具有可加热涂层和低阻抗导电结构的透明窗户 本发明涉及具有权利要求 1 的预定义条款的特征的具有可电加热的涂层的透明 窗格玻璃 (pane)。
特别是对于车辆风挡， 对可加热的设计具有很大的需求， 要求该加热是尽可能不 可见的或不引人注目的那样。因此， 逐渐需要该窗格玻璃的可加热的透明涂层。
具 有 低 光 吸 收 的 可 加 热 涂 层 的 通 常 问 题 是 其 仍 较 高 的 薄 层 电 阻 (sheet resistance)， 其至少在待加热的窗户是大尺寸的或长电流通路的情况中需要高的操作电 压， 其至少高于车辆中电系统的常规电压。如果需要降低该薄层电阻， 用之前已知的层系 统， 这将会招致可见光的透射率的降低， 因为该导电层将会必须更厚。
由于这些技术原因， 目前仍优选装配能够容易地用常规车辆电压供应的线加热窗 格玻璃。然而， 这些具有包括非常细的电丝的嵌入加热区域的层压窗户不能被所有用户接 受。
专利 DE 1 256 812 B1 描述了能够用施加在玻璃片表面区域上的金属或金属氧化 物的导电层加热的玻璃片。该具有从 1963 年开始的先申请的公开文件是基于 200Ω/ 单位 表面面积的非常高的薄层电阻的。然而为了借助于两个侧的低阻抗母线 (bus bar) 用较低 的电压均匀加热该层， 提供了窄的、 印刷的低阻抗梳状电极， 其从所述母线延伸在该窗格玻 璃的整个视野区域上。这些电极与具有交变极性的彼此形成网状。其在每种情况中仅在分 别位于相对位置的母线之前很短地终止。这事实上达到了该加热电流， 与在该梳状电极的 单线的纵向范围横向地， 仅必须覆盖该层内较短的路径的效果。
该文中作为与仅借助于印刷的窄加热导体加热的窗户相比的优点提及的是在该 梳状电极之间较大的相互间距实现的均匀加热输出。
然而， 该类似阴影的所述线干扰了通过该窗户的视野和以这种方式构造的该窗格 玻璃的主视野区域的外观。仍未利用透明加热层的光学优点。该窗户仅用作汽车的后视窗 户。即使到现在， 其也不应当用作风挡， 因为如已知的那样， 其必须没有阻挡视野的任何物 体， 至少在标准化 A 视野区域中没有。
以下因素可能造成用于加热目的的涂层的另一问题， 该因素例如其不能均匀施加 到该透明窗格玻璃的整个表面区域上而是必须在其间具有一个或多个中断， 称作通信窗户 (communication windows)， 其影响了加热电流的流动并可能导致在其边缘处形成热点 ( 局 部过热的情况 )。 这种通信窗户用于使该涂层局部对于某些信息流或信号更具透射性， 而其 固有地反射短波或红外射线。
为了引导该加热电流流入流出该涂层， 提供了至少一对电极 ( 窄条形式 ) 或集电 导体 (collecting conductors)( 也称作母线 )， 用于将该电流仅可能均匀地引入该层的表 面中并使其广泛分布。 在车辆窗户的情况中， 与其高度相比其略微更宽， 该母线通常沿该窗 户的较长的边设置 ( 在该装配位置中的顶部和底部 )， 使得该加热电流能够沿在该窗户的 高度上更短的路径流动。 同时， 所述通信窗户通常位于该窗户的上部边缘处， 在此处其在几 厘米的宽度上延伸。
文件 WO 00/72635A1 描述了具有 IR 反射涂层和通过除去或省略在表面区域上的
涂层而制备的通信窗户的透明基体。
显然， 任何改变涂层的均匀性的通信窗户都构成了对电流流动的干扰。产生局部 温度峰值 ( 热点 )， 且其可能导致该基体 ( 热应力 ) 和该涂层本身的损坏。这不仅是当在 大区域上省略涂层时的情况， 而且也是当该通信窗户是由更多或更少数量的单个离散的狭 缝形成时的情况。 这些还导致在相关区域中薄层电阻的显著升高并同时也造成所提及的热 点。
作为用于降低该大面积通信窗户的干扰作用的方法， 最近提及的文件提出在所属 窗户的边缘处提供导电带， 其具有比该加热层低得多的欧姆电阻 / 单位面积。其用于使该 电流绕过该切除部分 (cutout)。优选， 用这种带完全环绕通信窗户。该带能够通过印刷和 焙烧导电性含银的丝网印刷膏而制备。然而， 其也可以通过施加导电清漆或通过放置在金 属窄条上而提供。在所有情况中， 当然在功能上需要该带与该涂层的导电连接。
可以通过在其上设置不透明的不导电的遮蔽窄条 ( 例如黑瓷漆 ) 对该带进行光学 遮蔽。这种遮蔽窄条通常由能够进行焙烧的不导电的黑色材料 ( 丝网印刷膏 ) 构成。这种 材料不反射而是吸收红外辐射。
WO 03/024155A2 公开了具有可加热的涂层的有关透明窗户， 其中特别规定操作电 压至多 42V， 但其也尝试解决通信窗户的边缘处的热点问题。通常， 使用多个不同的电压水 平， 较低的电压施加给已经缩短的电流通路 ( 例如由于该通信窗户 )， 以避免局部过热。特 别地， 通过将通信窗户和母线之间的分离母线放置在另一侧上而将该通信窗户的区域保留 在可加热表面区域中。
此外， DE 36 44 297 A1 公开了车辆风挡的细分可加热涂层的很多实例。因此细 分能够通过将没有层的部分保留在表面区域上和 / 或通过机械或通过激光辐射产生的切 割而提供。 其用于选择性设定和引导电流在该经涂覆的表面区域中流动并用于确保在相关 表面区域中尽可能均匀的电流密度。
WO 2004/032569A2 公开了具有可加热的涂层的透明窗格玻璃的另一设计， 其同样 寻求通过引入到该涂层中的分离线在该表面区域中实现均匀的加热输出。
DE 29 36 398 A1 涉及防止在具有可加热的涂层的透明窗户中从母线到涂层的过 渡处的电流峰值的方法。 通常通过对于母线使用更高阻抗的材料或形成物或者通过使用中 间电阻尽力降低该涂层和该母线之间电阻的突变差值。对于该涂层， 此处规定 1 ～ 10 欧姆 / 单位面积的薄层电阻。 在此处所述的一个或多个解决方案变型中， 各母线朝向各自相对母 线的边缘是波纹形状。这用于避免形成朝向用于加热目的的涂层的峰值。使用该方法， 寻 求该母线和该涂层之间过渡线的显著延长， 因此在该过渡处电流密度的降低。 然而， 所有这 些方法似乎很少能适用于用较低的电压供给该可加热的层。
还已知在光电太阳能电池的光入射侧上提供有被称为格栅或梳状电极的物品 ( 例如参见 WO 03/075351A1)。其通常是通过丝网印刷制备的且包括设置在该太阳能电池 的边缘处的母线和多个非常窄的尖头 (prongs)， 其从该母线延伸到该太阳能电池的表面区 域上。 其可以在该表面区域上获得施加到表示该吸收器的表面的两个侧上或在前侧上的梳 状电极和金属 / 全区域后侧上的电极之间的光电压， 而不会大大降低进入该吸收器的光。
DE 197 02 448 A1 公开了可加热的镜， 在其玻璃体上在以梳或彼此互锁的方式形 成的两个导体轨道或电极上施加覆盖它们的 PTC 涂层， 并填充该梳子的尖头之间的中间空间。此处， 然而， 使该涂层视觉上不引人注目的问题不会产生， 因为该导体轨道和该加热层 能够位于该镜子层的后面。
DE 198 32 228 A1 描述了具有用作天线的导电且光学透明的涂层的车辆窗户。 借 助于耦合电极从该天线层中纯电容地获得高频无线电信号， 其包括多个薄的互相连接的电 丝， 该电丝彼此以相比于其直径较大的间距平行设置并从该边缘延伸到该窗户的视野区域 中， 在此处其终止隐蔽。 在该涂层和这些电丝之间没有电耦合， 因为在所有情况下其都设置 在该层压窗户的不同平面中。
专利 DE 10 2004 050 158B3 描述了具有可加热涂层的透明窗格玻璃。
已经几次提及的该母线可以通过在将该层施加到该窗户上之前或之后进行 ( 丝 网 ) 印刷或通过在优选由 ( 镀锡的 ) 铜制成的薄金属带状窄条上焊接而制备。也有印刷和 金属带母线的结合 ( 例如参见 DE 198 29 151C1)。尽管该母线通常以窄带的形式构造， 但 其是不透明的。由于光学原因， 因此将其分别设置在相关透明窗户的外部边缘的附近。通 常能够用不透明的边缘涂层 ( 通常也是通过丝网印刷制备的 ) 将其遮蔽。也可以用这些边 缘涂层遮蔽所提及的通信窗户， 只要这些边缘涂层对于所要透过的辐射的足够透射性的。
在常用车辆风挡的情况中， 这些不透明涂层被构造为框， 其， 作为另一功能， 遮蔽 该窗户和该车体之间的粘合性粘合物不受 UV 射线。这些框环绕该窗户的视野区域。在风 挡的情况中， 进一步在该窗户区域的中间的 A 视野区域 ( 其中必须没有任何视野阻碍物， 例 如着色物、 电丝或例如损害情况 ) 和位于更接近边缘的 B 视野区域之间进行区分。 本发明基于的目的是提供能够使用较低的操作电压进行操作的， 然而提供均匀的 热分布的， 具有较少的对通过该窗格玻璃的视野阻碍的具有可加热涂层的透明窗格玻璃。
依照本发明通过专利的权利要求 1 的特征实现了该目的。从属权利要求的特征提 供了本发明的有利发展。
使用这些特征和方法， 实现了在较高阻抗涂层自身内部的电流路径的相对缩短， 因为用低阻抗辅助导体结构桥接了实际母线和中心主加热区域之间的距离部分。进一步 地， 该母线和该涂层之间的过渡电阻通过大大地增大接触区域而进一步降低。 因此， 用于在 该加热区域上驱动该加热电流所需的电压也变得更低了。
尽管这种构造特别优选地用于风挡， 对于其通过在中央视野区域中的窗格玻璃的 好视野对于安全驾驶是重要的， 依照本发明的可加热的窗格玻璃也可以装配到车辆以及其 它移动式机械和设备和建筑物中的其它位置。
尽管在具有格栅 (grid) 或梳状电极的传统太阳能电池的情况中， 将电压施加在 该吸收剂层的厚度上， 在依照本发明的应用的情况中， 电压是借助于使电流在该涂层的表 面区域中流动而进行施加。 因此依照本发明的低阻抗导电结构具有使通常设置在该窗格玻 璃边缘处的母线在电学上更加紧密在一起， 然而不会显著阻挡该窗格玻璃的视野区域。
在车辆中的应用中， 依照本发明的构造特别可以直接用 12 ～ 15V 直流的常规车辆 电压供给该风挡加热， 具有尽可能最低阻抗的涂层当然非常有利于实现其。该辅助导体的 长度的尺寸是依照各涂层的有效薄层电阻而确定的 ； 该涂层本身的导电性越好， 该辅助导 体能够越短。
然而， 使用该构造， 能够保持该透明窗格玻璃的全区域涂层 ( 除了可能必须提供 的任何通信窗户之外 )， 使得既不需要遮蔽也不需要分层方法。 因此， 该涂层的积极性质， 即
特别是红外反射 ( 热绝缘 ) 和均匀着色， 都保留在整个表面上。
因为在几乎所有情况中该透明窗格玻璃被构造为层压窗格玻璃， 该涂层本身设置 在位于该层压结构内部的表面区域上， 因此该导体结构也能够通过印刷和作为细电丝或电 丝格栅 (wire grids) 进行构造， 其例如以本身已知的方式固定在复合粘合剂膜上并然后与 该膜一起放置在该涂层上， 由此与该涂层电接触。 在该层压窗户的最终粘合性结合之后， 该 接触是长期稳定的。
在作为丝网印刷的结构的构造中， 在沉积该涂层之前， 将该低阻抗导电结构优选 施加到基体 ( 玻璃或塑料片或塑料膜 ) 上。这可以与施用实际母线发生在一个操作中。
也可以用适合的低阻抗导体结构为例如已经引入到该窗格玻璃的边缘处的涂层 中的通信窗户提供低阻抗桥接， 而不形成不得不担心的热点。通过相应结构非常大地降低 了这种通信窗户的侧向边缘处的已知问题区域中的电流。
从以车辆风挡形式的示例性实施方案的附图中显现出本发明的主题的其它细节 和优点， 其详细描述如下。
在简化附图中， 其并不真实按比例绘制 ：
图 1 显示了具有可电加热的涂层、 具有带状母线和导体元件的透明窗格玻璃的实 施方案， 图 2 显示了具有圆形结构的导电结构的细节，
图 3 显示了具有正方形结构的导电结构的细节，
图 4 以与图 1 相似的方式显示了具有能获得高的通过自由结构的可见性程度的区 域的风挡，
图 5、 6、 8 和 9 显示了具有格子结构的导电结构的细节，
图 7 显示了具有锯齿形结构的导电结构的细节，
图 10 显示了具有正方形结构的导电结构的细节，
图 11 显示了具有通信窗户的风挡，
图 12 显示了层压窗格玻璃的横截面。
依照图 1， 将全区域透明且导电的涂层 2 以本身已知的方式埋置在基本上为梯形 的 ( 弯曲的 ) 外形的可加热的层压窗格玻璃 1 中。该连续涂覆的表面区域的外部边缘在所 有侧上从该层压窗格玻璃 1 的外边向内回置， 或者边缘条与该全区域涂层分隔开。这一方 面实现了相对于外部的电绝缘作用， 另一方面实现了保护该涂层不受从该外部边缘渗透的 腐蚀损伤的作用。该外部边缘的插入能够通过沿该窗户的边缘除去该涂层、 通过在沉积该 涂层之前遮蔽该基体或通过引入其透过该涂层的分离线而制备， 在该窗格玻璃的外部边缘 周围延伸， 且可以用于绝缘和腐蚀保护的目的。
该涂层本身优选且以本身已知的方式由层的系统构成， 该层的系统能够承受高的 热负荷， 具有至少一个金属下层， 该金属下层能够耐受超过 600℃的用于弯曲玻璃片所需的 温度而不受损害， 即不影响其光学、 热反射和电学性质。除金属层 ( 优选银 ) 之外， 该层的 系统还包括另外下层， 例如减反射层和可能的阻挡层。
然而， 与本发明相关， 也能够使用其它具有较低热耐受性的层的导电系统， 特别是 不直接沉积在刚性玻璃或塑料片上而是沉积在塑料膜 ( 优选 PET 膜 ) 上的层的系统。所有 这些层的系统都优选通过溅射 ( 磁控管溅射 ) 沉积。
前述类型的层的普通系统的薄层电阻为 2 ～ 5Ω/ 平方表面积。具有这种层的系 统的车辆风挡必须达到至少 75％的总光透射率。
在 12 伏特～ 15 伏特的电压， 该层的系统的优选薄层电阻在 0.5Ω/ 平方表面积～ 1.5Ω/ 平方表面积范围内。具有这种层的系统的车辆风挡必须具有至少大于或等于 70％ 的总光透射率。
将不透明颜色层 3 以框的形式施加到该层压窗格玻璃 1 的边缘处， 不透明颜色层 内部边缘 3R 界定了该透明窗格玻璃 1 的视野区域。 其可以作为涂层位于该层压窗格玻璃的 不同平面中 ( 位于该层压结构的内部或外部 )。其用作用于粘合剂线 (adhesive strand) 抗 UV 辐射的保护层， 使用该粘合性线将最终的窗格玻璃粘合性结合到车体中。进一步地， 其可以光遮蔽用于该窗格玻璃 1 的其它电学功能的连接元件。
因此， 在由颜色层 3 覆盖的区域中， 沿该层压窗格玻璃 1 的上部边缘能够看到第一 母线 4， 沿下部边缘能够看到第二母线 5， 以虚线所示。该两个母线 4 和 5 以电导方式直接 与该涂层 2 和该低阻抗导电结构 4G 和 5G 连接。
在图 6 中还可以看到， 在该母线 4 之下， 在该窗格玻璃的中间是通信窗户 2C， 其同 样被颜色层 3 覆盖且因此在光学上受到遮蔽。 很多车辆风挡沿其上部边缘提供有带色彩的但半透明的窄条 (“带滤波器 (band filter)” )( 此处未示出 )， 其特别地降低由太阳射线造成的眩光。这种窄条还能够有助于 在光学上遮蔽该通信窗户。其也可以与该导电结构 G4 结合使用。
该层压窗格玻璃 1 通常包括两个玻璃和 / 或塑料的刚性片和将其结合在其表面区 域上粘合剂层。该母线 4 和 5 位于该粘合剂层上 ( 例如聚乙烯基丁缩醛 PVB、 乙烯基乙酸乙 烯酯 EVA 或聚氨酯 PU 的热塑性粘合剂膜 )， 并在将该粘合剂层一起放置并粘合到该刚性片 上之前固定在其表面上。
该母线 4 和 5 还可以包括薄的窄金属箔条 ( 铜、 铝 )， 其通常预先固定在该粘合剂 膜上并在将该层压物的层放置在一起时以具有电接触地放置在该涂层上。然而， 还可以通 过焊接在该母线 4 和 5 上而确保该电接触。在后面的高压处理工艺中， 通过加热和加压的 作用实现了该母线和该涂层之间的可靠接触。
如上所述， 该母线 4 和 5 可以替代地或另外通过印刷在导电膏上而制备， 在该玻璃 片的弯曲之前和 / 或弯曲过程中将该导电膏焙烧。这比放置在金属带部分上还更省力得 多。然而， 至少在连续工业制备中， 印刷的母线具有比金属箔窄条更高的欧姆电阻。因此， 在金属箔或丝网印刷的母线上固定可能仅取决于窗格玻璃的个体类型并可能取决于加热 层的系统的总电阻。
与该涂层 2 相比， 该母线总是具有可忽略的欧姆电阻， 且在该加热操作的过程中 不被显著加热。
可以以本身已知的方式在该层压窗格玻璃 1 中提供两个 ( 或多个 ) 单独的可电供 应加热的区域 ( 例如在该窗格玻璃的中间垂直分开 )， 其当然还必须通过单独的外部接电 连接到各自的电压源。 在这种情况中， 对于两个加热区域可以使用共用的导体， 使得仅将母 线 4 或母线 5 再分隔成两个部分， 而另一个分别为连续的。在该第一种变型中， 需要四个外 部连接， 在该第二种变型中仅需要三个。
此处并不以任何更详细的方式讨论该外部连接本身， 因为在现有技术的很多情况
中已经对其进行了描述。
在该颜色层 3 的边缘 3R 限定的视野区域内由虚线 A 所示意性地表示的被称为该 风挡的 A 视野区域。该线 A 并不是窗户或涂层中的实际边缘或类似物， 而仅用于视觉说明 该想象中的 A 视野区域的大概位置。后者在 ECE R43 的 Annex 18 中基于任意车辆环境的 特定参数进行定义。在该区域中， 不允许有任何类型的视野阻碍物。在该 A 视野区域周围 延伸的是 B 视野区域， 其中可以允许由于内部部件等造成的微小视野阻碍物。
导电结构 4G 从上母线 4 从由颜色层 3 覆盖的边缘区域延伸进入该层压窗格玻璃 1 的视野区域中。其与该母线 4 和该涂层 2 电连接且对于其部分与后者相比阻抗较低。导 电结构 5G 还从该下母线 5 延伸进入该层压窗格玻璃 1 的 B 视野区域中。
尽管在具有这种类型加热的层的传统窗格玻璃中， 该加热电流必须在该母线之间 的整个间距上全部通过该涂层流动， 但使用依照本发明的导电结构， 根据该 A 视野区域的 范围， 该距离能够缩短到 50 ～ 80％的值。
为了上面已经进一步讨论的本发明的目的， 除了其好的导电性之外， 该导电结构 4G 和 5G 也必须具有与该涂层的电接触。
优选地， 该格栅元件是由导电性好的含银的丝网印刷膏印刷的。 该导电结构 4G/5G 优选具有深色。
如果使用印刷的母线 4 和 5， 那么后者能够在一种操作中用该导电结构 4G/5G 并由 相同的印刷膏制成。然后， 对于该导电结构和该母线的电接触不再需要单独的操作。
另一方面， 如果使用包括金属箔带的母线， 其必须以低阻抗与该涂层和该导电结 构进行电连接。该镀锡的箔带优选与该导电结构以本身已知的方式焊接。原则上， 此处所 用的具有高比例金属的印刷膏能够与镀锡的金属带焊接得很好。
该导电结构 4G 和 5G 的长度及其间距。 和该母线的尺寸此处能够仅示意性地表示。 然而， 相对尺寸是明显的 ； 在该实际的母线 4 和 5 以宽度为几毫米的常规带的形式设置时， 该导电结构 4G 和 5G 尽可能视觉可见， 且具有引人注目的设计。
尽管在实际的层压窗格玻璃中的个体构造能够通过模拟预先确定在宽的限值内， 但其仍非常强地取决于该实际窗格玻璃的大小或尺寸， 取决于该母线的类型， 并且取决于 该实际涂层的电学性质。
例如， 仅将该母线之一与导电结构相结合也可能足够了。使用在两个母线 4 和 5 之间较小的间距， 也可以缩短该导电结构自身。
图 2 ～ 10 显示了改导电结构 (4G) 和 (5G) 的表面的各种结构， 其通常称作导体元 件。该结构可以具有圆形或反圆形 (inversely circular) 图案， 如图 2 中所示。然而其也 可以具有棋盘格 (chequerboard) 图案， 如图 3 中所示。该结构也可以具有印刷的具有高电 阻率的细导电结构 ( 网孔 )M， 如图 4 中所示。图 5、 6、 8 和 9 中呈现了导体元件的格子图案。 该图案可以具有各种尺寸， 例如图 2 中的圆具有 0.1 ～ 10mm， 优选 0.2 ～ 5mm 的直径。图 5、 6、 8、 9 和 10 中的格子和正方形具有 0.1 ～ 10mm， 优选 0.5 ～ 5mm 的尺寸。
图 7 显示了锯齿形图案。
图 11 显示了具有通信窗口 2C 的前风挡。该通信窗口 2C 可以是圆形、 椭圆形、 正 方形、 矩形或三角形。该通信窗口 2C 优选是没有任何导电的、 印刷的结构的区域。在该通 信窗口 2C 中可以除去该导电的、 可电加热的涂层。该通信窗口 2C’ 可以与不导电的印刷物层压以得到更好的外观。
图 12 显示了沿图 1 中的线 III-III 通过该窗格玻璃 1 的边缘的剖面图。能够看 到两个刚性的单独片 1.1、 1.2( 玻璃的或塑料的 )， 以及光学清楚透明的电绝缘的粘合剂层 1.3， 其以传统方式将该片粘合性连接。为了使其可见， 该导电玻璃涂层此处用灰色阴影显 示。该粘合剂层可以以传统方式通过约 0.76mm 厚的 PVB 膜形成。
能够看到该涂层 2 位于该母线 5 上方的片 1.2 上， 该格栅元件 5G 邻接后者， 其在 沉积该层 2 之前已经作为经丝网印刷的结构施加在此处。该不透明的颜色层 3 印刷在该片 1.1 的表面区域上的此处上， 该片 1.1 位于该层压结构的内部， 且在垂直凸出 ( 观察方向通 过该窗格玻璃 )， 其覆盖该母线 5 和该导电结构 5G 直接邻接后者的部分。 然而， 该导电结构 5G 继续在该不透明的颜色层 3 的边缘 3R 上延伸进入该窗格玻璃 1 的视野区域中。
作为这种代表方式的背离， 该不透明的颜色层 3 也能够位于片 1.1 或 1.2 之一的 外表面区域 ( 此处不可见 ) 上， 或者位于与该涂层 2 和该母线 4 和 5 相同的表面上。