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Die Erfindung betrifft eine Folie, mit der selektiv ein Fenster, insbesondere ein Fenster eines Fahrzeugs, eingetrübt und/oder mit Sonnenschutz versehen werden kann.
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Ein Fahrzeug weist Fenster auf, durch die Sonnenlicht in den Innenraum des Fahrzeugs einfallen kann, was unter bestimmten Umständen (z.B. an heißen Tagen) störend für die Insassen des Fahrzeugs sein kann. Des Weiteren können Außenstehende durch die Fenster eines Fahrzeugs in den Innenraum des Fahrzeugs schauen, wodurch die Privatsphäre der Insassen des Fahrzeugs beeinträchtigt werden kann.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Folie für ein Fenster bereitzustellen, insbesondere für ein Fenster eines Fahrzeugs, das es ermöglicht, in selektiver Weise einen Sonnenschutz und einen Privatsphären-Schutz bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Folie mit einer Mehrzahl von Schichten beschrieben. Wenn die Folie in horizontaler Richtung betrachtet wird, so sind die Schichten übereinander angeordnet. Licht, das auf einer ersten Seite der Folie auftrifft (z.B. auf der Oberseite) durchläuft somit die Mehrzahl von Schichten, um die Folie auf einer zweiten (der ersten Seite gegenüberliegenden) Seite der Folie wieder zu verlassen (z.B. auf der Unterseite).
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Die Mehrzahl von Schichten (bzw. die Folie) umfasst eine erste aktive Schicht, die eingerichtet ist, durch eine Zustandsänderung der ersten aktiven Schicht einen Streuungsgrad zu verändern, mit dem Licht in der ersten aktiven Schicht gesteuert wird. Licht, das auf einer ersten Seite der ersten aktiven Schicht eintrifft kann z.B. parallele Lichtstrahlen aufweisen. Ein bestimmter Anteil dieser parallelen Lichtstrahlen kann dann in der ersten aktiven Schicht gesteuert werden, so dass das Licht an der zweiten Seite der ersten aktiven Schicht weniger parallele Lichtstrahlen aufweist als auf der ersten Seite. Das Ausmaß der Reduktion an parallelen Lichtstrahlen kann von dem Streuungsgrad abhängen. Die Streuung des Lichtes innerhalb der ersten aktiven Schicht führt typischerweise zu einer Eintrübung der Folie, so dass ein Nutzer keine klare Sicht mehr durch die Folie hat.
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Die Mehrzahl von Schichten (bzw. die Folie) umfasst eine zweite aktive Schicht, die eingerichtet ist, durch eine Zustandsänderung einen Transmissionsgrad zu verändern, mit dem Licht die zweite aktive Schicht durchläuft. Licht, das auf einer ersten Seite der zweiten aktiven Schicht eintrifft kann eine bestimmte Energie aufweisen. Ein bestimmter Anteil dieser Energie kann durch die zweite aktive Folie absorbiert und/oder von der zweiten aktiven Folie reflektiert werden, so dass das auf der zweiten Seite der zweiten aktiven Schicht austretende Licht eine reduzierte Energie aufweist. Das Ausmaß der Reduktion der Lichtenergie hängt dabei von dem Transmissionsgrad ab. Die zweite aktive Schicht kann somit zu einer Abdunkelung und/oder zu einer Farbänderung der Folie führen.
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Die Mehrzahl von Schichten (bzw. die Folie) umfasst weiter Elektrodenschichten, die derart angeordnet sind, dass Zustände der ersten aktiven Schicht und Zustände der zweiten aktiven Schicht getrennt voneinander verändert werden können.
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Es kann somit eine Folie bereitgestellt werden, die selektiv eingetrübt (z.B. zur Bereitstellung eines Privatsphären-Schutzes) und/oder abgedunkelt (z.B. zur Bereitstellung eines Sonnenschutzes) werden kann.
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Insbesondere kann die erste aktive Schicht einen trüben Zustand und einen klaren Zustand aufweisen, wobei der Streuungsgrad im trüben Zustand höher, insbesondere um einen Faktor 2 oder mehr höher, als der Streuungsgrad im klaren Zustand ist. Somit kann die erste aktive Schicht durch Ansteuerung der Elektrodenschichten zwischen einem trüben Zustand (bei dem die Sicht durch die Folie eingetrübt ist) und einem klaren Zustand (bei dem eine substantiell klare Sicht durch die Folie möglich ist) hin und her geschaltet werden.
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Der Streuungsgrad der ersten aktiven Schicht ist dabei im trüben Zustand typischerweise höher, insbesondere um einen Faktor 2 oder mehr höher, als der Streuungsgrad der zweiten aktiven Schicht (in einem beliebigen Zustand). Mit anderen Worten, die zweite aktive Schicht bewirkt bevorzugt keine bzw. kaum eine Streuung von Licht, so dass die Eintrübung der Folie substantiell nur durch die erste aktive Schicht erbracht wird. Es kann somit eine strikte Trennung zwischen Eintrübung und Abdunkelung der Folie erfolgen.
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Des Weiteren ist die erste aktive Schicht bevorzugt derart ausgelegt, dass der Transmissionsgrad (insbesondere der gesamte Transmissionsgrad, d.h. der Transmissionsgrad für paralleles Licht und für diffuses Licht) der ersten aktiven Schicht im trüben Zustand und der Transmissionsgrad (insbesondere der gesamte Transmissionsgrad, d.h. der Transmissionsgrad für paralleles Licht und für diffuses Licht) der ersten aktiven Schicht im klaren Zustand um weniger als einen vordefinierten Abweichungs-Schwellenwert von insbesondere 20%, 10% oder weniger voneinander abweichen. Mit anderen Worten, die erste aktive Schicht ist bevorzugt derart ausgelegt, dass durch die erste aktive Schicht keine substantielle Abdunkelung erfolgt (insbesondere keine substantielle Änderung der Abdunkelung). Es kann somit eine strikte Trennung zwischen Eintrübung und Abdunkelung der Folie erfolgen.
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Die zweite aktive Schicht kann einen abgedunkelten Zustand und einen hellen Zustand aufweisen, wobei der Transmissionsgrad im abgedunkelten Zustand geringer, insbesondere um einen Faktor 2 oder mehr geringer, als der Transmissionsgrad im hellen Zustand ist. Somit kann die zweite aktive Schicht durch Ansteuerung von Elektrodenschichten zwischen einem abgedunkelten Zustand (mit reduzierter Transparenz) und einem hellen Zustand schaltet werden, um z.B. bei Bedarf einen Sonnenschutz bereitzustellen.
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Der Transmissionsgrad der zweiten aktiven Schicht ist dabei typischerweise im abgedunkelten Zustand geringer, insbesondere um einen Faktor 2 oder mehr geringer, als der Transmissionsgrad der ersten aktiven Schicht (in irgendeinem Zustand der ersten aktiven Schicht). Mit anderen Worten, die erste aktive Schicht bewirkt typischerweise keine substantielle Abdunkelung der Folie. Es kann somit eine strikte Trennung zwischen Eintrübung und Abdunkelung der Folie erfolgen.
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Des Weiteren ist die zweite aktive Schicht bevorzugt derart ausgelegt, dass der Streuungsgrad im hellen Zustand und der Streuungsgrad im hellen Zustand um weniger als einen vordefinierten Abweichungs-Schwellenwert von insbesondere 20%, 10% oder weniger voneinander abweichen. Mit anderen Worten, die zweite aktive Schicht bewirkt bevorzugt keine substantielle (Änderung der) Streuung von Licht. Es kann somit eine strikte Trennung zwischen Eintrübung und Abdunkelung der Folie erfolgen.
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Somit kann die erste aktive Schicht zwischen einer hohen parallelen Lichttransmission einerseits (im klaren Zustand) und einer hohen diffusen Lichttransmission andererseits (im trüben Zustand) schalten. Dabei wird der Streuungsgrad bzw. der Haze (d.h. das Verhältnis aus diffuser Lichttransmission zu paralleler Lichttransmission, bzw. der Anteil von diffuser Lichttransmission zur gesamten Lichttransmission) substantiell erhöht, z.B. von ca. 2 % (im klaren Zustand) auf mehr als 90 % (im trüben Zustand). Die gesamte Lichttransmission (d.h. die Summe aus diffuser Lichttransmission und paralleler Lichttransmission) bleibt dabei substantiell unverändert. Mittels der zweiten Schicht kann die gesamte Lichttransmission variiert werden, ohne dabei (in irgendeinem Zustand) einen signifikanten Anteil an diffuser Lichttransmission aufzuweisen. Typischerweise liegt der Anteil an diffuser Lichttransmission der zweiten Schicht im hellen Zustand und im abgedunkelten Zustand bei 2% oder weniger.
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Die erste aktive Schicht kann z.B. eine Polymer dispersed liquid crystal (PDLC)- oder eine sonstige LC (d.h. Flüssigkristall)-Schicht umfassen. Andererseits kann die zweite aktive Schicht z.B. eine elektrochrome, eine elektrophoretische, eine Flüssigkristall- und/oder eine Suspended particle device (SPD)-Schicht umfassen.
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Die Mehrzahl von Schichten (bzw. die Folie) kann eine erste äußere Elektrodenschicht umfassen, die auf einer ersten Seite der ersten aktiven Schicht angeordnet ist. Des Weiteren kann die Mehrzahl von Schichten (bzw. die Folie) eine zweite äußere Elektrodenschicht umfassen, die auf einer zweiten Seite der zweiten aktiven Schicht angeordnet ist. Dabei sind die zweite Seite der zweiten aktiven Schicht und die erste Seite der ersten aktiven Schicht voneinander abgewendet. Des Weiteren kann die Mehrzahl von Schichten (bzw. die Folie) zumindest eine mittlere Elektrodenschicht umfassen, die zwischen der ersten aktiven Schicht und der zweiten aktiven Schicht angeordnet ist. Die Elektrodenschichten können z.B. jeweils eine Transparent Conducting Oxide (TCO) Schicht umfassen.
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Die erste äußere Elektrodenschicht und die zumindest eine mittlere Elektrodenschicht können eingerichtet sein, ein erstes elektrisches Feld über der ersten aktiven Schicht zu generieren, um einen Zustand der ersten aktiven Schicht zu ändern (z.B. um die erste aktive Schicht von dem trüben Zustand in den klaren Zustand bzw. umgekehrt zu schalten). Zu diesem Zweck können die Elektrodenschichten an eine Spannungs- und/oder Stromquelle angeschlossen werden.
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Die zweite äußere Elektrodenschicht und die zumindest eine mittlere Elektrodenschicht können eingerichtet sein, ein zweites elektrisches Feld über der zweiten aktiven Schicht zu generieren, um einen Zustand der zweiten aktiven Schicht zu ändern (z.B. um die zweite aktive Schicht von dem abgedunkelten Zustand in den hellen Zustand bzw. umgekehrt zu schalten). Zu diesem Zweck können die Elektrodenschichten an eine Spannungs- und/oder Stromquelle angeschlossen werden.
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Die zumindest eine mittlere Elektrodenschicht kann eine gemeinsame Elektrodenschicht zur Generierung des ersten und des zweiten elektrischen Feldes umfassen. Insbesondere kann die Folie nur eine gemeinsame mittlere Elektrodenschicht (z.B. nur eine gemeinsame TCO-Schicht) umfassen. Das erste elektrische Feld wird dann anhand der ersten äußeren Elektrodenschicht relativ zu der gemeinsamen mittleren Elektrodenschicht generiert. Des Weiteren wird das zweite elektrische Feld dann anhand der zweiten äußeren Elektrodenschicht relativ zu der gemeinsamen mittleren Elektrodenschicht generiert. Durch Zusammenführen der mittleren Elektrodenschichten können die Kosten und die Dicke der Folie reduziert werden.
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Alternativ kann die zumindest eine mittlere Elektrodenschicht eine Träger-Schicht umfassen (z.B. eine PET-Schicht). Auf einer ersten Seite der Träger-Schicht kann dann eine der ersten aktiven Schicht zugewandte Elektrodenschicht (z.B. eine TCO-Schicht) angeordnet sein und auf einer zweiten Seite der Träger-Schicht kann dann eine der zweiten aktiven Schicht (z.B. eine TCO-Schicht) zugewandte Elektrodenschicht angeordnet sein. Die Verwendung einer gemeinsamen Träger-Schicht für elektrisch getrennte mittlere Elektrodenschichten für die beiden aktiven Schichten ermöglicht einen kompakten Aufbau der Folie.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System zur Anpassung eines schaltbaren Fensters bzw. einer schaltbaren durchsichtigen Fläche beschrieben. Das System umfasst ein Fenster (bzw. eine durchsichtige Fläche) mit einer in diesem Dokument beschriebenen Folie. Des Weiteren umfasst das System eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die aktiven Schichten der Folie anzusteuern, um das Fenster (bzw. die Fläche) selektiv in einen klaren und hellen Zustand zu schalten; in einen trüben und hellen Zustand zu schalten; und in einen klaren und abgedunkelten Zustand zu schalten. So können in flexibler Weise Privatsphären-Schutz und/oder Sonnenschutz bereitgestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Folie bzw. das in diesem Dokument beschriebene System umfasst.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1a, 1b, und 1c beispielhafte Schichtstrukturen einer Schutz-Folie für ein Fenster; und
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2 ein Blockdiagramm eines Systems zur Veränderung des Zustands eines Fensters.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der selektiven Bereitstellung von Sonnenschutz und Privatsphären-Schutz in bzw. an einem Fenster, insbesondere in bzw. an einem Fenster für ein Fahrzeug. In diesem Zusammenhang zeigen die 1a, 1b, 1c unterschiedliche Schichtstrukturen einer Folie 100, die dazu verwendet werden kann, einen derartigen Schutz bereitzustellen.
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Die Folie 100 umfasst zwei unterschiedliche aktive Schichten 113, 123. Die unterschiedlichen aktiven Schichten 113, 123 können durch elektrische Felder angesteuert werden, wobei durch eine erste Spannungsquelle 114 (mit einer ersten Spannung U1) ein erstes elektrisches Feld über der ersten aktiven Schicht 113 generiert werden kann. Zu diesem Zweck, ist die erste aktive Schicht 113 zwischen zwei ersten Elektrodenschichten 111, 112 angeordnet und die erste Spannungsquelle 114 ist eingerichtet, die erste Spannung zwischen den zwei ersten Elektrodenschichten 111, 112 anzulegen. In analoger Weise kann durch eine zweite Spannungsquelle 124 eine zweite Spannung U2 zwischen zwei zweiten Elektrodenschichten 121, 122 angelegt werden, wobei sich die zweite aktive Schicht 123 zwischen den zweiten Elektrodenschichten 121, 122 befindet.
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Die erste aktive Schicht 113 ist ausgebildet, einen Streuungsgrad von Licht in der Folie 100 zu verändern. Insbesondere kann die erste aktive Schicht 113 zwischen einem klaren Zustand und einem trüben Zustand geschaltet werden. In dem klaren Zustand durchläuft Licht die erste aktive Schicht 113 ohne substantielle Streuung. Andererseits wird Licht in dem trüben Zustand in der ersten aktiven Schicht 113 substantiell gesteuert, so dass die Folie 100 eingetrübt wird und so dass ein Nutzer nicht mehr klar durch die Folie 100 sehen kann.
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Andererseits absorbiert oder reflektiert die erste aktive Schicht 113 bevorzugt kein oder nur kaum Licht. Mit anderen Worten, die Energie des Lichtes, das die erste aktive Schicht 113 durchläuft, bleibt substantiell unverändert. Des Weiteren ist die erste aktive Schicht 113 bevorzugt derart, dass Licht, das auf die erste aktive Schicht 113 einfällt, substantiell vollständig die erste aktive Schicht 113 durchläuft (und nicht reflektiert wird).
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Folglich kann die erste aktive Schicht 113 dazu genutzt werden, die Folie 100 einzutrüben und damit einen Privatsphären-Schutz bereitzustellen, ohne dabei eine substantielle Abdunkelung zu bewirken. Die erste aktive Schicht 113 kann z.B. eine PDLC (Polymer dispersed liquid crystal)- oder allgemein eine LC (Flüssigkristall)-Schicht umfassen.
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Die zweite Schicht 123 ist ausgebildet, einen Transmissionsgrad für Licht zu verändern. Insbesondere kann die zweite Schicht 123 einen hellen Zustand und einen abgedunkelten Zustand aufweisen, wobei über die Ansteuerung der zweiten Elektrodenschichten 121, 122 zwischen den beiden Zuständen geschaltet werden kann. In dem hellen Zustand ist die zweite Schicht 123 transparent und lässt einfallendes Licht substantiell vollständig (und ohne Streuung) durch. Andererseits dämpft die zweite Schicht 123 in dem abgedunkelten Zustand einfallendes Licht substantiell, so dass die Folie 100 abgedunkelt wird. Die zweite Schicht 123 kann z.B. eine elektrochrome, eine elektrophoretische, eine Flüssigkristall- und/oder eine SPD-(Suspended particle device) Schicht aufweisen. Die zweite Schicht 123 kann somit dazu verwendet werden, einen effizienten Sonnenschutz bereitzustellen.
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Die Folie 100 kann somit eine erste aktive Schicht 113 umfassen, bei der eine deutliche Änderung der parallelen Lichttransmission durch die Schicht 113 aber nur eine geringfügige Änderung der totalen Lichttransmission erfolgt. Die erste aktive Schicht 113 ermöglicht somit eine Schaltung zwischen einem stark streuenden (trüben) und einem wenig streuenden (klaren) Zustand. Die Folie 100 kann weiter eine zweite aktive Schicht 123 umfassen, bei der die parallele Lichttransmission zu der totalen Lichttransmission proportional bleibt, bei der aber die totale Lichttransmission verändert werden kann. Es wird somit durch die zweite aktive Schicht 123 eine allgemeine Abdunkelung/Farbänderung ohne Lichtstreuung/Trübung ermöglicht.
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Ein erste Schichtkomplex, der die ersten Elektrodenschichten 111, 112 und die erste aktive Schicht 113 umfasst, und ein zweiter Schichtkomplex, der die zweiten Elektrodenschichten 121, 122 und die zweite aktive Schicht 123 umfasst, können über eine Klebe-Schicht 103 (z.B. eine PVB-Schicht) miteinander verbunden werden, um eine Folie 100 bereitzustellen, die sowohl die erste aktive Schicht 113 und die zweite aktive Schicht 123 umfasst, wobei die aktiven Schichten 113, 123 jeweils einzeln bzw. separat angesteuert werden können.
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2 zeigt ein System 200, das eine Eingabeeinheit 202 umfasst, über die die Eingabe eines Nutzers erfasst werden kann. Das System 200 umfasst weiter ein Fenster mit zwei Scheiben 203, 204 zwischen denen die Folie 100 angeordnet ist. Die Folie 100 kann über Klebe-Schichten 101, 102 mit den Schieben 203, 204 verbunden werden. So kann z.B. ein Verbundsicherheitsglas für ein Fahrzeug bereitgestellt werden. Außerdem umfasst das System 200 eine Steuereinheit 201, die eingerichtet ist, die aktiven Schichten 113, 123 der Folie 100 in Abhängigkeit von einer Eingabe eines Nutzers anzusteuern. Durch die Kombination der beiden aktiven Schichten 113, 123 können über eine Eingabe insbesondere vier unterschiedliche Zustände eingestellt werden:
- • ein normaler Zustand, bei dem sich die erste aktive Schicht 113 im klaren Zustand und die zweite aktive Schicht 123 im hellen Zustand befindet;
- • ein Lichtschutz-Zustand, bei dem sich die erste aktive Schicht 113 im klaren Zustand und die zweite aktive Schicht 123 im abgedunkelten Zustand befindet;
- • ein Privatsphäre-Zustand, bei dem sich die erste aktive Schicht 113 im trüben Zustand und die zweite aktive Schicht 123 im hellen Zustand befindet; und
- • ein kombinierter Lichtschutz und Privatsphäre Zustand, bei dem sich die erste aktive Schicht 113 im trüben Zustand und die zweite aktive Schicht 123 im abgedunkelten Zustand befindet.
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Durch die Kombination von unterschiedlichen aktiven Schichten 113, 123 kann somit ein selektiver Lichtschutz und Privatsphärenschutz bereitgestellt werden.
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Die Elektrodenschichten 111, 112, 121, 122 umfassen typischerweise eine Träger-Schicht (z.B. eine PET (Polyethylenterephthalat) Schicht) auf der eine transparente Elektrode (z.B. eine TCO (Transparent conducting oxide) Schicht) angeordnet ist. Die Schichtstruktur einer Folie 100 mit mehreren aktiven Schichten 113, 123 kann vereinfacht werden, indem z.B. für die mittleren Elektrodenschichten 112, 121 zwischen direkt benachbarten aktiven Schichten 113, 123 eine gemeinsame Träger-Schicht 105 verwendet wird. Dies ist in 1b dargestellt. Insbesondere ist in 1b dargestellt, dass auf einer gemeinsamen Träger-Schicht 105 auf einer ersten Seite eine Elektrode 115 für die erste aktive Schicht 113 und auf einer zweiten Seite eine Elektrode 125 für die zweite aktive Schicht 123 angeordnet ist. So können die Kosten und die Dicke einer Folie 100 reduziert werden.
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Eine weitere Vereinfachung und Kostenreduktion wird dadurch erreicht, dass für die erste aktive Schicht 113 und für die zweite aktive Schicht 123 eine gemeinsame zentrale Elektrodenschicht 116 verwendet wird, so dass das erste elektrische Feld durch eine Spannung zwischen der ersten äußeren Elektrodenschicht 111 und der zentralen Elektrodenschicht 116 generiert wird und so dass das zweite elektrische Feld durch eine Spannung zwischen der zweiten äußeren Elektrodenschicht 12 und der zentralen Elektrodenschicht 116 generiert wird.
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Mit der Integration der aktiven Schichten 113, 123 in eine gemeinsame Folie 100 kann die Komplexität eines Glaslaminierungsprozess reduziert werden. Des Weiteren kann durch die Reduzierung der Schicht- und Grenzflächenzahl die optische Qualität erhöht werden (z.B. eine höhere Lichttransmission und/oder ein geringerer Haze). Außerdem können durch die Zusammenführung der zentralen Elektrode 116 der Kontaktierungs- und Verkabelungsaufwand reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
