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Die
Erfindung betrifft ein Element, insbesondere ein transparentes Element
sowie eine Verwendung eines derartigen Elementes
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Aus
dem Stand der Technik sind Elemente bekannt geworden, vorzugsweise
transparente Elemente, die eine Vielzahl von Leuchtdioden umfassen und
beispielsweise in großflächigen Glasfronten an Gebäuden,
Schaufenstern, Gebäude, Dachelementen, Türen,
Treppen, Abtrennungen, Vitrinen, Möbel, Geländer,
Verkleidungen, wie z. B. Tunnelverkleidung, Wand- und Deckenverkleidung
sowie als künstlicher Himmel Verwendung finden. Diesbezüglich
wird beispielsweise auf die
DE
10 2004 039 897.6 verwiesen sowie die
EP 0900971 . Eine andere Schrift die
eine Vielzahl von auf einem transparenten Substrat angeordneten
Leuchtmittel umfasst ist, ist die
DE-A-10 019 888 .
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Nachteilig
an den aus dem Stand der Technik bekannten Elementen mit Leuchtmitteln,
wie beispielsweise in der
EP
0900971 gezeigt, bei der auf einer Glasplatte Leuchtdioden
befestigt sind, die über transparente Leiterbahnen mit
Strom versorgt werden, ist, dass derartige Anordnungen keinerlei
Möglichkeit haben, im Bereich der Elemente Logos oder Bilder
anzuzeigen.
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Es
ist somit die Aufgabe, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden
und insbesondere ein Element mit Leuchtmitteln anzugeben, das es erlaubt,
Bilder anzuzeigen.
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Erfindungsgemäß wir
die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Element, insbesondere
bei einem transparenten Element mit wenigstens einem, bevorzugt
aber mit einer Vielzahl von Leuchtmitteln ein Bereich vorgesehen
ist, der wenigstens einen Projektionsschirm zur Sichtbarmachung
projizierter Lichtbilder zur Verfügung stellt.
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Ein
Projektionsschirm zur Sichtbarmachung projizierter Lichtbilder zeigt
beispielsweise die
DE 200
12 471 U1 . Bei dem Projektionsschirm gemäß der
DE 200 12 471 U1 wird
ein Projektionsschirm angegeben, der aus zwei Scheiben, vorzugsweise Glasscheiben
besteht, wobei zwischen den Glasscheiben eine Streuschicht angeordnet
ist. Der Projektionsschirm besteht also aus einer starren Verbundplatte
mit integrierter Streuschicht, wobei die Streuschicht durch die
Verbundplatte gegen äußere Einwirkungen wie Verschmutzungen
und Beschädigungen geschützt ist.
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Bevorzugt
kann der Projektionsschirm sowohl für die Rückprojektion
als auch für die Aufprojektion ausgebildet sein. Bei der
Aufprojektion kann die dem Projektor abgewandte Seite durchsichtig ausgebildet
sein.
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Zur
Kontrastverstärkung kann zwischen den Scheiben zusätzlich
zu der Streuschicht eine Graufolie angeordnet sein.
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In
einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform wird
ein Element, insbesondere ein transparentes Element angegeben, bei
dem die Leuchtmittel innerhalb der Projektionsfläche angeordnet
sind. Eine derartige Anordnung eröffnet die Möglichkeit,
projizierte Lichtbilder darzustellen und andererseits mit den Leuchtmitteln
den Kontrast ganz bestimmter Teile des projizierten Lichtbildes
zu erhöhen. Die Bestückung mit Leuchtmitteln erfolgt also
innerhalb der Fläche, die den Projektionsschirm zur Sichtbarmachung
projizierter Lichtbilder darstellt. In einer alternativen Ausgestaltung
können die Leuchtmittel auch außerhalb des Projektionsschirms zur
Sichtbarmachung projizierter Lichtbilder angeordnet werden. Wenn
die Leuchtmittel innerhalb der Projektionsfläche angeordnet
sind, kann man den Kontrast erhöhen, indem man beispielsweise
eine Kontur des projizierten Lichtbildes gezielt mit Leuchtmitteln versieht,
so dass diese Kontur mit Kontrast abgebildet wird.
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Bevorzugt
ist das transparente Element als Scheibe, insbesondere als Glasscheibe
ausgebildet. Auch Kunststoffscheiben wären möglich.
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Die
Fläche des transparenten Elementes, die als Projektionsschirm
zur Sichtbarmachung projizierter Lichtbilder dient, ist bevorzugt
in einem Verbundelement mit wenigstens zwei Scheiben angeordnet
und als Streuschicht ausgeführt. Bei einem derartigen Aufbau
ist die Streuschicht zwischen zwei starre Scheiben eingebracht,
wodurch die Streuschicht gegen äußere Einwirkung
wie Verschmutzung und Beschädigung geschützt ist.
Des Weiteren stellt die aus zwei Scheiben bestehende Verbundschicht
mit dazwischen liegender Streuschicht nicht nur ein Schutzgehäuse
dar, sondern auch eine integrierte optische Einheit ohne lichtbrechende
Grenzschichten.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Streuschicht
aus einer lichtdurchlässigen Matrix, beispielsweise einem
Gießharz mit eingebetteten Streukörpern. Bevorzugt
steht mindestens eine der Scheiben in einem optischen Flächenkontakt
mit der Streuschicht. Der optische Flächenkontakt stellt sicher,
dass innerhalb der Scheibe keine Reflexionen auftreten können.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung können die Leuchtmittel,
z. B. als Leuchtdioden zusätzlich zu den Streukörpern
in das Gießharz zwischen den Scheiben eingebracht werden.
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Bevorzugt
weist mindestens eine der Außenflächen der Scheiben
eine Entspiegelung auf. Hierdurch kann der Kontrast für
den Betrachter erhöht werden. Eine Kontrastwerterhöhung
kann auch dadurch erreicht werden, dass zusätzlich zu der
Streuschicht innerhalb der beiden Scheiben eine Graufolie angeordnet
ist.
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Um
die zur Kontrastverstärkung dienende Graufolie von der
Streuschicht zu trennen, kann man eine Trennfolie oder Trennglas
einsetzen. Diese Trennfolie oder Trennglas kann ebenfalls die Leuchtmittel,
beispielsweise die Leuchtdioden aufnehmen.
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Alternativ
kann der Projektionsschirm mehrere in einer Ebene angeordneten holographisch-optische
Elemente aufweisen. Ein derartiger Projektionsschirm ist beispielsweise
in der
EP 1084432 A1 offenbart,
deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in vorliegende
Anmeldung mit einbezogen wird. Auf den eine geschlossene Fläche
bildenden holographisch-optischen Elementen des Projektionsschirmes
gemäß der
EP
1 084 432 A1 kann ein Bild mittels Rückprojektion
dargestellt werden. Hierbei wird auf jedem einzelnen holographisch-optischen
Element ein Bildbereich eines projizierten Bildes abgebildet. Dadurch
wird das zu projizierende Bild quasi in einzelne Pixel unterteilt
und jedes Pixel von einem holographisch-optischen Element dargestellt.
Jedes holographisch-optische Element des Projektionsschirms weist
mindestens ein Beugungsgitter und mindestens eine Linse auf. Durch
das Beugungsgitter werden beispielsweise Lichtbündel roter,
grüner und blauer Farbauszüge des zu projizierenden
Bildes unterschiedlich gebeugt. Durch die Linse wird das zu projizierende
Bild in eine Bildebene abgebildet.
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Bei
dem Projektionsschirm sind die holographisch-optischen Elemente
derart ausgebildet, dass die Lichtbündel unterschiedlicher
Farbauszüge eines zu projizierenden Bildes jeweils zu einem
gemeinsamen Lichtaustrittsbündel mit demselben Lichtaustrittswinkel
zusammengefasst sind. Somit wird von jedem holographisch-optischen
Element in Richtung des Betrachters ein einziges Lichtbündel
abgegeben, das sämtliche Farbinformationen des entsprechenden
Bildbereichs enthält. Jedes holographisch-optische Element
erzeugt somit ein einziges gerichtetes Lichtbündel.
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Die
bei dem Projetkionsschirm gemäß der
EP 1 084 432 A1 verwendeten
holographisch-optischen Elemente sind transparent und es tritt nur
eine geringe Streuung des auf die holographisch-optischen Elemente
auftreffenden Lichts auf. Fremdlicht wird daher fast nicht gestreut.
Da der Kontrast und die Leuchtdichte des Projektionsschirms höher
als bei herkömmlichen Projektionsleinwänden ist,
kann der Projektionsschirm gemäß der
EP 1 084 432 A1 auch für
großflächige Bildprojektionen bei Tageslicht eingesetzt
werden. Bei dem Projektionsschirm auf Basis von holographisch-optischen
Elementen liegt im Wesentlichen ein winkelselektives und kein wellenlängenselektives
holographisch optisches Element vor.
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Auch
der mit Leuchtkörpern bestückte Bereich des transparenten
Elementes ist bevorzugt als eine Scheibe ausgebildet. Der mit Leuchtkörpern
bestückte Bereich kann entweder neben dem Bereich, in dem
der Projektionsschirm zur Sichtbarmachung projizierter Lichtbilder
zur Verfügung gestellt wird angeordnet sein, oder aber
auch in dem Bereich bzw. der Fläche selbst, in dem der
Projektionsschirm zur Sichtbarmachung von projizierten Lichtbildern
ausgebildet wird. Bevorzugt ist auch dieser zweite Bereich ein Bereich,
der insgesamt zwei Scheiben, die zu einem Verbundelement zusammengefasst
sind, umfasst. Das Verbundelement aus wenigstens zwei Scheiben kann
ein Gießharz als Vebindungsmittel umfassen oder eine Folie.
Sowohl in das Gießharz wie die Folie können die
Leuchtmittel eingebracht sein.
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Die
Zusammenfügung des Verbundelements mit Folie kann dadurch
erfolgen, dass zwischen den jeweiligen Substratelementen und dem
eingearbeiteten Dekormaterial und gegebenenfalls noch weiterer eingearbeiteter
Folien oder Stromleiter jeweils wenigstens eine Laminierfolie vorgesehen
wird, welche insbesondere aus Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat
(EVA) oder Polyamid (PA) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) oder
Polyurethan (PUR) besteht. Das gesamte Schichtpaket wird in bekannter Weise
bei einem Unterdruck und ca. 150°C laminiert.
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Bevorzugt
sind die Leuchtmittel als organische Leuchtdioden (OLED) oder anorganische Leuchtdioden
ausgebildet, wobei die Versorgung der Leuchtmittel über
Leiterbahnen, die auf die Scheibe, insbesondere im zweiten Bereich
aufgebracht sind, erfolgt. Transparente Elemente mit Leuchtmitteln, wobei
die Leuchtmittel über Leiterbahnen mit Strom versorgt werden,
sind beispielsweise aus der
EP
1 275 153 A1 oder der
EP
1 450 416 bekannt. Bevorzugt bestehen die Leiterbahnen
aus einer elektrisch leitenden und leistungsübertragenden
Schicht und sind transparent ausgebildet.
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Die
Montage der Leuchtmittel erfolgt wie in der
EP 1 450 416 beschrieben bevorzugt
auf einem transparenten oder quasi transparenten Substrat, wobei
das transparente Substrat insbesondere beliebig strukturierbar ist,
beispielsweise mittels eines Lasers. Die Leuchtmittel können
dann direkt auf einer Fläche des transparenten Substrates
aufgebracht werden. Unter transparenten Elementen oder Schichten
werden insbesondere Schichten beziehungsweise Gläser mit
einer Transmission ≥ 80 Prozent im sichtbaren Wellenlängenbereich
von 380 nm bis 900 nm, insbesondere von 420 nm bis 800 nm verstanden.
Unter quasitransparent werden Gläser mit einer Transmission < 80 Prozent verstanden.
Bei Verwendung von transparenten Scheiben ist es möglich,
ein Element zu schaffen, das einen Durchblick durch das transparente
Element zulässt. Um die Leuchtdioden ansteuern zu können
ist vorgesehen, dass die transparenten Elemente über Anschlüsse für
die Stromversorgung und/oder Steuerung der Leuchtmittel verfügen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die als Leuchtdioden
ausgebildeten Leuchtmittel sogenannte RGB-Leuchtdioden, die mit
Hilfe von Ansteuerungen beliebige Bilder erzeugen können.
Beispielsweise können solche RGB-Leuchtdioden, die alle
drei Grundfarben eines Videopixels (rot, grün und blau)
in einem einzigen Gehäuse vereinen, durch entsprechende
Ansteuerung zum Abspielen von Fernsehbildern benutzt werden. Bei
den RGB-Leuchtdioden werden in einem einzigen Leuchtdiodenchip alle
Grundfarben des Fernsehbildes (rot, grün, blau) realisiert.
Die einzelnen Leuchtdioden können wie zuvor beschrieben sichtbar
mit Strom versorgt und angesteuert werden. Hierfür geeignet
sind die transparenten Leiterbahnen, wie sie beispielsweise in der
EP 1 450 416 oder aber auch
der
WO 2006/018066 bekannt
geworden sind. Die Leiterbahnen dienen sowohl der Stromversorgung
wie der Ansteuerung einzelner Leuchtdioden. Alternativ zu einer
Leitung kann auch eine Stromversorgung für mehrere Leuchtdioden
und Steuerleitungen zu jeder einzelnen Leuchtdiode vorgesehen sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die transparenten Leiterbahnen aus einer
transparenten, elektrisch leitenden und leistungsübertragenden Schicht
bestehen.
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Dadurch
können auch höhere Ströme über diese
Leiterbahn übertragen werden, so dass auch mehrere Leuchtmittel über
eine Leiterbahn versorgt werden können. Das transparente
Substrat, auf dem die Leuchtmittel angeordnet sind, kann sowohl
aus Kunststoff wie auch aus Glas bestehen. Bevorzugt ist der Bereich
des transparenten Elementes, der die Leuchtdioden trägt,
wie der Bereich des transparenten Elementes, als Projektionsschirm
zur Sichtbarmachung projizierter Bilder ausgebildet. Ist das Element
ein Verbundglaselement, so bildet die Scheibe mit Leuchtmitteln
beziehungsweise das transparente Substrat mit Leuchtmitteln die
eine Scheibe, über die ein Deckscheibenelement gesetzt
wird, ergebend eine Verbundglasscheibe. Eine Verbindung der beiden
Scheiben mit dazwischen liegenden Leuchtmitteln ist zum Beispiel
mit Gießharz oder mit einer Klebefolie denkbar. Um zu verhindern,
dass die Leuchtmittel beispielsweise in Richtung eines Innenraumes abstrahlen,
kann das transparente optische Element gegen den Innenraum abgeschirmt
sein. Insbesondere ist wichtig, eine rückwärtige
Abstrahlung der Leuchtmittel beziehungsweise Leuchtdioden zu verhindern.
Wird hierfür ein halbdurchlässiger Spiegel eingesetzt,
so kann die Projektion der projizierten Bilder auf den Projektionsschirm
von der Rückseite her erfolgen.
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Zur
Herstellung der transparenten Leiterbahnen finden insbesondere Metalloxide
Verwendung, beispielsweise ITO (InOx:Sn),
FTO (SnOx:F) oder ATO (SnOx:Sb).
Denkbar sind aber auch ZnOx:GA, ZnOx:F, ZnOx:B, ZnOx:Al oder Ag/TiOx.
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Der
Auftrag der transparenten Leiterbahn auf das Substrat bzw. die Scheibe
erfolgt beispielsweise mittels CVD (Chemical Vapor Deposition) oder
PVD (Physical Vapor Deposition), Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung,
Beschichtung mittels Sol-Gel-Verfahren, chemische oder elektrochemische
Beschichtung.
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Alternativ
zu den Metalloxidschichten ist es auch möglich, dass die
leitfähige Schicht aus einem aufgedampften oder aufgesputterten
Metall wie Al, Ag, Au, Ni, Cr, die in der Regel quasi transparent sind,
besteht. Unter transparenten Scheiben, Schichten beziehungsweise
Gläser versteht man in der vorliegenden Anmeldung Schichten
beziehungsweise Gläser mit einer Transmission ≥ 80
Prozent im sichtbaren Wellenlängenbereich, das heißt
von 380 nm bis 780 nm, insbesondere von 420 nm bis 780 nm. Unter
quasi transparenten Schichten beziehungsweise Gläser versteht
man in der vorliegenden Anmeldung Schichten beziehungsweise Gläser
mit einer Transmission im Bereich 60 Prozent bis 80 Prozent in dem
vorher erwähnten Wellenlängenbereich.
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Die
Strukturierung der leitfähigen Schicht kann nach Aufbringen
durch gezieltes Unterbrechen der Schicht beispielsweise mittels
eines Lasers, der lokal die Beschichtung erhitzt und diese verdampft, vorgenommen
werden. Bei Verwendung eines Lasers zum Einbringen der Struktur
in eine vollflächig aufgetragene leitfähige Schicht
ist es vorteilhaft, wenn die Schicht im Bereich der Laserwellenlänge des
eingesetzten Lasers eine besonders hohe Absorption aufweist und
das Substrat für diese Wellenlängen transmissiv
ist. Bei derartigen Systemen erfolgt praktisch der gesamte Energieeintrag
in die leitfähige Schicht, die Glasoberfläche
weist nur geringe Verletzungen auf. Insbesondere kann man bei einem derartigen
System Rissbildungen in der Glasoberfläche vermeiden.
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Alternativ
zu einer Strukturierung mit Lasern kann man auch eine vollflächig
aufgebrachte Schicht mit Hilfe von Lithographiertechniken und anschließenden Ätzprozessen
strukturieren. Eine Strukturierung ist aber auch denkbar in dem
bereits beim Beschichten, beispielsweise beim Aufdampfen mit Hilfe von
Maskentechniken die Leiterbahnen in eine vorgegebene Struktur gebracht
werden. Auch Leiterbahnstrukturen aus Silberschichten sind denkbar, beispielsweise
solche aus Silberleitpaste. Die Leiterbahnen aus Silberleitlack
sind nicht notwendig selbst transparent, aber so ausgebildet, dass
sie für einen entfernt stehenden Beobachter unauffällig,
das heißt unsichtbar sind. Einen solchen Effekt kann man
erreichen, wenn man die einzelnen Leiterbahnen entsprechend dünn
bzw. schmal ausbildet. Beispielsweise sind Leiterbahnen aus Silberleitlack
mit einer Breite im Bereich 0,05 µm bis 0,5 mm, obwohl
sie nicht notwendig aufgrund ihrer Dicke transparent ausgebildet sind,
für einen entfernt stehenden Beobachter nicht bzw. kaum
wahrnehmbar.
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Besonders
bevorzugt liegt die Breite der Leiterbahn im Bereich 0,1 µm,
bis 0,5 µm insbesondere bei 0,25 µm. Die Dicke
der Silberleitlackleiterbahnen, die bevorzugt mit Siebdruck oder
Schablonen aufgebracht werden liegt im Bereich 50 nm bis 0,5 mm,
insbesondere zwischen 100 nm und 5 µm.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die transparent leitfähigen Schichten,
die durch Verwendung eines Lasers strukturiert werden können,
sogenannte hochleitfähige Schichten, insbesondere aus einem Metalloxid
wie ITO, ATO oder FTO sind. Besonders bevorzugt sind hochleitfähige
Schichten aus FTO (SnOx:F). Hochleitfähige
Schichten haben bevorzugt einen Schichtwiderstand (Surface Resistance) ≤ 15 Ohms/☐ (Ω/☐),
insbesondere ≤ 10 Ohms/☐, insbesondere bevorzugt ≤ 8
Ohms/☐, insbesondere bevorzugt ≤ 7 Ohms/☐,
insbesondere bevorzugt ≤ 5 Ohms/☐. Hochleitfähige
Schichten bestehen insbesondere aus Metalloxyden wie beispielsweise
zuvor angegeben, zum Beispiel ITO, FTO oder ATO. Die Schichtdicken
der hochleitfähigen Schichten betragen bevorzugt mehr als
150 nm, bevorzugt mehr als 180 nm, insbesondere bevorzugt mehr als
280 nm, ganz besonders bevorzugt mehr als 420 nm, insbesondere bevorzugt
mehr als 500 nm, ganz besonders bevorzugt mehr als 550 nm. Die Durchlässigkeit
bei einer Wellenlänge von 550 nm derartiger Schichten beträgt
mehr als 82 Prozent, insbesondere mehr als 87 Prozent, ganz besonders
bevorzugt mehr als 89 Prozent. Ein weiterer Vorteil der SnOx : F-Schicht, insbesondere der SnO2 : F-Schicht ist, dass diese nicht nur als
leitfähige Schicht, sondern auch als Wärmedämmschicht
wirkt.
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Um
die Leuchtdioden oder andere elektrische Bauteile auf den Trägersubstraten
anzuschließen, können in einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung die Anschlussstellen, die sogenannten Pads auf die
leitende Schicht oder die Leiterbahn aus hochleitfähigem
Material aufgebracht werden. Derartige Anschlussstellen umfassen
eine leitende Paste oder Lack, beispielsweise Silberleitlack oder
Silberleitlackpaste. Das Aufbringen der einzelnen Anschlussstellen
kann mittels Sieb- oder Schablonendruck erfolgen und anschließendem
Einbrennen, wobei ein derartiges Verfahren im Fall der Verwendung von
Gläsern aus transparentem Substrat gleichzeitig zum Vorspannen
der Gläser benutzt werden kann. Ein Vorteil derart hergestellter
Bauteile ist, dass besonders feste Gläser ohne einen zusätzlichen
weiteren Bearbeitungsschritt erhalten werden. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, dass durch das Aufbringen der Pads erstmals ein Löten
auf einem transparenten Substrat ermöglicht wird. Alternativ
zum Verbinden mittels Löten auf der Leiterbahn kann auch
ein Kleben durchgeführt werden. Zum Anschließen
der Bauteile oder Leuchtmittel beziehungsweise Leuchtdioden an die
leitfähige Schicht über die Anschlussstellen kann
die Bestückung des Trägers mit Leuchtdioden nach
bekannten Standardverfahren aus der Elektronikindustrie erfolgen,
indem beispielsweise mittels Schablonendruck auf die einzelnen Anschlussstellen
Lötpaste aufgebracht wird. Hierfür kann beispielsweise
ein Chip-Bonder eingesetzt werden, der die einzelnen Leuchtmittel
vor dem Lötprozess auf dem Trägermaterial befestigt.
Nach dem Befestigen der einzelnen Leuchtmittel wird das Trägersubstrat
dann durch einen Reflow-Ofen verbracht. Alternativ hierzu können
die mit einem Chip-Bonder bestückten LEDs auch durch ein
Wellenlötbad geschickt werden. Aufgrund der freien Strukturierbarkeit
der Substrate ist es möglich, zusätzlich zu den Leuchtdioden
auch die gesamte Ansteuerelektronik im transparenten Substrat unterzubringen.
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Um
einen vor einem derartigen Element stehenden Betrachter möglichst
ungehindert den Durchblick durch die Scheibe des ersten Bereiches,
in dem die Projektion erfolgt und/oder des zweiten Bereiches, in
dem die Leuchtdioden angeordnet sind, zu ermöglichen, umfasst
die Scheibe ein hochentspiegeltes Glas im sichtbaren Wellenlängenbereich,
beispielsweise aufbauend auf einem interferenzoptischen Mehrfachschichtsystem.
Derartige Gläser sind beispielsweise das hochentspiegelte
Glas Amiran
® der Schott AG, Mainz.
Amiran ist ein im Tauchverfahren beidseitig interferenzoptisch entspiegeltes
Glas mit einer Restreflektion von lediglich einem Prozent. Kann
mit dem hochentspiegelten Glas die Reflektionen auf etwa 1/8 reduziert
werden, wird durch eine derart entspiegelte Scheibe eine außergewöhnliche Transparenz
des Elementes erreicht. Ein hochentspiegeltes Glas, das neben einer
hohen Entspiegelung auch einen hohen UV-Schutz zulässt,
ist beispielsweise in der
WO
01/46718 beschrieben.
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Mit
derartigen Gläsern können unerwünschte
Spiegeleffekte praktisch vollständig ausgeschlossen werden.
Aufgrund der hohen Transmission wird auch die Farbbrillianz beispielsweise
von auf den Projektionsschirm projizierten Bildern insbesondere bei
der Rückprojektion in der Draufsicht erhöht. Dieser
Kontrast kann noch gesteigert werden, indem Leuchtmittel genau entlang
von Kontrastlinien angeordnet sind.
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Anstelle
von hochentspiegelten Gläsern, die insbesondere eine besonders
hohe Transparenz aufweisen, wäre es auch möglich,
Bereiche des optischen Elementes mit Dekorgläsern zu versehen,
beispielsweise im Bereich der Rückprojektion oder neben
dem Bereich der Rückprojektion, in dem beispielsweise die
Leuchtdioden angeordnet sind. Derartige Dekorgläser sind
beispielsweise durchgefärbte Flachgläser, die
eine einseitig strukturierte Oberfläche aufweisen können.
Derartige Flachgläser sind beispielsweise das Flachglas
Artista® oder Imera® der
Schott AG. Alternativ zu durchgefärbten Flachgläsern
können auch Dekorgläser eingesetzt werden, die
hochtransparent sind, aber eine ein- oder zweiseitig strukturierte
Oberfläche aufweisen.
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Das
zuvor beschriebene Element kann in einer Vielzahl von Bereichen
verwendet werden, beispielsweise als Architekturglaselement, als
Element, das für Präsentationszwecke wie beispielsweise Schaufensterscheiben,
Vitrinenbauelemente, Messestände oder Innenverglasungen
in Gebäuden verwendet wird. Beispielsweise könnte
auf das Element, insbesondere das transparente optische Element
mit Hilfe einer Rückprojektion ein Werbelogo oder ein Firmenlogo
im Bereich der Projektionsflächen projiziert werden, was
optional mit Hilfe von Leuchtmitteln verstärkt wird, wobei
neben dem Leuchtmittel Schriftzüge oder laufende Bilder
mit Hilfe von Leuchtdioden dargestellt werden.
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Insbesondere
ist mit Hilfe der Rückprojektion auch die Projektion von
Bildern für ein in der Nähe zum transparenten
optischen Element stehenden Betrachter möglich.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1 einen
Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Elementes mit
einem auf einem transparenten Substrat angeordneten Leuchtmittel
sowie einer Projektionsfläche, beispielsweise einer Rückprojektionsfläche;
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2a Schnittansicht
von unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung,
2e wobei
die Projektionsfläche eine Streuschicht umfasst.
2f Schnittansicht
einer Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Projektionsschicht
ein holographisch-optisches Element ist.
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3a–3b den
typischen Verfahrensablauf zur Herstellung eines Elementes mit Leuchtmitteln;
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4 ein
komplettes Element mit Projektionsfläche und Bereich, in
dem Leuchtmittel angeordnet sind.
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In 1 ist
ein Element gezeigt, das einen ersten Bereich aufweist, wobei dieser
erste Bereich als Projektionsfläche dient. Des Weiteren
dargestellt ist ein zweiter Bereich, in dem die Leuchtmittel angeordnet
sind.
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In 1 ist
ein Element 1 gezeigt, das einen ersten Bereich 2 zeigt,
der als eine Projektionsfläche für ein projiziertes
Bild dienen kann. Des Weiteren dargestellt ist ein zweiter Bereich 4.1, 4.2,
in dem ein Leuchtmittel 9.1, 9.2, hier eine Leuchtdiode,
angeordnet ist. Im Falle der Leuchtdiode 9.2 befindet sich der
Bereich 4.2, in dem das Leuchtmittel, hier die Leuchtdiode,
angeordnet ist, vollständig außerhalb der Projektionsfläche 2.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass
der zweite Bereich 4.1, der die Leuchtdiode 9.1 umfasst,
innerhalb der Projektionsfläche 2, die auf dem
optischen Element 1 ausgebildet wird, angeordnet ist. Bei
einer im Bereich der Projektionsfläche, auf der das zu
projizierende Bild abgebildet wird, angeordneten Leuchtdiode 4.1,
ist es möglich, den Kontrast des Bildes erheblich zu verstärken.
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Die
Leuchtdioden 9.1 beziehungsweise 9.2 werden über
Leiterbahnen 3.1, 3.2 mit Strom versorgt. Die
Leuchtdioden 9.1, 9.2 sind bevorzugt auf einem
Trägersubstrat, bevorzugt einem transparenten Trägersubstrat 1 angeordnet,
wobei das Trägersubstrat bevorzugt eine strukturierte leitfähige Schicht
umfasst. Das Trägersubstrat ist bevorzugt ein Kalk-Natron-Glas.
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Bevorzugt
ist im Bereich der Projektionsfläche 2 oberhalb
des Trägersubstrats 1 eine zweite Scheibe (nicht
dargestellt) angeordnet, so dass zwischen dem Trägersubstrat 1,
das vorliegend eine erste Scheibe ist, und der Deckscheibe, die
im Bereich der Projektionsfläche ausgebildet wird, eine
Streuschicht angeordnet wie in 2 dargestellt
ist. Außerhalb der Projektionsfläche muss nicht
unbedingt ein Zweischeibenglas vorliegen. Die Leuchtmittel, hier
insbesondere die Leuchtdioden können in einer einfachsten
Ausführungsform direkt auf dem Substrat angeordnet sein.
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Besonders
bevorzugt ist es aber, wenn die Leuchtmittel mit einer Deckscheibe
abgedeckt sind, das heißt eine Verbundglaseinheit vorliegt
mit einer ersten Scheibe, auf der die Leuchtmittel angeordnet sind,
und einer zweiten Scheibe, die über den Leuchtmitteln angebracht
ist. Zwischen den beiden Scheiben ist dann bevorzugt eine Schicht,
beispielsweise eine Gießharzschicht, eingebracht.
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Alternativ
zu einer Befestigung der Leuchtmittel auf dem Substrat 1 selbst
ist es auch möglich, aber nicht dargestellt, zwei Substrate
zu einem Verbundelement zusammenzufassen und die Leuchtmittel beispielsweise
in eine Folie, die zwischen die beiden Substrate eingelegt wird,
einzubringen. In den 2a bis 2d sind
Schnittansichten unterschiedlicher Elemente gemäß der
Erfindung mit einer Rückprojektionsfläche und
Leuchtmittel dargestellt. Auch Verbunde mit mehr als zwei Scheiben
wären möglich.
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So
zeigt 2a einen Schnitt entlang einer Linie
A-A in 1. Deutlich zu erkennen ist das Element 2.
Das Element 2 umfasst zwei Scheiben 100.1, 100.2,
die sich im Wesentlichen parallel gegenüber liegen. Zwischen
den beiden Scheiben 100.1, 100.2 ist ein Zwischenraum 100.3 vorgesehen.
Im Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 100.1, 100.2 ist
im Bereich der Rückprojektionsfläche eine Streuschicht
angeordnet. Erfolgt wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
die Projektion dadurch, dass die Projektionsfläche 4 in
Rückprojektion mit dem Projektor 107 im Durchlicht
betrieben wird, so ist die Streuschicht 102 so ausgebildet,
dass die Streukörper 106 der Streuschicht vorwiegend
in Vorwärtsrichtung, das heißt in Richtung weg
vom Projektor 107 streuen. Bevorzugt ist beispielsweise
die Streuung in Vorwärtsrichtung mindestens doppelt, insbesondere
mindestens zweimal so groß wie die Rückwärtsstreuung.
Wird ein Projektionsschirm in Aufprojektion (mit Reflektion – nicht
dargestellt) betrieben, sind diese Verhältnisse umgekehrt.
Um auf der Vorderseite der Projektionsfläche Fremdlichtstrahlen, insbesondere
störende Reflexe zu vermindern, ist auf der Vorderseite
des optischen Elementes, das heißt der dem Betrachter zugewandten
Seite, eine Entspiegelung 108 vorgesehen. Eine derartige
Entspiegelung kann beispielsweise eine Entspiegelung wie beim Glas
Amiran® der Schott AG sein, das
heißt eine Interferenzentspiegelung. Eine Entspiegelungsschicht
kann auch auf die Rückseite der zweiten Glasscheibe 100.2 aufgebracht
sein. Sie dient dann dazu, einen möglichst großen
Anteil des bilderzeugenden Lichtes zur Streuschicht 106 durchzulassen.
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Die
Streuschicht 106 enthält in eine Matrix eingebettete
Streukörper. Bevorzugt hat die Matrix annähernd
die gleiche optische Dichte wie die Scheiben 100.1 und 100.2 und
steht mit diesen in Flächenkontakt.
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Hierdurch
wird vermieden, dass lichtbrechende Grenzschichten entstehen.
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Bevorzugt
ist die Matrix, in die die Streukörper eingebettet werden,
eine Gießharzschicht oder eine heißklebende Klebeschicht,
die unter Wärmeentwicklung beispielsweise die Scheibe 100.1 und 100.2 miteinander
verbindet. Im Bereich 1 dieses optischen Elementes, der
außerhalb des als Rückprojektionsfläche
benutzten Bereiches liegt, sind erfindungsgemäß die
Leuchtmittel 109.1, 109.2 angeordnet. Die Leuchtmittel 109.1, 109.2 sind
bevorzugt Leuchtdioden, die auf die Glasscheibe 100.2 wie
bei 1 aufgebracht sind, zum Beispiel auf eine transparent
leitende Metalloxydschicht, die zuvor im Bereich der Leuchtmittel
auf die Glasscheibe 100.2 aufgebracht wurde. Der Zwischenraum
zwischen den beiden Scheiben 100.1 und 100.2 wird
in dem Bereich, in dem die Leuchtdioden angeordnet sind, wiederum
mit einer Verbindungsschicht, beispielsweise einer Gießharzschicht,
ausgefüllt oder einem entsprechenden Kleber.
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In 2b ist
eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Elementes dargestellt. Gleiche Bauteile wie in 2a sind
mit denselben Bezugsziffern belegt. Wie aus 2b hervorgeht,
ist lediglich der Bereich, der die Rückprojektionsfläche bildet,
als Verbundelement ausgebildet mit zwei Glasscheiben, bei denen
zwischen die beiden Glasscheiben 200.1, 200.2 eine
Streuschicht 200.3 eingebracht ist. Die Leuchtmittel 209.1, 209.2 sind
außerhalb des Bereiches, der die Projektion genutzt wird, angeordnet,
und zwar auf der zweiten Glasplatte 200.2.
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In 2c ist
eine alternative Ausführungsform in einer Ausgestaltung
nach 2a dargestellt. Gleiche Bauteile wie in den 2a und 2b sind mit
um 100 erhöhte Bezugsziffern bezeichnet. Bei der
Ausgestaltung der Erfindung gemäß
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2c ist
zum einen eine zusätzliche Graufolie 320 zwischen
die Scheiben 309.1 und 309.2 eingebracht. Die
Graufolie zwischen den Scheiben dient dazu, den Kontrast zu verstärken.
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Damit
die Graufolie 320 nicht direkt mit der Streuschicht 306 in
Kontakt kommen kann, kann zwischen Graufolie und Streuschicht eine
Trennfolie 322 eingebracht sein. Die Graufolie 320 kann
wiederum aus einer heißklebenden Klebeschicht bestehen.
Bei der Trennfolie 322 handelt es sich im Allgemeinen um eine
transparente Folie.
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Im
Gegensatz zu den Ausführungsformen in 2a und 2b sind
die Leuchtmittel 309.1, 309.2 im zweiten Bereich
des Elementes nicht auf die Scheibe 309.1 aufgebracht,
sondern in eine Folie 305 eingelegt, beispielsweise eine
PVB-Folie.
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In 2d schließlich
ist eine dritte Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei der sämtliche
Bezugsziffern gegenüber den vorangegangenen wiederum um 100 erhöht
ist. Die Leuchtmittel 409.1, 409.2 und 409.3 sind
im gesamten Bereich des Elementes 401 angeordnet, also
auch dort, wo sich die Projektionsfläche 404 befindet.
Die Projektionsfläche, die durch den Projektor 406 angestrahlt
wird, umfasst ebenfalls Leuchtmittel 409.2, 409.3.
Die Leuchtmittel 409.2, 409.3 sind im Bereich
der Projektionsflächen angeordnet. Sie können,
wie zuvor beschrieben, zur Kontrastverstärkung oder zur
Verstärkung einer Linienkontur beitragen.
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Wie
die beiden vorausgegangenen Ausführungsbeispielen besitzt
auch das Ausführungsbeispiel gemäß 2d eine
Entspiegelungsschicht 408 und die Scheibe 400.2 eine
Entspiegelungsschicht 410.
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In 2e ist
eine weitere, alternative Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Das
erfindungsgemäße Element 500 als Verbundsicherheitsglaselement aufgebaut.
Die erste Scheibe 500.1 des Verbundes besitzt wenigstens
an der Außenseite eine Entspiegelungsschicht 510.
Die Scheibe 500.1 kann beispielsweise eine AMIRAN®-Scheibe der Schott AG, Mainz sein.
Auf der Innenseite der Scheibe 500.1 folgt eine Folie,
beispielsweise eine PVB-Folie 580.1. Auf die PVB-Folie 580.1 folgt
eine Streuschicht 506, die als Projektionsfläche,
beispielsweise für eine Rückprojektion verwendet
werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist auf
die Streuschicht eine Touchfolie 582 auflaminiert. Auf
die Touchfolie 582 folgt eine Scheibe 500.2, die
die einzelnen Leuchtmittel, beispielsweise die Leuchtdioden 509.1, 509.2 trägt.
In der vorliegenden Ausgestaltung folgt auf die Scheibe 500.2,
die bevorzugt eine Glasscheibe ist, eine weitere PVB-Folie 580.2. Über
der weiteren PVB-Folie 580.2 ist eine dritte Scheibe 500.3 mit wenigstens
außenliegender Entspiegelungsschicht 508 angeordnet.
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In
2f ist
eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der
als Projektionsfläche eine Projektionsfläche mit
holographisch optischen Elementen eingesetzt wird. Bei dem in
2f mit
holographisch-optischen Elementen ausgestalteten Projektionsschirm
830 ist
nur ein Ausschnitt mit zwei holographisch-optischen Elementen dargestellt.
Oberhalb des Projektionsschirms
830, sind Leuchtdioden
809.1,
809.2 angeordnet.
Betreffend die Leuchtmittel, insbesondere Leuchtdioden
809.1,
809.2 ist
die Anordnung ähnlich zu der in
2b. Bei
der mit holographisch-optischen Elementen ausgestalteten Projektionsfläche
830 gemäß beispielsweise
der
EP 1 084 432 A1 von
jedem holographisch-optischen Element
810 wird ein anderer
Bildbereich des zu projizierenden Bildes dargestellt, so dass das
zu projizierende Bild durch ein Raster unterteilt ist, wobei jeder Rasterpunkt
durch ein anderes holographisch-optisches Element
810 abgebildet
wird. Dadurch erscheint auf dem Projektionsschirm eine Vergrößerung
des zu projizierenden Bildes, das durch eineinzelnes holographisch-optisches
Element
810 zusammengesetzt ist. Bei der dargestellten
Ausgestaltung ist lediglich ein Ausschnitt eines Projektionsschirmes
830 mit
zwei holographisch-optischen Elementen
810a,
810b herausgegriffen.
Zur Verdeutlichung sind nur die Lichtbündel
818a,
818b zu
einer Farbe, hier der grünen Farbe des Projektors dargestellt,
die von einer Projektionseinrichtung
824 auf die Rückseiten der
holographisch-optischen Elemente
810a,
810b projiziert
werden. Die anderen Projektionssysteme des des Projektors sind mit
822 für blaues
Licht und
826 für rotes Licht bezeichnet. Die
von der Projektionseinrichtung
824 erzeugten Lichtbündel
werden von den holographisch-optischen Elementen
810a,
810b mit
den Lichtbündeln der anderen Projektionssysteme
802,
826 zu
gemeinsamen Lichtaustrittsbündeln
828a,
828b zusammengefasst.
Die holographisch-optischen Elemente
810a,
810b weisen
einen vertikalen Abstand zueinander auf und sind so ausgebildet,
dass die Lichtaustrittsbündel
828a,
828b einen
unterschiedlichen Lichtaustrittswinkel β bzw. β' haben.
Das holographisch-optische Element
810b ist so ausgebildet,
dass das Lichtaustrittsbündel
828b das Lichtaustrittsbündel
828a in
einer gemeinsamen Betrachtungsebene
832 schneidet. Der
Projektionsschirm mit holographisch-optischen Elementen wird auf
derselben Scheibe wie die LED's ausgebildet.
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In
den 3a bis 3d ist
ein Verfahrensablauf zur Strukturierung einer transparenten Scheibe,
die in dem erfindungsgemäßen Element Verwendung
finden kann, dargestellt.
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Zunächst
wird das transparente Substrat 1000 mit einer leitfähigen
Schicht vollflächig beschichtet, beispielsweise im Sol-Gel-Verfahren,
wie in 3a gezeigt.
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Anschließend
wird gemäß 3b eine Strukturierung
beispielsweise mittels Laser, der die lokale Beschichtung erhitzt
und diese verdampft, hergestellt. Bevorzugt umfassen die Scheiben,
die mit Hilfe eines Lasers strukturiert werden, eine leitfähige Schicht,
die im Bereich der Laserwellenlänge des eingesetzten Lasers
eine hohe Absorption aufweist und ein Material, welches bei dieser
Wellenlänge transmissiv ist. Bei einem derartigen System
weist die Glasschicht nur geringe Verletzungen auf. Insbesondere
kann die Rissbildung bei einem derartigen System weitgehend vermieden.
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Die
Trennlinien der einzelnen Bereiche des Substrates sind in 3b mit
den Bezugsziffern 1011.1–1011.3 bezeichnet.
An die Strukturierung gemäß 3b anschließend
werden in den Bereichen 1013.1–1013.4 einzelne Anschlussstellen,
sogenannte Anschlusspads 1009 aufgebracht. Die Anschlusspads 1009 umfassen
eine leitende Paste oder Lack, beispielsweise Silberleitlack oder
Silberpaste. Der Silberleitlack oder die Silberpaste wird mittels
Sieb oder Schablonendruck auf das leitfähige Substrat aufgebracht
und anschließend eingebrannt. Durch das Einbrennen kann
gleichzeitig ein Vorspannen des transparenten Substrates, insbesondere
des transparenten Glassubstrates, erfolgen. Hierdurch wird eine
hohe mechanische Festigkeit in einem einzelnen Verfahrensschritt
erzielt.
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Nach
Aufbringen der Kontakte in den unterschiedlichen Bereichen 1013.1–1013.4 können
diese, wie in 3d dargestellt, mit einem Standardverfahren
bestückt werden, in dem beispielsweise Lötpaste
auf die Anschlusspads 1009, beispielsweise mittels Schablonendruck,
aufgebracht wird. Die Leuchtdioden (LEDs) 1004 werden sodann
auf die Scheibe aufgebracht, wobei ein Chipbonder verwendet werden
kann, der die Leuchtdioden 1004 vor dem Lötprozess
auf der Scheibe befestigt. Nach Befestigen der einzelnen LEDs wird
die Scheibe 1000 mit den darauf befestigen Leuchtdioden
durch einen Reflow-Ofen geschickt oder durch ein Wellenlötbad.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Scheibe
ein Glassubstrat, typischerweise ein Kalk-Natron-Glas mit einem
fluordotierten Zinn-Oxíd beschichtet.
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Das
Aufbringen der Beschichtung geschieht wie folgt: Ein Kalk-Natron-Glas
als transparentes Substrat wird auf 500°C erhitzt. Sodann
wird das Glas mit Monobutylzinnchlorid und Flusssäure in Ethanol
besprüht, wobei die Sprühlösung die nachfolgende
Zusammensetzung aufweist:
Monobutylzinnchlorid 70%
Ethanol < 30%
Flusssäure
0,4%
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Nach
dem Besprühen umfasst das Kalk-Natron-Glas eine transparente
fluordotierte Zinnoxid-Schicht. Die Beschichtung wird sodann mit
einem Laser aufgetrennt. Mit Hilfe eines Rakels wird per Siebdruck
eine Silberleitpaste aufgebracht. Die Silberleitpaste wird in einem
Durchlaufofen bei 140°C für 2 Minuten angetrocknet
und dann durch eine Vorspannanlage bei ca. 700°C für
ein Kalk-Natron-Glas eingebrannt und vorgespannt. Anschließend
wird handelsübliche Lötpaste per Schablonendruck
aufgetragen und mit Leuchtdioden bestückt. Beispielsweise
NSCW100-Leuchtdioden der Firma Nichia. Beim folgenden Reflow-Löten
wird für zwei Minuten das bestückte Substrat auf
120°C vorgeheizt und anschließend für
fünf Sekunden auf 225°C erhitzt. Daran anschließend
wird langsam abgekühlt.
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Anstelle
der leitfähigen strukturierten Schicht zur Versorgung der
Verbraucher können die Scheiben auch einzelne Leiterbahnen
aus transparentem leitfähigem Material in Aufdampftechnik
umfassen. Derartig aufgedampfte Leiterbahnen zur einzelnen der Verbraucher
sind in der
EP 0900971
A1 beschrieben.
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Alternativ
hierzu können wie zuvor beschrieben, auch Leuchtmittel,
die in Folien eingesetzt sind, Verwendung finden.
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In 4 ist
eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Elementes,
wie es für Präsentationszwecke Verwendung finden
kann, gezeigt. Auf der Vorderseite 2002 des Elements 2000 ist
durch den Projektor 2006 ein projiziertes Logo „Schott” im
Bereich der Projektionsfläche 2008, in der der
Projektionsschirm beispielsweise durch die Streuschicht 2010 ausgebildet
wird, dargestellt. Neben dem projizierten Schriftzug „Schott” sind
auf die zweite Scheibe des Verbundelementes 2100.1 die
zuvor beschriebenen Leuchtdioden 2009.1, 2009.2 sowie 2009.3 aufgebracht,
die Licht abstrahlen und kontrastmäßig das Logo „Schott” unterstützen
können. Selbstverständlich wäre es möglich,
die Leuchtdioden nicht nur als Leuchtmittel zu verwenden, sondern insbesondere
bei Anwendungen im Fassadenbereich, das heißt bei Glasfassaden,
neben dem projizierten Logo Schott beispielsweise auf einer Glasfassade
durch eine Vielzahl von wesentlichen in einer Punktmatrix angeordneten
Leuchtdioden, insbesondere RGB-Leuchtdioden, laufende Fernsehbilder
zu projizieren.
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Mit
der Erfindung wird somit erstmals ein Element angegeben, das es
ermöglicht, Lichtbilder insbesondere bei Elementen, die
ein Betrachter aus der Nähe, wie Schaufensterscheiben oder
Vitrinen ansieht, ein Bild zu projizieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004039897 [0002]
- - EP 0900971 [0002, 0003]
- - DE 10019888 A [0002]
- - DE 20012471 U1 [0006, 0006]
- - EP 1084432 A1 [0016, 0016, 0018, 0018, 0062]
- - EP 1275153 A1 [0021]
- - EP 1450416 [0021, 0022, 0022]
- - WO 2006/018066 [0022]
- - WO 01/46718 [0033]
- - EP 0900971 A1 [0070]