Устройство для приведения в действие функциональных элементов с электрически регулируемыми оптическими свойствами - RU2743111C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для приведения в действие по меньшей мере одного функционального элемента с электрически регулируемыми оптическими свойствами.

В области транспортных средств и в строительной отрасли часто применяются многослойные оконные стекла с электрически регулируемыми функциональными элементами для защиты от солнечного света или для защиты от взглядов извне.

Например, известны ветровые стекла, в которые встроен солнцезащитный экран в виде функционального элемента с электрически регулируемыми оптическими свойствами. При этом, в частности, электрически регулируется светопропускание или характеристики рассеяния электромагнитного излучения в видимой области спектра. Как правило, функциональные элементы имеют форму пленки и встроены в многослойное стекло в виде внутреннего слоя или же наклеены на него. В случае ветровых стекол водитель может сам управлять характеристиками пропускания стекла относительно солнечного излучения. Таким образом, можно оказаться от обычного механического солнцезащитного козырька. Тем самым может быть уменьшен вес транспортного средства, и освобождается пространство в зоне крыши. Кроме того, электрическое регулирование солнцезащитного экрана является для водителя более комфортным, чем поворачивание вниз вручную механического солнцезащитного козырька.

Ветровые стекла с подобными электрически регулируемыми солнцезащитными экранами известны, например, из патентных документов DE 102013001334 А1, DE 102005049081 В3, DE 102005007427 А1 и DE 102007027296 А1.

Типичные электрически регулируемые функциональные элементы содержат электрохромные слоистые структуры или представляют собой пленочные устройства со взвешенными частицами (SPD). Дополнительными возможными функциональными элементами для формирования регулируемого солнцезащитного экрана являются так называемые функциональные элементы PDLC (polymer dispersed liquid crystal, полимер-диспергированные жидкие кристаллы). Их активный слой содержит жидкие кристаллы, которые размещены в полимерной матрице. С обеих сторон активного слоя размещены прозрачные плоские электроды так, что в активном слое может быть создано электрическое поле. Если не приложено напряжение, то жидкие кристаллы ориентированы беспорядочно, что приводит к сильному рассеянию проходящего через активный слой света. Когда на плоские электроды подается напряжение, жидкие кристаллы выстраиваются по одному общему направлению, и светопропускание света через активный слой повышается. Функциональный элемент PDLC действует в меньшей степени за счет уменьшения общего пропускания, но в основном в результате увеличения рассеяния, чтобы обеспечивать защиту от слепящего действия. Такие функциональные элементы PDLC описаны, например, в патентных документах US 2017/090224 A1 и JP 2013 072895 A

Поэтому в основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного устройства для приведения в действие функциональных элементов с электрически регулируемыми оптическими свойствами, которое, в частности, является улучшенным в отношении его устойчивости к старению.

Задача настоящего изобретения решается посредством устройства согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Соответствующее изобретению устройство для приведения в действие функциональных элементов с электрически регулируемыми оптическими свойствами включает по меньшей мере:

- источник электрической энергии с выходным напряжением U,

- по меньшей мере один функциональный элемент с электрически регулируемыми оптическими свойствами, и

- по меньшей мере два питающих проводника, посредством которых соединены источник электрической энергии и функциональный элемент,

причем выходное напряжение U представляет собой переменное напряжение с

- частотой f от 40 Гц до 210 Гц, предпочтительно от 45 Гц до 105 Гц, и особенно предпочтительно от 49 Гц до 69 Гц,

- имеет максимальную амплитуду U_max от 24 В до 100 В, предпочтительно от 50 В до 75 В, и особенно предпочтительно от 60 В до 70 В,

- и крутизну фронта импульса в диапазоне выходного напряжения U между -80% U_max и 80% U_max от 0,05^*U_max/100 мкс до 0,1^*U_max/100 мкс, и в диапазоне выходного напряжения U между 80% U_max и -80% U_max от -0,05^*U_max/100 мкс до -0,1^*U_max/100 мкс.

Это значит, что соответствующее изобретению устройство содержит по меньшей мере один соответствующий изобретению функциональный элемент и дополнительные устройства для приведения его в действие.

Под «крутизной фронта импульса» следует понимать математически общепринятую производную выходного напряжения U по времени (dU(t)/dt), то есть, локальную крутизну фронта импульса в каждый момент времени в пределах данного приведенного диапазона выходного напряжения U (то есть, между -80% U_max и 80% U_max (нарастающий фронт) и, соответственно, между 80% U_max и -80% U_max (ниспадающий фронт)). Крутизна фронта импульса не обязательно является постоянной в пределах данного нарастающего или ниспадающего фронта. Важным является только то, что крутизна фронта импульса в данной области имеет место в данном диапазоне, который не выходит за пределы соответствующей изобретению области крутизны фронта импульса.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения выходное напряжением U также в данном диапазоне изменяется во времени t с линейным нарастающим и ниспадающим фронтом так, что крутизна фронта импульса является постоянной в данном диапазоне.

Максимальная амплитуда U_max предпочтительно является постоянной, то есть, неизменной на протяжении определенного температурного диапазона или ниже определенной пороговой температуры.

В дополнительном предпочтительном соответствующем изобретению варианте исполнения крутизна фронта импульса в диапазоне выходного напряжения U составляет

между -100% U_max до -80% U_max и между 80% U_max до 100% U_max менее 0,05^*U_max/100 мкс (предпочтительно между 0 и 0,05^*U_max/100 мкс), и

между 100% U_max до 80% U_max и между -80% U_max до -100% U_max более -0,05^*U_max/100 мкс (предпочтительно между -0,05^*U_max/100 мкс и 0).

В дополнительном предпочтительном соответствующем изобретению варианте исполнения крутизна фронта импульса в диапазоне выходного напряжения U составляет

между -90% U_max до 90% U_max от 0,05^*U_max/100 мкс до 0,1^*U_max/100 мкс, и

между 90% U_max до -90% U_max составляет от -0,05^*U_max/100 мкс до -0,1^*U_max/100 мкс.

В предпочтительном усовершенствовании крутизна фронта импульса в диапазоне выходного напряжения U составляет

между -100% U_max до -90% U_max и между 90% U_max до 100% U_max менее 0,05^*U_max/100 мкс, и

между 100% U_max до 90% U_max и между -90% U_max до -100% U_max более -0,05^*U_max/100 мкс.

Соответствующий изобретению функциональный элемент благоприятным образом размещается на наружной стороне или на внутренней стороне одиночного оконного стекла или многослойного стекла, или внутри многослойного стекла.

В одном предпочтительном усовершенствовании соответствующее изобретению устройство имеет термометр, который размещен на функциональном элементе. Максимальное расстояние между термометром и функциональным элементом предпочтительно составляет 10 мм, и особенно предпочтительно 1 мм. В частности, термометр размещается непосредственно на функциональном элементе.

Например, термометр представляет собой резистивный термометр или, в общем случае, термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или с положительным температурным коэффициентом (PTC), предпочтительно в миниатюрной конфигурации.

Термометр соединен с источником энергии, например, через сигнальные провода. Источник энергии выполнен таким образом, что может измеряться температура на термометре, и максимальное выходное напряжение U_max регулируется сообразно температуре.

Кроме того, изобретение включает способ управления соответствующим изобретению устройством, причем

а) измеряется температура Т на термометре, и

b) максимальная амплитуда U_max выходного напряжения U приводится в соответствие с температурой, причем от определенной пороговой температуры T_S с ростом температуры Т максимальная амплитуда U_max снижается, и до пороговой температуры T_S со снижением температуры Т максимальная амплитуда U_max повышается.

Для температур Т ниже пороговой температуры T_S максимальная амплитуда U_max предпочтительно остается выдерживаемой на постоянном уровне.

Кроме того, изобретение включает способ приведения в действие соответствующего изобретению устройства, причем измеряется температура Т на термометре, и максимальная амплитуда U_max выходного напряжения U корректируется в зависимости от температуры Т, причем

для T≤T_S действительно: U_{max, u}≤Umax≤U_{max, o}, и

для T>T_S действительно: U_{max, u}+g_u*(T-T_S)≤U_{max, T}≤U_{max, o}+g_о^*(T-T_S) с U_{max, u}≤U_{max, T}≤U_{max, o} и g_u≤g₀<0 В/°C

и T_S=постоянная.

U_{max, u} представляет нижнюю максимальную амплитуду, U_{max, o} представляет верхнюю максимальную амплитуду; g_u представляет нижнюю крутизну фронта импульса; g_о представляет верхнюю крутизну фронта импульса.

В одном предпочтительном варианте исполнения

U_{max, u}=24 В, U_{max, o}=100 В, g_u=2 В/°C, и g_о=0,3 В/°C, и 40°C≤T_S≤60°C.

В особенно предпочтительном варианте исполнения

U_{max, u}=60 В, U_{max, o}=70 В, g_u=1,5 В/°C, и g_о=0,5 В/°C, и 40°C≤T_S≤60°C.

В дополнительном предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению способа действительно:

для T≤T_S действительно: U_max=U_{max, k}=постоянное с 50 В≤U_{max, k}≤75 В, и

для T>T_S действительно: U_max= U_{max, k}+g(T-T_S) с -1,5 В/°C≤g≤-0,5 В/°C

и T_S= постоянная с 40°C≤T_S≤60°C,

в особенности предпочтительно 45°C≤T_S≤55°C, и, например, T_S=50°C.

В дополнительном предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению способа:

для T≤T_S действительно: U_max=U_{max, k}=постоянное с 60 В≤U_{max, k}≤70 В, и

для T>T_S действительно: U_max= U_{max, k}+g(T-T_S) с

g=постоянная и -1,5 В/°C≤g≤-0,5 В/°C, и

T_S=постоянная с 40°C≤T_S≤60°C,

в особенности предпочтительно 45°C≤T_S≤55°C, и, например, T_S=50°C.

Соответствующее изобретению многослойное стекло включает по меньшей мере:

- последовательность слоев из наружной стеклянной пластины, первого промежуточного слоя, второго промежуточного слоя и внутренней стеклянной пластины, причем промежуточные слои в каждом случае содержат по меньшей мере одну термопластичную пленку по меньшей мере с одним пластификатором, и

- размещенный между первым промежуточным слоем и вторым промежуточным слоем, по меньшей мере на отдельном участке, функциональный элемент с электрически регулируемыми оптическими свойствами.

Например, многослойное стекло может представлять собой ветровое стекло или остекление крыши транспортного средства, или другое остекление транспортного средства, например, стеклянную перегородку в автомобиле, предпочтительно в рельсовом транспортном средстве или в автобусе. В альтернативном варианте многослойное стекло может представлять собой архитектурное остекление, например, в наружном фасаде здания, или стеклянную перегородку внутри здания.

Понятия «наружная пластина» и «внутренняя пластина» произвольно описывают два различных оконных стекла. В частности, наружная пластина может называться первой пластиной, и внутренняя пластина может называться второй пластиной.

Если многослойное стекло предусматривается для размещения в оконном проеме транспортного средства или здания, чтобы отделять внутреннее пространство от внешней среды, то внутренней пластиной в смысле изобретения обозначается обращенная к внутреннему пространству (внутреннему пространству транспортного средства) пластина (вторая пластина). Наружной пластиной называется обращенная к внешнему окружению пластина (первая пластина). Но изобретение этим не ограничивается.

Соответствующее изобретению многослойное стекло содержит функциональный элемент с электрически регулируемыми оптическими свойствами, который размещается между первым промежуточным слоем и вторым промежуточным слоем, по меньшей мере на отдельном участке. Первый и второй промежуточные слои обычно имеют такие же размеры, как наружная пластина и внутренняя пластина.

Функциональный элемент предпочтительно является плоским или, другими словами, выполнен в виде пленки.

В предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла промежуточный слой содержит полимер, предпочтительно термопластичный полимер.

В особенно предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла промежуточный слой содержит по меньшей мере 3 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 5 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 20 вес.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 30 вес.%, и в особенности по меньшей мере 40 вес.% пластификатора, Пластификатор предпочтительно содержит триэтиленгликоль-бис-(2-этилгексаноат), или состоит из него.

При этом пластификаторы представляют собой химические вещества, которые делают синтетические материалы более мягкими, гибкими, пластичными и/или эластичными. Они смещают область термоэластичности синтетических материалов к более низким температурам так, что синтетические материалы имеют желательные характеристики эластичности в диапазоне эксплуатационных температур. Дополнительными предпочтительными пластификаторами являются сложные эфиры карбоновых кислот, в частности, малолетучие сложные эфиры карбоновых кислот, жиры, масла, мягкие смолы и камфора. Дополнительные пластификаторы предпочтительно представляют собой алифатические сложные диэфиры три- и, соответственно, тетраэтиленгликоля. В особенности предпочтительно в качестве пластификаторов используются 3G7, 3G8 или 4G7, причем первая цифра указывает число этиленгликолевых структурных единиц, и последняя цифра обозначает число атомов углерода в фрагменте карбоновой кислоты соединения. Так, 3G8 означает триэтиленгликоль-бис-(2-этилгексаноат), то есть, соединение с формулой C₄H₉CH(CH₂CH₃)CO(OCH₂CH₂)₃O₂CCH(CH₂CH₃)C₄H₉.

В дополнительном особенно предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла промежуточный слой содержит по меньшей мере 60 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 70 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 90 вес.%, и, в частности, по меньшей мере 97 вес.% поливинилбутираля.

Толщина каждого промежуточного слоя предпочтительно составляет от 0,2 мм до 2 мм, особенно предпочтительно от 0,3 мм до 1 мм, в частности, от 0,3 мм до 0,5 мм, например, 0,38 мм.

В предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла функциональный элемент представляет собой функциональный элемент, на отдельном участке или полностью непосредственно окруженный изолирующей пленкой. Изолирующая пленка выполнена так, что она предотвращает диффузию пластификатора из промежуточного слоя через изолирующую пленку в активный слой функционального элемента, что ухудшало бы его электрически регулируемые оптические свойства.

В особенно предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла изолирующая пленка содержит мало пластификатора, предпочтительно с содержанием пластификатора менее 3 вес.%, особенно предпочтительно менее 1 вес.%, и, в частности, менее 0,5 вес.%. Наиболее предпочтительно изолирующая пленка не содержит пластификатор, то есть выполнена без преднамеренного добавления пластификатора. Изолирующая пленка содержит полимер, предпочтительно полиэтилентерефталат (PET) или поливинилфторид (PVF), или состоит из него. Изолирующая пленка также может содержать малопластифицированный поливинилбутираль (PVB) с содержанием пластификатора менее 3 вес.%.

Управляемый функциональный элемент обычно включает активный слой между двумя плоскими электродами. Активный слой имеет регулируемые оптические свойства, которые могут управляться подведением через плоские электроды напряжения. Плоские электроды и активный слой обычно размещаются по существу параллельно поверхностям наружной пластины и внутренней пластины. Плоские электроды известным путем электрически соединены с внешним источником напряжения. Электрическое контактирование осуществляется посредством подходящего соединительного кабеля, например, пленочного проводника, который необязательно соединен с плоскими электродами через так называемые токопроводящие шины (токосборные шины), например, полоски из электропроводного материала или электрически проводящей надпечатки.

Плоские электроды предпочтительно выполнены как прозрачные, электрически проводящие слои. Плоские электроды предпочтительно содержат по меньшей мере один металл, металлический сплав или прозрачный проводящий оксид (прозрачный проводящий оксид, TCO). Например, плоские электроды могут содержать серебро, золото, медь, никель, хром, вольфрам, оксид индия-олова (ITO), легированный галлием или легированный алюминием оксид цинка, и/или легированный фтором или легированный сурьмой оксид олова. Плоские электроды предпочтительно имеют толщину от 10 нм до 2 мкм, особенно предпочтительно от 20 нм до 1 мкм, наиболее предпочтительно от 30 нм до 500 нм.

Кроме активного слоя и плоских электродов, функциональный элемент может иметь дополнительные общеизвестные слои, например, барьерные слои, блокирующие слои, противоотражательные слои, защитные слои и/или выравнивающие слои.

Функциональный элемент предпочтительно присутствует как многослойная пленка с двумя наружными несущими пленками. При такой многослойной пленке плоские электроды и активный слой размещаются между обеими несущими пленками. Под наружной несущей пленкой здесь подразумевается, что несущие пленки образуют обе поверхности многослойной пленки. Тем самым функциональный элемент может быть сформирован как ламинированная пленка, которая может быть обработана благоприятным образом. Посредством несущих пленок функциональный элемент может быть благоприятным образом защищен от повреждения, в частности, от коррозии. Многослойная пленка в приведенной последовательности слоев содержит по меньшей мере одну несущую пленку, плоский электрод, активный слой, дополнительный плоский электрод и дополнительную несущую пленку. Несущая пленка, в частности, несет плоские электроды и придает жидкостному или мягкому активному слою необходимую механическую стабильность.

Несущие пленки предпочтительно содержат по меньшей мере один термопластичный полимер, особенно предпочтительно малопластифицированный или не содержащий пластификатор полиэтилентерефталат (PET). Это является особенно благоприятным в отношении стабильности многослойной пленки. Но несущие пленки также могут содержать малопластифицированные или не содержащие пластификатор полимеры, или состоять из них, например, этиленвинилацетат (EVA), полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат, полиакрилат, поливинилхлорид, полиацетатную смолу, литьевые смолы, акрилаты, фторированный этилен-пропиленовый сополимер, поливинилфторид, и/или сополимер этилена и тетрафторэтилена. Толщина каждой несущей пленки предпочтительно составляет от 0,1 мм до 1 мм, особенно предпочтительно от 0,1 мм до 0,2 мм.

Как правило, несущие пленки в каждом случае имеют электрически проводящее покрытие, которое обращено к активному слою и действует как плоский электрод.

В дополнительном предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла функциональный элемент представляет собой функциональный PDLC-элемент (polymer dispersed liquid crystal, полимер-диспергированные жидкие кристаллы). Активный слой функционального PDLC-элемента содержит жидкие кристаллы, которые размещены в полимерной матрице. Если не приложено напряжение, то жидкие кристаллы ориентированы беспорядочно, что приводит к сильному рассеянию проходящего через активный слой света. Когда на плоские электроды подается напряжение, жидкие кристаллы выстраиваются по одному общему направлению, и светопропускание света через активный слой повышается.

Но в принципе также возможно применение управляемых функциональных элементов других типов, например, электрохромных функциональных элементов или функциональных SPD-элементов (устройств со взвешенными частицами). Указанные управляемые функциональные элементы и принцип их действия являются общеизвестными для специалиста, так что в этом месте можно отказаться от подробного описания их.

Функциональные элементы в форме многослойных пленок имеются в продаже на рынке. Встраиваемый функциональный элемент, как правило, вырезается из имеющей большие размеры многослойной пленки до желательных формы и величины. Это может быть выполнено механическим путем, например, лезвием. В предпочтительном варианте исполнения вырезание выполняется с помощью лазера. Как оказалось, в этом случае боковые кромки являются более стабильными, чем при механической резке, при обрезанных механическим путем боковых кромках может возникать такая опасность, что материал, так сказать, оттягивается, что оказывается визуально заметным и негативно влияет на эстетический вид оконного стекла. Кроме того, возрастает опасность того, что соприкоснутся плоские электроды.

Функциональный элемент через область первого промежуточного слоя соединяется с наружной пластиной и через область второго промежуточного слоя с внутренней пластиной. Промежуточные слои предпочтительно размещаются друг на друге по площади и наслоены друг на друга, причем функциональный элемент уложен между обоими слоями. Тогда перекрываемые функциональным элементом области промежуточных слоев образуют зону, которая соединяет функциональный элемент с пластинами. В других областях оконного стекла, где промежуточные слои непосредственно контактируют друг с другом, они могут быть при ламинировании расплавлены так, что оба прежних слоя при известных обстоятельствах оказываются уже неразличимыми, и вместо них наличествует один однородный промежуточный слой.

Например, промежуточный слой может быть сформирован единственной термопластичной пленкой. Промежуточный слой также может быть сформирован как двухслойный, трехслойный или многослойный пленочный пакет, причем отдельные пленки имеют одинаковые или различающиеся свойства. Промежуточный слой также может быть образован из участков различных термопластичных пленок, боковые кромки которых граничат друг с другом.

В предпочтительном усовершенствованном варианте исполнения соответствующего изобретению многослойного стекла область первого или второго промежуточного слоя, через которую функциональный элемент соединяется с наружной пластиной и, соответственно, внутренней пластиной, может быть тонированной или окрашенной. Таким образом, светопропускание этой области в видимом спектральном диапазоне снижается по сравнению с нетонированным или неокрашенным слоем. Тонированная/окрашенная область промежуточного слоя тем самым снижает коэффициент пропускания света ветрового стекла в области солнцезащитного экрана. В частности, улучшается эстетическое восприятие функционального элемента, поскольку тонирование приводит к более нейтральному внешнему виду, что является более приятным для наблюдателя.

Под электрически регулируемыми оптическими свойствами в смысле изобретения подразумеваются такие свойства, которые могут регулироваться плавно, но в то же время также такие, которые могут переключаться между двумя или более дискретными состояниями.

Электрическое управление солнцезащитным экраном выполняется, например, посредством переключателей, поворотных или движковых регуляторов, которые встроены в оборудование транспортного средства. Но также в ветровое стекло может быть встроена кнопка для регулирования солнцезащитного экрана. Альтернативно или дополнительно, солнцезащитный экран может управляться бесконтактным путем, например, распознаванием жестов, или регулироваться в зависимости от определяемого камерой или подходящим оценивающим устройством состояния зрачка или век. Альтернативно или дополнительно, солнцезащитный экран может управляться посредством датчиков, которые детектируют падающий на оконное стекло свет.

Тонированная или окрашенная область промежуточного слоя предпочтительно имеет коэффициент светопропускания в видимой области спектра от 10% до 50%, особенно предпочтительно от 20% до 40%. Тем самым достигаются особенно хорошие результаты в отношении защиты от слепящего действия и визуального внешнего вида.

Промежуточный слой может быть сформирован отдельной термопластичной пленкой, в которой создана тонированная или окрашенная область путем локального тонирования или окрашивания. Такие пленки могут быть получены, например, соэкструзией. В альтернативном варианте, нетонированный участок пленки и тонированный или окрашенный участок пленки могут быть скомбинированы с образованием термопластичного слоя.

Тонированная или окрашенная область может быть однородно окрашенной или тонированной, то есть, имеющей не зависящее от места светопропускание. Но тонирование или окрашивание могут быть также неравномерными, в частности, могут обеспечивать переменную характеристику светопропускания. В одном варианте исполнения коэффициент пропускания в тонированной или окрашенной области снижается, по меньшей мере на отдельных участках, по мере увеличения расстояния до верхней кромки. Тем самым можно избежать резких краев тонированной или окрашенной области, так что переход от солнцезащитного экрана к прозрачной области ветрового стекла происходит постепенно, что выглядит эстетически более привлекательным.

В одном предпочтительном варианте исполнения тонирована область первого промежуточного слоя, то есть, область между функциональным элементом и наружной пластиной. Это создает особенно эстетичное впечатление при взгляде сверху на наружную пластину. Область второго промежуточного слоя между функциональным элементом и внутренней пластиной необязательно может быть дополнительно окрашена или тонирована.

Многослойное стекло с электрически управляемым функциональным элементом может быть благоприятным образом выполнено как ветровое стекло с электрически управляемым солнцезащитным экраном.

Такое ветровое стекло имеет верхнюю кромку и нижнюю кромку, а также две пролегающих между верхней кромкой и нижней кромкой боковых кромки. Верхней кромкой называется та кромка, которая в собранном состоянии обращена вверх. Нижней кромкой называется та кромка, которая в собранном состоянии обращена вниз. Верхняя кромка часто называется кромкой у крыши, и нижняя кромка как кромка у моторного отсека.

Ветровые стекла имеют центральную зону обзора, к которой предъявляются высокие требования относительно оптического качества. Центральная зона обзора должна иметь высокое светопропускание (как правило, свыше 70%). Указанная центральная зона обзора, в частности, представляет собой такую зону обзора, которая обозначается специалистом как зона обзора В, поле зрения В или зона В. Зона обзора В и предъявляемые к ней технические требования установлены в регламенте № 43 Экономической комиссии Организации Объединенных Наций для Европы (UN/ECE) (ECE-R43, «Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Sicherheitsverglasungswerkstoffe und ihres Einbaus in Fahrzeuge» («Единые условия для утверждения материалов безопасного остекления и их монтажа в транспортных средствах»)). Так же в Приложении 18 определена зона обзора В.

Тогда функциональный элемент благоприятным образом размещается выше зоны обзора (зоны обзора В). Это значит, что функциональный элемент размещается в области между центральной зоной обзора и верхней кромкой ветрового стекла. Функциональный элемент не должен покрывать всю область, но должен быть позиционирован полностью внутри этой области и не выступать в центральную зону обзора. Иначе говоря, функциональный элемент отстоит на меньшем расстоянии от верхней кромки ветрового стекла, чем зона обзора. Тем самым светопропускание центральной зоны обзора не нарушается функциональным элементом, который размещается в таком же месте, как классический механический солнцезащитный козырек в опущенном вниз состоянии.

Ветровое стекло предпочтительно предусматривается для автомобиля, в особенности предпочтительно для легкового автомобиля.

В одном предпочтительном варианте исполнения функциональный элемент, точнее, боковые кромки функционального элемента, по периметру окружены третьим промежуточным слоем. Третий промежуточный слой выполнен в виде рамки с выемкой, в которую уложен функциональный элемент. Третий промежуточный слой также может быть сформирован из термопластичной пленки, в которой вырубкой была образована выемка. В альтернативном варианте, третий промежуточный слой также может быть собран из многочисленных пленочных фрагментов вокруг функционального элемента. Промежуточный слой предпочтительно выполнен в целом по меньшей мере из трех размещенных по площади друг на друге термопластичных слоев, причем средний слой имеет выемку, в которой размещается функциональный элемент. При изготовлении третий промежуточный слой размещается между первым и вторым промежуточными слоями, причем боковые кромки всех промежуточных слоев предпочтительно размещаются встык. Третий промежуточный слой предпочтительно имеет примерно такую же толщину, как функциональный элемент. Тем самым компенсируется местная разница в толщине ветрового стекла, которая обусловливается локально ограниченным функциональным элементом, так что можно избежать излома стекла при ламинировании.

Видимые на просвет через ветровое стекло боковые кромки функционального элемента предпочтительно размещаются заподлицо с третьим промежуточным слоем так, что между боковыми кромками функционального элемента и соответствующими им боковыми кромками промежуточного слоя не существуют никаких зазоров. В частности, это особенно касается нижней кромки функционального элемента, которая обычно может быть видна. Таким образом, граница между третьим промежуточным слоем и функциональным элементом оказывается визуально незаметной. В дополнение, края могут быть замаскированы печатью черным цветом, например, на наружной стороне оконного стекла.

В одном предпочтительном варианте исполнения нижние кромки функционального элемента и тонированной области промежуточного(-ных) слоя(-ев) выполняются согласованными с формой верхней кромки ветрового стекла, что обеспечивает визуально более привлекательный внешний вид. Поскольку верхняя кромка ветрового стекла, как правило, является изогнутой, в частности, вогнуто изогнутой, нижняя кромка функционального элемента и тонированной области также предпочтительно выполняется изогнутой. В особенности предпочтительно нижние кромки функционального элемента выполняются по существу параллельными верхней кромке ветрового стекла. Но также возможно формирование солнцезащитного экрана из двух в каждом случае прямых половин, которые размещаются под углом друг к другу и v-образно приближаются к форме верхней кромки.

В одном варианте осуществления изобретения функциональный элемент подразделен на сегменты изолирующими линиями. В частности, изолирующие линии проведены в плоских электродах так, что сегменты плоских электродов электрически изолированы друг от друга. Отдельные сегменты независимо друг от друга соединены с источником напряжения так, что они могут управляться по отдельности. Тем самым могут независимо регулироваться различные области солнцезащитного экрана. В особенности предпочтительно, когда изолирующие линии и сегменты в собранном состоянии размещаются горизонтально. Тем самым может регулироваться высота солнцезащитного экрана для пользователя. Понятие «горизонтально» здесь должно толковаться в широком смысле, и подразумевает направление по ширине, которое в случае ветрового стекла проходит между боковыми кромками. Изолирующие линии не обязательно должны быть прямыми, но также могут быть слегка изогнутыми, предпочтительно в согласовании с возможной кривизной верхней кромки ветрового стекла, в частности, по существу параллельно верхней кромке ветрового стекла. Также возможны вертикальные изолирующие линии.

Например, изолирующие линии имеют ширину от 5 мкм до 500 мкм, в частности, от 20 мкм до 200 мкм. Ширина сегментов, то есть, расстояние между соседними изолирующими линиями, может должным образом выбираться специалистом сообразно требованиям конкретной ситуации.

Изолирующие линии могут быть выполнены способом лазерной абляции, механическим прорезанием или вытравливанием во время изготовления функционального элемента. Уже ламинированные многослойные пленки также могут быть впоследствии дополнительно сегментированы посредством лазерной абляции.

Верхняя кромка и боковые кромки, или все боковые кромки функционального элемента в виде ветрового стекла на просвет предпочтительно прикрываются непрозрачной маскировочной печатью или наружной рамкой. Как правило, ветровые стекла имеют нанесенную по периметру маскировочную печать из непрозрачной эмали, которая, в частности, служит для защиты от УФ-излучения и визуального маскирования используемого при монтаже ветрового стекла клеевого материала. Эта периферическая маскирующая печать предпочтительно используется для того, чтобы прикрывать также верхнюю кромку и боковые кромки функционального элемента, а также необходимые электрические подключения. Тогда солнцезащитный экран благоприятным образом интегрируется с внешним видом ветрового стекла, и для наблюдателя потенциально видимой оказывается только нижняя кромка. Маскирующую печать предпочтительно имеет как наружная пластина, так и внутренняя пластина, так что затрудняется вид на просвет с обеих сторон.

Функциональный элемент также может иметь выемки или отверстия, например, в области так называемого сенсорного окна или окна камеры. Эти области предусмотрены для оснащения датчиками или камерой, функционирование которых нарушалось бы регулируемым функциональным элементом, находящимся на траектории лучей, например, датчиков дождя. Также возможно формирование солнцезащитного экрана по меньшей мере с двумя отделенными друг от друга функциональными элементами, причем между функциональными элементами может иметься промежуток, который обеспечивает пространство для сенсорного окна или окна камеры.

Функциональный элемент (или совокупность функциональных элементов в вышеописанном случае со многими функциональными элементами) предпочтительно размещается по всей ширине многослойного стекла и, соответственно, ветрового стекла, за вычетом краевых областей с обеих сторон с шириной, например, от 2 мм до 20 мм. Функциональный элемент также находится на расстоянии от верхней кромки, например, от 2 мм до 20 мм. Тем самым функциональный элемент заключен внутри промежуточного слоя и защищен от контакта с окружающей атмосферой и от коррозии.

Наружная пластина и внутренняя пластина предпочтительно выполнены из стекла, в особенности предпочтительно из калий-натриевого стекла, как это является обычным для оконных стекол. Но пластины могут быть сформированы из других сортов стекла, например, кварцевого стекла, боросиликатного стекла или алюмосиликатного стекла, или из жестких прозрачных синтетических материалов, например, поликарбоната или полиметилметакрилата. Пластины могут быть бесцветными, или также тонированными или окрашенными. Ветровые стекла при этом должны иметь достаточное светопропускание в центральной зоне обзора, предпочтительно по меньшей мере 70% в главной области А видимости согласно регламенту ECE-R43.

Наружная пластина, внутренняя пластина и/или промежуточный слой могут иметь дополнительные подходящие, общеизвестные покрытия, например, противоотражательные покрытия, антиадгезионные покрытия, покрытия для предотвращения царапин и сколов, фотокаталитические покрытия или солнцезащитные покрытия, или энергосберегающие Low-E-покрытия.

Толщина наружной пластины и внутренней пластины может варьироваться в широких пределах, и тем самым адаптироваться к требованиям конкретной ситуации. Наружная пластина и внутренняя пластина предпочтительно имеют толщины от 0,5 мм до 5 мм, в особенности предпочтительно от 1 мм до 3 мм.

Изобретение основывается на знании авторов настоящего изобретения, что является благоприятным, когда напряжение на функциональном элементе по возможности быстро достигает своего максимума и, соответственно, минимума. Вследствие обычно большой емкости функционального элемента для этого требуются большие токи включения, которые сильно нагревают питающие провода, контакты и плоские электроды функционального элемента, и тем самым приводят к быстрому старению функционального элемента. Особенно критичными при этом являются места с высокими контактными сопротивлениями, например, на переходе от питающих проводников к токосборной шине, которая контактируем с плоскими электродами, или на переходе между токосборной шиной и плоскими электродами. Там могут развиваться высокие локальные температуры, которые могут вызывать повреждение или преждевременное старение плоских электродов или активного слоя функционального элемента. Благодаря соответствующей изобретению меньшей крутизне фронта импульса может быть предотвращено такое чрезмерное повышение температуры.

Как уже упоминалось, для оптической прозрачности является благоприятным, когда напряжение на функциональном элементе достигает своего максимума и, соответственно, минимума по возможности быстро. При прямоугольной или трапециевидной форме сигнала быстрый переход между фронтом и плато может приводить к проблемам в отношении электромагнитной совместимости (EMV) на смежных электронных устройствах. Скругление перехода улучшает электромагнитную совместимость в результате сокращения паразитных сигналов.

Кроме того, изобретение включает применение соответствующего изобретению устройства для приведения в действие функциональных элементов с электрически регулируемыми оптическими свойствами во внутреннем остеклении или наружном остеклении в транспортном средстве и в здании, причем электрически управляемый функциональный элемент используется в качестве защиты от солнечного света или для защиты от взглядов извне.

Кроме того, изобретение включает применение соответствующего изобретению устройства для приведения в действие функциональных элементов с электрически регулируемыми оптическими свойствами в ветровом стекле или остеклении крыши транспортного средства, причем электрически управляемый функциональный элемент используется в качестве солнцезащитного экрана.

Наибольшее преимущество изобретения в случае многослойных стекол как ветровых стекол состоит в том, что можно отказаться от классически устанавливаемого у крыши транспортного средства механически откидного солнцезащитного козырька. Поэтому изобретение также включает транспортное средство, в частности, легковой автомобиль, который не имеет такого классического солнцезащитного козырька.

Кроме того, изобретение включает применение тонированной или окрашенной области промежуточного слоя для соединения имеющего электрически регулируемые оптические свойства функционального элемента с наружной пластиной или с внутренней пластиной многослойного стекла, причем посредством тонированной или окрашенной области промежуточного слоя и функционального элемента формируется электрически регулируемый солнцезащитный экран.

Изобретение более подробно разъясняется с помощью чертежа и примеров осуществления. Чертеж представляет собой схематическое изображение и выполнен не в масштабе. Чертеж никоим образом не ограничивает изобретение. Как показано:

Фигура 1А представляет вид сверху соответствующего изобретению устройства для приведения в действие функциональных элементов с электрически регулируемыми оптическими свойствами в одном варианте исполнения,

Фигура 1В представляет вид в разрезе, проведенном через многослойное стекло Фигуры 1А вдоль линии X-X’ сечения,

Фигура 1С представляет увеличенное изображение области Z Фигуры 1В,

Фигура 2А представляет диаграмму выходного напряжения U в зависимости от времени t,

Фигура 2В представляет увеличенный фрагмент выходного напряжения U в зависимости от времени t из диаграммы на Фигуре 2А,

Фигура 3 показывает диаграмму максимального выходного напряжения U_max в зависимости от температуры Т.

Фигура 1А показывает устройство 100 для приведения в действие функционального элемента 2 с электрически регулируемыми оптическими свойствами. Устройство 100 включает источник 1 электрической энергии, который через два питающих проводника 3 электрически соединен с функциональным элементом 2. Функциональный элемент 2 здесь размещен, например, внутри многослойного стекла 10.

Фигура 1В показывает вид в разрезе соответствующего изобретению многослойного стекла 10. Многослойное стекло 10 включает наружную пластину 11 и внутреннюю пластину 12, которые соединены между собой первым промежуточным слоем 13а и вторым промежуточным слоем 13b. Наружная пластина 11 имеет толщину 2,1 мм и состоит, например, из прозрачного калий-натриевого стекла. Внутренняя пластина 12 имеет толщину 1,6 мм и состоит, например, также из прозрачного калий-натриевого стекла. Многослойное стекло 10 может быть размещено, например, в качестве остекления транспортного средства как стекло крыши в крыше автомобиля. В дополнительном примере исполнения многослойное стекло 12 может быть размещено как архитектурное остекление в рамах окна с дополнительными оконными стеклами для изолирующего остекления.

Между первым промежуточным слоем 3а и вторым промежуточным слоем 3b размещается функциональный элемент 2, оптические свойства которого могут регулироваться электрическим напряжением.

Управляемый функциональный элемент 2 представляет собой, например, многослойную PDLC-пленку, состоящую из активного слоя 21 между двумя плоскими электродами 22, 23 и двумя несущими пленками 24, 25. Активный слой 21 содержит полимерную матрицу с диспергированными в ней жидкими кристаллами, которые выстраиваются в зависимости от прилагаемого на плоские электроды электрического напряжения, благодаря чему могут регулироваться оптические свойства. Несущие пленки 24, 25 состоят из PET и имеют толщину, например, 0,125 мм. Несущие пленки 24, 25 снабжены обращенным к активному слою 21 покрытием из ITO с толщиной около 100 нм, которое образует плоские электроды 22, 23. Плоские электроды 22, 23 электрически соединены через не показанную токосборную шину (например, выполненную способом трафаретной печати содержащей серебро краской) с питающими проводниками 3, и через них с источником 1 энергии.

Промежуточные слои 13а, 13b в каждом случае включают термопластичную пленку с толщиной 0,38 мм. Например, промежуточные слои 13а, 13b состоят из 78 вес.% поливинилбутираля (PVB) и 20 вес.% триэтиленгликоль-бис-(2-этилгексаноата) в качестве пластификатора.

Источник 1 электрической энергии выдает выходное напряжение U, которое через питающие проводники 3 подается на плоские электроды 22, 23 плоского элемента 2, и которое высотой напряжения регулирует оптические свойства плоского элемента 2, то есть, в данном случае прозрачность для видимого света.

Фигура 2А показывает диаграмму выходного напряжения U источника 1 энергии в зависимости от времени t. Выходное напряжение U выдается источником 1 энергии при приведении в действие устройства, то есть, при присоединенном функциональном элементе.

Фигура 2В показывает увеличенный фрагмент диаграммы Фигуры 2А. Выходное напряжение U представляет собой по существу трапециевидное напряжение со слегка наклонными фронтами и скругленными углами. Выходное напряжение U изменяется между минимальным значением от -U_max (отрицательным максимальным выходным напряжением) и максимальным значением U_max (положительным максимальным выходным напряжением), и, например, между -65 В и +65 В.

Частота составляет, например, 50 Гц, так что период следования импульсов составляет Р=20 мсек.

Крутизна фронта импульса на нарастающем фронте между -80% U_max и +80% U_max, то есть, между -52 В и +52 В, составляет 0,075^*U_max/100 мкс, то есть, 4,875 В/100 мкс. Время t₁ нарастания, то есть, длительность нарастающего фронта во времени от -52 В до +52 В, составляет тем самым 1066,6 мкс. Крутизна фронта импульса на ниспадающем фронте между 80% U_max и -80% U_max, то есть, между +52 В и -52 В, составляет, например, -0,075^*U_max/100 мкс, то есть, -4,875 В/100 мкс. Длительность ниспадающего фронта от +52 В до -52 В тем самым составляет тем самым 1066,6 мкс.

Крутизна фронта импульса для значений между 80% U_max и 100% U_max снижается и составляет явно меньше, чем 0,075^*U_max/100 мкс. Это соответственно действительно для диапазона между 100% U_max до 80% U_max, от -80% U_max до -100% U_max, и от -100% U_max до -80% U_max. Скруглением углов прямоугольных сигналов улучшается электромагнитная совместимость (EMV) устройства 100, и явно сокращаются помехи, например, для электронных устройств в ближайшем окружении.

В результате уменьшения крутизны фронта импульса в диапазоне между -80% U_max и +80% U_max, а также между 80% U_max и -80% U_max, сокращается ток перезаряда слоистой системы, и тем самым уменьшается разогревание питающих проводников и активного слоя. Благодаря этому может достигаться значительная устойчивость к старению.

Фигура 3 показывает диаграмму зависимой от температуры максимальной амплитуды U_max выходного напряжения U в зависимости от температуры Т.

Согласно варианту исполнения соответствующего изобретению способа, максимальное выходное напряжение U_max выходного напряжения U согласуется с температурой Т функционального элемента 2. Температура Т измеряется термометром 5, который здесь, например, размещается непосредственно на функциональном элементе 2 (смотри, например, Фигуры 1А, 1В и 1С).

В представленном здесь примере ниже пороговой температуры T_S максимальная амплитуда U_max выходного напряжения U является постоянной (=U_{max, k}). Выше пороговой температуры T_S, например, 50°С, максимальная амплитуда U_max выходного напряжения U снижается. Максимальная амплитуда U_max для температур Т, которые являются более высокими, чем пороговая температура T_S, составляет, например, U_{max, k}-1,0 В/°С*(Т-T_S). То есть, при максимальном выходном напряжении U_max (в температурном диапазоне ≤T_S) 65 В и температуре Т 75°С зависимое от температуры максимальное выходное напряжение U_max составляет, например, 65 В-1,0°С*(75°С-50°С)=40 В.

Как показали исследования авторов настоящего изобретения, подобное зависимое от температуры максимальное выходное напряжение U_max является достаточным, чтобы достигать желательного результата переключения в отношении конечных оптических свойств, то есть, чтобы достигать сравнимого значения прозрачности и значения непрозрачности, как и при более высоких максимальных выходных напряжениях в диапазоне более низких температур. Одновременно экономится энергия для приведения в действие, и сокращается ненужное дополнительное нагревание функционального элемента, что увеличивает срок его службы.

Без намерения вдаваться в теорию, это поведение можно понять из простой модели: PDLC-пленки содержат пленку полимера с жидкими кристаллами, которая укладывается между двумя прозрачными пленками. Внутри твердого полимера находятся произвольно ориентированные электрически поляризуемые молекулы жидких кристаллов, которые при приложении определенного напряжения могут выстраиваться в его электрическом поле.

PDLC-пленки весьма чувствительны к изменениям температуры. При этом проявляются два конкурирующих эффекта. При повышенных температурах возрастает собственная подвижность поляризованных молекул жидких кристаллов, что затрудняет их выстраивание в электрическом поле. Но в то же время сильно снижается вязкость жидкокристаллической фазы, то есть, молекулы жидких кристаллов могут легче поляризоваться и выстраиваться в электрическом поле. Кроме того, происходят фазовые переходы среди молекул жидких кристаллов.

Как неожиданно выяснили авторы настоящего изобретения, при более высоких температурах в целом требуется более слабое электрическое поле, и тем самым меньшее напряжение, чтобы достигать сравнимого значения прозрачности и значения непрозрачности, как и при более высоких максимальных выходных напряжениях в диапазоне более низких температур. Тем самым при повышенных температурах экономится энергия, и в результате предотвращения высоких напряжений сохраняется PDLC-пленка, что увеличивает срок ее службы.

Список ссылочных позиций:

1 источник напряжения

2 функциональный элемент с электрически регулируемыми оптическими свойствами

3 питающий проводник

5 термометр

6 сигнальный провод

10 многослойное стекло

11 наружная пластина

12 внутренняя пластина

13a первый промежуточный слой

13b второй промежуточный слой

21 активный слой функционального элемента 5

22 плоский электрод функционального элемента 5

23 плоский электрод функционального элемента 5

24 несущая пленка

25 несущая пленка

100 устройство

f частота

g температурный коэффициент

g_о верхний температурный коэффициент

g_u нижний температурный коэффициент

P период следования импульсов

t время

t₁ время нарастания

T температура

T_S пороговая температура

U выходное напряжение

U_max максимальная амплитуда выходного напряжения U

U_{max, o} верхняя максимальная амплитуда выходного напряжения U

U_{max, u} нижняя максимальная амплитуда выходного напряжения U

U_{max, k} максимальная амплитуда выходного напряжения U для температур T≤T_S

Χ-Χ’ линия сечения

Z увеличенный фрагмент

Реферат

Изобретение относится к устройству (100) с функциональным элементом (5) с электрически регулируемыми оптическими свойствами, включающему источник (1) электрической энергии с выходным напряжением U, по меньшей мере один функциональный элемент (2) с электрически регулируемыми оптическими свойствами, и по меньшей мере два питающих проводника (3), посредством которых соединены источник (1) электрической энергии и функциональный элемент (2). Выходное напряжение U представляет собой переменное напряжение, имеющее частоту f от 40 Гц до 210 Гц, максимальную амплитуду Umaxот 24 В до 100 В, крутизну фронта импульса в диапазоне выходного напряжения U между -80% Umaxи 80% Umaxот 0,05*Umax/100 мкс до 0,1*Umax/100 мкс, и в диапазоне выходного напряжения U между 80% Umaxи -80% Umaxот -0,05*Umax/100 мкс до -0,1*Umax/100 мкс. Изобретение обеспечивает повышение устойчивости к старению функционального элемента. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула