Verfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130 °C bis 145 °C. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Verbundscheibe gepresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundscheiben bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die Außenscheibe und die Innenscheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden können.
Die Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheiben und/oder Glasdach, bevorzugt als Windschutzscheibe oder als funktionales und/oder dekoratives Einzelstück und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasungseinheit, enthaltend ein PDLC-Funktionselement,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang X-X’ durch die Verglasungseinheit nach Figur 1 ,
Fig. 3 eine Draufsicht auf das PDLC-Funktionselement vor der Herstellung der
Verglasungseinheit nach Figur 1 ,
Fig. 4 einen Querschnitt entlang Y-Y’ durch das PDLC-Funktionselement aus Figur 3 und
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Verglasungseinheit, enthaltend ein PDLC-Funktionselement,
Figur 1 und Figur 2 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Die Verglasungseinheit umfasst eine Verbundscheibe 100. Die Verbundscheibe 100 ist beispielhaft als Dachscheibe eines Personenkraftwagens vorgesehen, deren Lichttransmission bereichsweise elektrisch gesteuert werden kann. Die Verbundscheibe 100 umfasst eine Außenscheibe 1 und eine Innenscheibe 2, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen aus Kalk-Natron-Glas, welches optional getönt sein kann. Die Außenscheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 2 eine Dicke von 1 ,6 mm.
Die thermoplastische Zwischenschicht 3 umfasst insgesamt drei thermoplastischen Schichten 3a, 3b, 3c, die jeweils durch eine thermoplastische Folie mit einer Dicke von 0,38 mm aus PVB ausgebildet sind. Die erste thermoplastische Schicht 3a ist mit der Außenscheibe 1 verbunden, die zweite thermoplastische Schicht 3b mit der Innenscheibe 2. Die dazwischenliegende dritte thermoplastische Schicht 3c weist einen Ausschnitt auf, in welchen ein PDLC-Funktionselement 4 mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften im Wesentlichen passgenau, das heißt an allen Seiten etwa bündig, eingelegt ist. Die dritte thermoplastische Schicht 3c bildet also gleichsam eine Art Passepartout oder Rahmen für das etwa 0,3 mm dicke PDLC-Funktionselement 4, das im Randbereich durch die zur elektrischen Kontaktierung verwendeten Stromsammelschienen auf etwa 0,4 mm verdickt ist. Das PDLC- Funktionselement 4 ist somit rundum in thermoplastisches Material eingekapselt und dadurch geschützt. Das PDLC-Funktionselement 4 kann von einem transparenten in einen Licht- streuenden Zustand geschaltet werden kann. Das PDLC-Funktionselement 4 ist in vier getrennte Funktionselementsegmente aufgeteilt (wie in Figur 4 dargestellt).
Das PDLC-Funktionselement 4 ist mit elektrischen Kabeln 13 mit einer Steuereinheit 5 verbunden. Diese Steuereinheit 5 ist beispielhaft an der Innenfläche, also von der thermoplastischen Zwischenschicht 3 abgewandten Oberfläche, der Innenscheibe 2 angebracht. Dazu ist beispielsweise ein nicht dargestelltes Befestigungselement an die Innenscheibe 2 angeklebt, in welches die Steuereinheit 5 eingesetzt ist. Die Steuereinheit 5 muss aber nicht zwingend direkt an der Verbundscheibe 100 angebracht sein. Sie kann alternativ beispielsweise am Armaturenbrett oder der Fahrzeugkarosserie angebracht sein oder in die Bordelektrik des Fahrzeugs integriert sein.
Die Verbundscheibe 100 weist einen umlaufenden Randbereich auf, welche mit einem opaken Abdeckdruck 6 versehen ist. Diese Abdeckdruck 6 ist typischerweise aus einer schwarzen Emaille ausgebildet. Sie wird als Druckfarbe mit einem Schwarzpigment und Glasfritten im Siebdruckverfahren aufgedruckt und in die Scheibenoberfläche eingebrannt. Der Abdeckdruck 6 ist beispielhaft auf der Innenfläche der Außenscheibe 1 und auch auf der Innenfläche der Innenscheibe 2 aufgebracht. Die Seitenkanten des Funktionselements 4 sind durch diesen Abdeckdruck 6 verdeckt. Die Steuereinheit 5 ist in diesem opaken Randbereich angeordnet, also auf den Abdeckdruck 6 der Innenscheibe 2 aufgeklebt. Dort stört die Steuereinheit 5 die Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 nicht und ist optisch unauffällig. Zudem weist sie einen geringen Abstand zur Seitenkante der Verbundscheibe 100 auf, so dass nur vorteilhaft kurze Kabel 13 zum elektrischen Anschluss des PDLC-Funktionselements 4 nötig sind.
Die Steuereinheit 5 ist andererseits mit der Bordelektrik des Fahrzeugs verbunden, was in den Figuren 1 und 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die Steuereinheit 5 ist geeignet, in Abhängigkeit von einem Schaltsignal, welches der Fahrer beispielsweise mit einem Knopfdruck vorgibt, die Spannung oder Spannungen an die Funktionselementsegmente anzulegen, welche für den gewünschten optischen Zustand des PDLC-Funktionselements 4 (Schaltzustand) erforderlich sind.
Der Verbundscheibe 100 weist beispielhaft vier unabhängige Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4 auf, in denen der Schaltzustand des PDLC-Funktionselements 4 unabhängig voneinander durch die Steuereinheit 5 eingestellt werden kann. Die Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4 sind in der Richtung von der Vorderkante zur Hinterkante der Dachscheibe hintereinander angeordnet, wobei die Begriffe Vorderkante und Hinterkante auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bezogen sind. Durch die Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4 kann der Fahrer des Fahrzeugs (beispielsweise in Abhängigkeit vom Sonnenstand) wählen, statt der gesamten Verbundscheibe 100 nur einen Bereich derselben mit dem diffusen Zustand zu versehen, während die anderen Bereiche transparent bleiben.
Figur 3 und Figur 4 zeigen je ein Detail des PDLC-Funktionselementes 4, bevor dieses in die Verbundscheibe 100 gemäß Figur 1 einlaminiert wurde. Das PDLC-Funktionselement 4 ist zwischen einer ersten Trägerfolie 8 und einer zweiten Trägerfolie 9 angeordnet. Die erste und die zweite T rägerfolie 8, 9 bestehen aus PET und weisen eine Dicke von beispielsweise 0, 125 mm auf. Die erste und die zweite Trägerfolie 8, 9 sind mit einer Beschichtung aus ITO mit einer Dicke von etwa 100 nm versehen, welche eine erste Flächenelektroden 10 und eine zweite Flächenelektroden 11 ausbilden. Zwischen der ersten und der zweiten Flächenelektrode 10, 11 ist eine aktive Schicht 12 angeordnet. Die aktive Schicht 12 ist eine PDLC-Schicht und enthält Flüssigkristalle in einer Polymermatrix, die durch eine an die erste und die zweite Flächenelektroden 10, 11 angelegte Wechselspannung ausgerichtet werden können. Die aktive Schicht 12 ist dann transparent. Ohne Spannung liegen die Flüssigkristalle unausgerichtet vor, was zu einem Zustand starker Lichtstreuung führt. Durch Segmentierungen sind beide Flächenelektroden 10, 11 und die aktive Schicht 12 in vier Funktionselementsegmente aufgeteilt, die unabhängige Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4 bilden.
Das PDLC-Funktionselement 4 weist drei Segmentierungslinien 7 auf, die sich parallel zueinander von einer Seitenkante zur gegenüberliegenden Seitenkante erstrecken. Die Segmentierungslinien 7 trennen die erste Flächenelektroden 10, die zweite Flächenelektrode 11 und die aktive Schicht 12 in voneinander elektrisch isolierte Funktionselementsegmente. Diese Funktionselementsegmente bilden die vier unabhängigen Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4 des PDLC-Funktionselementes 4 beziehungsweise später der Verglasungseinheit. Die einzelnen Segmente der ersten und der zweiten Flächenelektrode 10, 11 sind unabhängig voneinander elektrisch kontaktiert und mit einer Steuereinheit 5 verbunden, so dass die optischen Eigenschaften der Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4 unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Durch die Segmentierung des kompletten PDLC-Funktionselementes 4 und nicht nur der ersten Flächenelektrode 10 und/oder der zweiten Flächenelektrode 11 wie es bei gattungsgemäßen Verglasungseinheiten häufig der Fall ist, kann ein weiterer großer Vorteil der Erfindung erreicht werden. Gattungsgemäße PDLC-Funktionselemente, welche durch die Segmentierung der ersten Flächenelektrode und die deckungsgleiche Segmentierung der zweiten Flächenelektrode in mehrere Funktionselementsegmente aufgeteilt werden, weisen häufig das Problem des sogenannten „Linienverbreiterungseffektes“ auf (gattungsgemäßes PDLC-Funktionselement nicht in den Figuren 1 bis 5 dargestellt). Dabei werden die normalerweise unsichtbaren Segmentierungslinien deutlich sichtbar und weisen einen weißlichen Saum auf. Es kommt also im Bereich der Segmentierung der ersten Flächenelektrode und der zweiten Flächenelektrode zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften im Vergleich zu den optischen Eigenschaften der mehreren PDLC- Funktionselementsegmente. Dieser Effekt tritt vor allem bei höheren Temperaturen ab 50 °C auf und wenn an mindestens ein PDLC-Funktionselementsegment eine Spannung angelegt ist, während die übrigen anderen PDLC-Funktionselementsegmente spannungsfrei sind. Nach einigen Minuten unter solchen Bedingungen erscheint die Änderung der optischen Eigenschaften entlang der Segmentierungslinien, beispielsweise eine weiße Naht. Dieser „Linienverbreiterungseffekt“ wird in der vorliegenden Erfindung größtenteils oder ganz verhindert, indem neben der Segmentierung der ersten Flächenelektrode 10 und der zweiten Flächenelektrode 11 ebenfalls die aktive Schicht 12 beispielsweise mittels Laserstrahlen segmentiert wird. Eine mögliche Erklärung ist, dass die aufgeteilten aktiven Schichten 12 den Abstand zwischen den mindestens zwei Funktionselementsegmenten nicht mehr überbrücken können und zwischen zwei Funktionselementsegmenten eine spezielle elektrische Feldbedingung erzeugt wird, die den Effekt größtenteils reduziert oder vollständig verhindert. Die Segmentierung der aktiven Schicht 12 zusammen mit der ersten und der zweiten Flächenelektrode 10, 11 trennt also die mindestens zwei Funktionselementsegmente vollständig voneinander und verhindert weitestgehend bis vollständig einen Überlappungseffekt („Linienverbreiterungseffekt“) zu.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit. Die Verglasungseinheit aus Figur 5 ist wie die Verglasungseinheit aus Figur 1 und Figur 2 aufgebaut mit dem Unterschied, dass das PDLC-Funktionselement 4 (hier nicht gezeigt) in sieben Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7 statt in vier Schaltbereiche aufgeteilt ist. Die Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7 Formen zudem ein Muster, die Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7 sind außerdem in Draufsicht unterschiedlich geformt. Die Ausgestaltung stellt eine weitere Ausführungsform dar, grundsätzlich sind auch weitere Ausgestaltungen bzw. Formen sowie eine andere Anzahl der Schaltbereiche S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7 möglich. Bezuqszeichenliste
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
3a erste Schicht der thermoplastischen Zwischenschicht 3
3b zweite Schicht der thermoplastischen Zwischenschicht 3
3c dritte Schicht der thermoplastischen Zwischenschicht 3
4 PDLC-Funktionselement
5 Steuereinheit
6 Abdeckdruck
7 Segmentierungslinien
8 erste Trägerfolie
9 zweite Trägerfolie
10 erste Flächenelektrode
11 zweite Flächenelektrode
12 aktive Schicht
S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 Schaltbereiche
100 Verbundscheibe
X-X‘ Schnittlinie durch die Verglasungseinheit in Figur 1 und Figur 2
Y-Y‘ Schnittlinie durch das PDLC-Funktionselement in Figur 3 und 4

Claims

Patentansprüche
1 . Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften mit mehreren unabhängigen Schaltbereichen (S1 , S2, S3, S4, S5, S6, S7), umfassend eine Verbundscheibe (100), umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind und ein PDLC-Funktionselement (4) mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, welches zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist, und eine Steuereinheit (5), welche geeignet ist, die optischen Eigenschaften des PDLC-Funktionselements (4) zu steuern, wobei das elektrisch steuerbare PDLC-Funktionselement (4) in mindestens zwei getrennte Funktionselementsegmente aufgeteilt ist, wobei jedes PDLC-Funktionselementsegment elektrisch mit der Steuereinheit (5) verbunden ist, so dass an jedem Funktionselementsegment unabhängig voneinander eine elektrische Spannung angelegt werden kann, um die optischen Eigenschaften der einzelnen Funktionselementsegmente zu steuern.
2. Verglasungseinheit nach Anspruch 1 , wobei jedes der mindestens zwei PDLC- Funktionselementsegmente in der angegebenen Reihenfolge flächig übereinander angeordnet eine erste Flächenelektrode (10), eine aktive Schicht (12) und eine zweite Flächenelektrode (11) umfasst.
3. Verglasungseinheit nach Anspruch 2, wobei in der aktiven Schicht (12) Flüssigkristalle in einer Polymermatrix eingelagert sind.
4. Verglasungseinheit nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Flächenelektroden (10, 11) auf Basis von Silber oder Indium-Zinnoxid (ITO) ausgebildet sind und eine Dicke von 20 nm bis 1 pm aufweisen.
5. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das PDCL- Funktionselement (4) flächig zwischen - einer ersten Trägerfolie (8) und
- einer zweiten Trägerfolie (9) angeordnet ist.
6. Verglasungseinheit nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite Trägerfolie (8, 9) auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET) ausgebildet sind und eine Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweisen.
7. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abstand zwischen den mindestens zwei getrennten PDLC-Funktionselementsegmenten kleiner oder gleich 500 pm, bevorzugt von 10 pm bis 150 pm, besonders bevorzugt von 20 pm bis 100 pm groß ist.
8. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die thermoplastische Zwischenschicht (3) auf Basis von Polyvinylbutyral ausgebildet ist.
9. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Aufteilung des PDLC-Funktionselementes (4) in mindestens zwei Funktionselementsegmente mittels Laserstrahlung erzeugt ist.
10. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das PDLC- Funktionselementes (4) in mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, Funktionselementsegmente aufgeteilt ist.
11. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) aus Kalk-Natron-Glas bestehen.
12. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) aus Borosilikat-Glas bestehen.
13 Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die erste Flächenelektrode (10) und die zweite Flächenelektrode (11) transparent ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei 19
(A) ein PDLC-Funktionselement (4), vorzugsweise mittels Laserstrahlung, in mindestens zwei getrennte Funktionselementsegmente aufgeteilt wird,
(B) das PDLC-Funktionselement (4), die thermoplastische Zwischenschicht (3), die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) zu einem Schichtstapel angeordnet werden,
(C) der Schichtstapel zur Verbundscheibe (100) laminiert wird und
(D) das PDLC-Funktionselement (4) mit der Steuereinheit (5) verbunden wird. Verwendung einer Verglasungseinheit nach Anspruch 1 bis 13 in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheiben und/oder Glasdach, bevorzugt als Windschutzscheibe oder als funktionales und/oder dekoratives Einzelstück und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden.
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