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Dokumentenidentifikation DE10101100A1 18.07.2002
Titel Glasscheibenanordnung
Anmelder Werner Sobeck Ingenieure GmbH, 70597 Stuttgart, DE
Erfinder Haase, Walter, 71088 Holzgerlingen, DE;
Sobek, Werner, Prof. Dr., 70180 Stuttgart, DE
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 12.01.2001
DE-Aktenzeichen 10101100
Offenlegungstag 18.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.07.2002
IPC-Hauptklasse E06B 9/24
IPC-Nebenklasse G02B 5/30   G02B 1/08   
Zusammenfassung Bei einer Scheibenanordnung (11) für Fenster, die mit mindestens einer abschattbaren Glasscheibe (12, 14) versehen ist, ist der Glasscheibe (12, 14) ein stufenlos elektrisch schaltbares transmissives elektrooptisches Element (17) aus Flüssigkristallen, Orientierungsschicht, großflächigen transparenten Elektroden, transparenter Trägerschicht und Licht-Polarisatoren zugeordnet. Dadurch sind bei einer solchen Scheibenanordnung (11) extrem kurze Abschattungsveränderungszeiten gegeben.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Scheibenanordnung für Fenster, Türen, Trennwände, Fassaden und dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für derartige Scheibenanordnungen, deren Lichtdurchlässigkeit variabel ist, werden bspw. elektrochrome Gläser verwendet, deren Abschattung auf der Verfärbung von Farbstoffen aufgrund eines elektrischen Stromes beruht. Derartige elektrochrome Gläser verfärben sich jedoch beim Verdunkeln und führen daher zu einer farbverfälschten Durchsicht. Außerdem sind sie einerseits wenig dauerhaft und benötigen andererseits zu einer Abschattungsveränderung eine erhebliche Zeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scheibenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Abschattungsmöglichkeit und -wirkung eine im sichtbaren Wellenlängenbereich gleichmäßige Transmissionsänderung aufweist und die extrem kurze Schaltzeiten bietet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Scheibenanordnung der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist unter Anwendung der Technologie aus dem Displaybereich eine Scheibenanordnung geschaffen, die stufenlos abschattbar bzw. verdunkelbar ist und deren einzelnen Abschattungsphasen in sehr kurzer Zeit veränderbar bzw. gezielt einstellbar sind. Die Flüssigkeitkristalle sind mit großflächigen Elektroden versehen, die über die ganze Fläche der betreffenden Glasscheibe oder auch über Teilbereiche getrennt angeordnet sein können, entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 3. Auf diese Weise können bspw. bei Fenstern obere Bereiche, die einem Lichteinfall ausgesetzt sind, getrennt von anderen Bereichen abgeschattet werden. Insgesamt ist eine stufenlose Abschattung bzw. Dimmbarkeit mit extrem kurzen Schaltzeiten von wenigen Millisekunden erreicht. Eine derartige adaptive Scheibenanordnung kann sowohl im Gebäudehüllenbereich in licht- und klimaregulierender Funktion als auch im Innenbereich als Raumtrennung Verwendung finden. Im letzteren Fall ist es möglich, durch Verdunkeln des Systems und damit durch eine Schaltung auf Undurchsichtigkeit eine Raumtrennungsfunktion zu erreichen. Darüber hinaus ist es möglich, eine derartige Scheibenanordnung im Kraftfahrzeug-, Bahn- und Flugzeugbereich vorzusehen.

Eine bevorzugte Anwendung einer derartigen stufenlos dimmbaren Scheibenanordnung ist diejenige für eine Isolierverglasung. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich dabei aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 4 bis 8.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1-3 eine Scheibenanordnung in Form einer Isolierverglasung für bspw. Fenster gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung und

Fig. 4 beispielhaft den Aufbau eines elektrooptischen Elementes.

Die in der Zeichnung dargestellte Scheibenanordnung in Form einer Isolierverglasung 11 besitzt eine Außenscheibe 12 und eine im Abstand davon mittels eines Abstandhalters 13vorgesehene Innenscheibe 14. Die Verbindung zwischen Außenscheibe 12, Abstandhalter 13 und Innenscheibe 14 erfolgt in üblicher diffusionsdichter Weise mit Hilfe eines Dichtelementes 15.

Im Innenraum 16 zwischen Außenscheibe 12 und Innenscheibe 14 ist jeweils ein transmissives elektrooptisches Element 17 bzw. 17' bzw. 17" angeordnet. Das elektrooptische Element 17, 17', 17" ist, wie noch erläutert werden wird, bspw. gemäß Fig. 4 aufgebaut. Gemäß Fig. 1 ist das elektrooptische Element 17 mittig (oder auch außermittig) im Innenraum 16 angeordnet und umfangsrandseitig (oder nur an zwei parallelen Rändern) in einer Nut 18 des Abstandhalters 13 fixiert gehalten.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das elektrooptische Element 17' außermittig im Innenraum 16 ebenfalls in einer Nut 18 des Abstandhalters 13 fixiert gehalten. Der Abstandhalter 13 ist hier durch einen zweiten benachbarten Abstandhalter 19 ergänzt, so dass der Innenraum 16 aufgrund des größeren Abstandes zwischen Außenscheibe 12 und Innenscheibe 14 verbreitert ist. Zwischen dem elektrooptischen Element 17' und der Innenscheibe 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich eine wärmereflektierende Folie 21 gespannt, die umfangsrandseitig bspw. zwischen den beiden Abstandhaltern 13 und 19 eingespannt gehalten ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist das elektrooptische Element 17" auf die Innenfläche 20 der Außenscheibe 12 im wesentlichen ganzflächig aufgebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstandhalter 13' ein üblicher Abstandhalter für eine Isolierverglasung. Das Element 17" kann aber auch in die Außenscheibe 12 integriert sein, indem diese Bestandteil der Zelle ist und die Bauteile 29, 24, 23 und 22 gemäß Fig. 4 beinhaltet.

Das elektrooptische Element 17, das im wesentlichen gleich den Elementen 17', 17" ist, besitzt einen konstruktiven Aufbau, wie er bspw. aus Fig. 4 hervorgeht. Danach befindet sich mittig eine Flüssigkristallschicht 25 mit Abstandhaltern, die zwischen zwei transparenten Elektroden 24 und 26 mit Orientierungsschicht 29 und 30 gehalten ist. Der Flüssigkristallschicht 25 abgewandt ist an beiden Elektroden 24 und 26 ein Träger, vorzugsweise Glasträger 23 bzw. 27 angeordnet, der wiederum von jeweils einem Polarisator 22 bzw. 28 überdeckt ist. Als elektrooptisches Element ist bspw. eine sogenannte TN-Zelle vorgesehen. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Flüssigkristallzellen, wie STN-Zellen, bistabile Zellen, z. B. FLC-Zellen, Guest-Host-Flüssigkristallzellen und dgl. vorgesehen sein können. Die beiden Elektroden 24 und 26 werden über eine elektrische Spannung angesteuert, wodurch sich das Flüssigkristall der Flüssigkristallschicht 25 in einem in seinen Eigenschaften sich ändernden elektrischen Feld befindet. Prinzipiell wird (außer bei Guest-Host-Zellen) das einfallende Licht, bevor es durch die Flüssigkristallschicht 25 tritt im Polarisator 22 polarisiert derart, dass lediglich Licht in einer Schwingungsebene hindurchtreten kann. Bei TN- und STN-Zellen wird dann in der Flüssigkristallschicht 25 der Lichtvektor um 90° bzw. 270° gedreht, so dass er durch den anderen Polarisator 28 hindurchtreten kann. Wird ein elektrisches Feld bestimmter Stärke zwischen den beiden Elektroden 24 und 26 angelegt, verliert der Flüssigkristall die Fähigkeit, den Lichtvektor zu drehen, so dass das Licht nicht durch den ausgangsseitigen Polarisator 28 hindurchtreten kann. Auf diese Weise kann die Isolierverglasung 11 stetig bzw. stufenlos abgeschattet werden. Es versteht sich, dass je nach Polarisationsrichtung der beiden Polarisatoren 22 und 28 die Anordnung auch umgekehrt sein kann, d. h. dass erst durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 24 und 26 die Isolierverglasung 11 transparent wird.

Im Vorstehenden wurde beschrieben, dass sich die aus der Flüssigkristallschicht 25 und den beiden Elektroden 24 und 26 gebildete Flüssigkristallzelle bzw. TN-Zelle über die gesamte Fläche der Isolierverglasung 11 erstreckt. Damit kann diese Scheibenanordnung ganzflächig konstant stufenlos abgeschattet werden. Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkristallschicht 25 von Elektroden 24, 26 beidseitig abgedeckt, die in jeweils gleicher Weise in einzelne Abschnitte unterteilt sind. Diese Elektrodenabschnitte werden paarweise angesteuert, so dass die Scheibenanordnung bzw. Isolierverglasung 11 über ihre Fläche hinweg flächenabschnittsweise unterschiedlich stufenlos abgeschattet werden kann. Bei Fenstern oder auch Kraftfahrzeugscheiben kann somit ein bestimmter bspw. oberer Scheibenbereich, der der Sonneneinstrahlung insbesondere ausgesetzt ist oder bei dem die Sonneneinstrahlung besonders störend wirkt, getrennt von anderen Bereichen abgeschattet werden.

Es versteht sich, dass eine derartige adaptive Isolierverglasung nicht mit einer wärmereflektierenden Folie gemäß Fig. 2 sondern auch mit anderen bzw. weiteren Elementen, wie Farbfiltern, Wärme- und Sonnenschutzbeschichtungen, und dgl. bestückt sein kann.

Wenn auch die erfindungsgemäße Scheibenanordnung in Verbindung mit einer Isolierverglasung 11 anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt worden ist, versteht es sich, dass eine derartige Scheibenanordnung auch selbstständig in Einzelscheibenanordnung oder Mehrscheibenanordnung nicht nur für Fenster sondern auch für Türen, Innentrennwände, Außenfassaden, Kraftfahrzeugscheiben und dgl. Verwendung finden kann.

Die Flüssigkeitskristallzelle kann ebenso anstelle der Glasträger 23 und 27 eine Trägerfolie aufweisen.


Anspruch[de]
  1. 1. Scheibenanordnung (11) für Fenster, Türen, Trennwände, Fassaden und dgl., mit mindestens einer abschattbaren Glasscheibe (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Glasscheibe (12, 14) ein stufenlos elektrisch schaltbares transmissives elektrooptisches Element (17) aus Flüssigkristallen (25) mit Abstandhaltern, Orientierungsschicht (29, 30), großflächigen transparenten Elektroden (24, 26), transparenter Trägerschicht (23, 27) und Licht-Polarisatoren (22, 28) zugeordnet ist.
  2. 2. Scheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein transparentes Elektrodenpaar (24, 26) über im wesentlichen die gesamte Fläche der Glasscheibe (12, 14) vorgesehen ist.
  3. 3. Scheibenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr transparente Elektrodenpaare (24, 26) über zwei oder mehr Flächenbereiche der Glasscheibe (12, 14) verteilt angeordnet sind.
  4. 4. Scheibenanordnung für eine Isolierverglasung, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Element (17) zwischen einer Außenscheibe (12) und einer Innenscheibe (14) angeordnet ist.
  5. 5. Scheibenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Element (17) umlaufend oder zweiseitig in einem Abstandhalter (13) fixiert ist.
  6. 6. Scheibenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Element (17) mittig oder außermittig zwischen Außenscheibe (12) und Innenscheibe (14) gehalten ist.
  7. 7. Scheibenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Element (17) der Außenscheibe (12) zugewandt außermittig im Innenraum (16) zwischen Außenscheibe (12) und Innenscheibe (14) fixiert ist und dass zwischen dem elektrooptischen Element (17) und der Innenscheibe (14) eine wärmereflektierende Folie (21) gespannt gehalten ist.
  8. 8. Scheibenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrooptische Element (17) an der dem Innenraum (16) zwischen Außenscheibe (12) und Innenscheibe (14) zugewandten Innenfläche (20) der Außenscheibe (12) angebracht ist.






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