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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Scheibe mit einer opaken Beschichtung,
die einen Flächenabschnitt
mit opaken Flächenanteilen
und flächig
verteilten Licht durchlassenden Flächenanteilen umfasst.
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Es
ist bei (Fenster-)Scheiben bekannt (DE-C2-37 08 577), deren lichtdurchlässige Flächenanteile
durch opake Beschichtungen (insbesondere durch Siebdruck aufgedruckte
und eingebrannte opake Muster oder Raster) zu vermindern oder zu umgrenzen.
Solche Scheiben werden verbreitet als Scheiben für Schiebedächer von Kraftfahrzeugen eingesetzt,
wobei die Druckmuster bzw. deren opake (Flächen)anteile als Sonnen- und
Wärmeschirm
dienen. Gerasterte opake Beschichtungen kaschieren Kleberstränge oder
auch andere Bauteile, die an Scheiben befestigt oder in (Verbund-)Scheiben
integriert sind. Man kennt schließlich (DE-C2-40 33 188) Fahrzeug-Windschutzscheiben
mit einem zum Bilden eines Schutzschirms im Bereich zwischen den klappbaren
Sonnenblenden vorgesehenen Rasterdruck.
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Aus
EP-A1-0 267 331 ist eine Verbundscheibe für Fahrzeuge mit einem in die
Verbund-Klebeschicht eingebetteten Zeichen bekannt, das durch ein
Elektrolumineszenz-Leuchtelement dargestellt oder hinterleuchtbar
ist. Die erforderlichen elektrischen Zuleitungen sind praktisch
unsichtbar durch transparente Leiterbahnen oder -schichten innerhalb des
Verbundes dargestellt. Nach Einschalten der Speisespannung scheint
das Leuchtzeichen ohne sichtbare Zuleitungen in der Scheibe zu schweben. Das
genannte Dokument offenbart zwei unterschiedliche Bauarten der Leuchtelemente.
Bei der ersten sind beide spannungsführenden Elektroden auf demselben
Substrat vorgesehen und werden vom Leuchtelement überbrückt, das
seinerseits eine Brückenelektrode
umfasst. Elektrisch betrachtet sind damit zwei in Reihe geschaltete
Kapazitäten
gebildet. In der zweiten Bauart ist auf beiden Innenoberflächen der
Verbundscheibe jeweils eine der beiden Elektroden als transparente
Dünnschicht
aufgebracht und ist zwischen ihnen das Leuchtelement angeordnet. Es
wird dort auch die Option beschrieben, nach welcher mittels einer
opaken Beschichtung der Austritt von Licht durch eine der Scheiben
verhindert werden kann.
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Die
grundsätzlichen
Prinzipien der Elektrolumineszenz sind seit langem bekannt. Eine
ausführliche
Dokumentation dieser Technologie nebst Anwendungsbeispielen, Materialbeschreibungen
und erzeugbaren Lichtfarben steht unter der Internet-Adresse „http://www.dupont.com/mcm/luxprint/about.html" (Stand: Mai 2001)
zur Verfügung,
so dass auf Einzelheiten hier nur kurz eingegangen werden muss.
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Ausgehend
von zwei leitfähigen
Schichten, von denen mindestens eine transparent ist/Licht durchlässt, erzeugt
man einen Kondensator. Auf der transparenten Elektrode bringt man
in den Kondensator eine (opake) Schicht mit Leuchtpigmenten und eine
(dieelektrische) Isolierschicht ein. Legt man an die beiden Elektroden
dieses Elements eine Wechselspannung (üblich sind 100 V ~), so regt
diese in den Leuchtpigmenten Ströme
an, die ihrerseits über Streuprozesse
Licht erzeugen, das durch die transparente Elektrode austritt.
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Die
Elektroden-Schichten sowie die Elektrolumineszenz-Schicht selbst
und die dielektrische Schicht können
durch Dickschicht-Siebdrucken auf geeignete Substrate wie Glas,
PET-Folien aufgebracht werden. Man erzielt mit diesem bekannten
Effekt flächige
Leuchteffekte, die zu mannigfachen Zwecken (Beleuchtung, Logos,
Signalleuchten) nutzbar sind, wenn man die relativ geringe Lichtdichte und
die durch die verwendbaren Materialien eingeschränkte Farbenwahl hinnimmt. Ferner
sind die Elektrolumineszenz-Elemente (im folgenden Leuchtelemente)
selbst nicht durchsichtig, so dass eine damit versehene Fläche kein
(Tages-)Licht durchlässt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer opaken, mit flächig verteilten
Licht durchlassenden Flächenanteilen
strukturierten Beschichtung einer Licht durchlassenden (Fenster-)Scheibe
eine weitere Funktion zuzuweisen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zumindest in einem Teil der opaken Flächenanteile des Flächenabschnitts
mindestens ein flächiges
mehrschichtiges Elektrolumineszenz-Leuchtelement mit einer transparenten
Elektrode angeordnet ist, das nach Anlegen einer elektrischen Speisespannung
Licht auf der Seite der transparenten Elektrode von einer der Flächenseiten
der Scheibe abstrahlt.
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Auf
diese Weise kann die Scheibe, die beispielsweise tagsüber bei
Tageslicht als Sonnen- oder Wärmeschirm
dient, bei geringer Helligkeit auch über ihre gesamte Oberfläche als
Beleuchtungssystem ohne Schattenbereich dienen, weil das vom Elektrolumineszenz-Element abgegebene
Licht homogen durch die offenen Flächenanteile hindurch geht und ebenfalls
homogen von den opaken Flächenanteile abgestrahlt
wird.
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Die
Merkmale der Unteransprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.
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Demnach
wird zumindest einem Teil der opaken Flächenanteile der Beschichtung
mindestens ein flächiges
mehrschichtiges Elektrolumineszenz-Element (Leuchtelement) mit mindestens
einer transparenten Elektrode zugeordnet, das nach Anlegen einer
elektrischen Spannung Licht auf (mindestens) einer der Flächenseiten
der Scheibe abstrahlt. Dadurch lässt
die Scheibe in den transparenten Flächenanteilen Licht durch und
strahlt zugleich bei Stromzufuhr über ihre nicht lichtdurchlässigen Flächenanteile – die nun
zugleich die Fläche
des Leuchtelements bilden – Licht
ab. Die Elektrolumineszenz-Schicht selbst ist, wie schon erwähnt, opak.
Sie kann, muss aber nicht mit einer weiteren opaken Beschichtung
kombiniert werden.
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Eine
solche Scheibe hat eine optisch und ästhetisch verblüffende Wirkung – der vermeintlich „dunkle" Flächenanteil
strahlt nun selbst Licht ab. Man kann mehrere getrennt schaltbare
Leuchtelemente in verschiedenen Flächenabschnitten nebeneinander
vorsehen, wobei sich die stromführenden Elektroden
und Anschlüsse
relativ einfach unter der opaken Beschichtung verstecken lassen.
In einem solchen Fall kann die Licht durchlassende Elektrode ggf.
für alle
Leuchtelemente gemeinsam (Masse) genutzt werden. Man kann so verschiedene
Leuchteffekte erzielen, oder auch die Lichtstärke in mehreren Stufen (abhängig von
der jeweils leuchtenden Fläche und
ggf. deren Lichtfarbe) steuern.
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Im
erwähnten
Anwendungsfall kann eine solche teiltransparente Fensterscheibe
als Dachscheibe in einem Automobil im Einschaltzustand des Leuchtelements
und bei hinreichender Fläche
bzw. Lichtstärke
eine gesonderte Innenraumleuchte in einem Kraftfahrzeug ersetzen,
wobei bei Tag noch eine gewisse Lichtmenge durch das Glasdach von
oben her einfallen kann.
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Voraussetzung
für diese
Doppel-Wirkung ist natürlich,
dass in den Licht durchlassenden Flächenanteilen für möglichst
hohe, nicht durch Leiterstrukturen oder Ähnlichem gestörte Transparenz
gesorgt ist. Eine solche fein auflösende Strukturierung kann mit der
bekannten Siebdrucktechnik einfach und zuverlässig reproduzierbar hergestellt
werden. Es kommt natürlich
wesentlich darauf an, dass die unterschiedlichen Schichten des Leuchtelements
im Bereich der Rasterung sehr präzise übereinander
gedruckt werden. Auch dies ist jedoch ein industriell beherrschter Prozess.
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Lichteffekte
der genannten Art lassen sich natürlich auch an allen anderen
(Verbund-)Scheiben erzielen, die mit einem solchen teiltransparenten Rasterdruck
versehen sind, so z. B. im Bereich der Sonnenblenden, wenn der erhöhte Aufwand
beim Herstellen der Mehrfach-Drucke und der elektrischen Anschlüsse akzeptiert
wird.
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Es
ist zwar nicht zwingend erforderlich, ein solches Leuchtelement
in eine Verbundscheibe einzubetten, aber man wird diese Anordnung
im Hinblick auf die recht hohe Speisespannung aus Sicherheitsgründen vorziehen.
Die Einbettung in einen Scheibenverbund sichert das Leuchtelement
ferner gegen mechanische Einwirkungen sowie gegen das Eindringen
von Feuchtigkeit und Verschmutzungen.
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Das
Material der Scheibe selbst ist grundsätzlich frei wählbar; es
können
gleichermaßen Scheiben
aus Kunststoff und Glas verwendet werden. Auch Mischverbünde sind
bekanntlich industriell herstellbar.
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Es
ist auch grundsätzlich
unerheblich, ob das Leuchtelement unmittelbar auf einer Fläche einer
solchen Scheibe aufgebracht bzw. -gedruckt wird, oder ob es auf
einem gesonderten Trägersubstrat
wie z. B. eine PET-Folie hergestellt wird, die später in geeigneter
Weise mit der starren Scheibe verbunden bzw. in einen Verbund einlaminiert
wird.
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Wahlfrei
ist auch das Verhältnis
zwischen der Fläche
des Leuchtelements und der gesamten Fläche der Scheibe bzw. des besagten
Flächenabschnitts
der strukturierten opaken Beschichtung. Man kann bei Bedarf mehrere
Leuchtelemente mit ggf. unterschiedlichen Farben und Formen nebeneinander anordnen.
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Schließlich kann
es für
bestimmte Anwendungsfälle
auch interessant sein, Licht von einem oder mehreren Elektrolumineszenz-Leuchtelementen
auf beiden Flächenseiten
der Scheibe abzustrahlen. Dann wird keine gesonderte opake Beschichtung benötigt, weil
die Elektrolumineszenz-Schichten selbst kein sichtbares Licht durchlassen.
Grundsätzlich
kann man auch mehrere solche Elektrolumineszenz-Leuchtelemente ggf.
mit einander entgegen gesetzten Orientierungen übereinander „stapeln", wobei ggf. eine
gemeinsame Zwischenelektrode genutzt werden kann.
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Einen
weiteren besonderen Leuchteffekt könnte man erzielen, indem das
Leuchtelement zwar in einem Scheibenverbund eingeschlossen, die
opake Beschichtung jedoch nicht unmittelbar auf der Elektrodenschicht,
sondern jenseits der abschließenden
Scheibe auf deren äußerer Oberfläche angeordnet
(und z. B. durch Einbrennen mit hinreichender mechanischer Widerstandsfähigkeit
ausgestattet) würde.
Ein gewisser, ungerichteter Anteil von Licht könnte durch seitliche Lichtstreuung
ggf. durch Licht durchlassende Flächenanteile dieser opaken Beschichtung
austreten.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
und der anschließenden eingehenden
Beschreibung hervor.
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In den Zeichnungen
in vereinfachter Darstellung ist
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1 eine
Ansicht einer Scheibe mit einer rasterartig strukturierten opaken
Beschichtung, und
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2 zeigt
im Schnitt durch die Scheibe gemäß 1 entlang
II-II einen prinzipiellen Schichtaufbau dieser erfindungsgemäß mit einem Elektrolumineszenz-Leuchtelement
ausgestatteten Verbundscheibe.
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Gemäß 1 ist
eine an sich transparente Scheibe 1 mit einer opaken Beschichtung 2 versehen.
Letztere ist in einem begrenzten (zur Verdeutlichung durch eine
gestrichelte Linie umschriebenen) Flächenabschnitt 3 in
flächig-gleichmäßiger Verteilung
mit Licht durchlassenden, also transparenten Flächenanteilen 4 durchsetzt,
die mit opaken Flächenanteilen 5 alternieren,
wobei hier angenommen sein soll, dass der gesamte Flächenabschnitt 3 mit dem
gezeigten Muster ausgeführt
ist.
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Das
hier gezeigte regelmäßige Raster
und seine Größe im Verhältnis zur
Scheibenfläche
ist jedoch nur ein mögliches
Ausführungsbeispiel
bzw. Layout. Man kann mit der Siebdrucktechnik praktisch beliebige
andere, insbesondere auch unregelmäßige flächige Mischungen von opaken
und transparenten Flächenanteilen
herstellen. Die opaken Flächenanteile
müssen
im Rahmen der Erfindung auch nicht zwingend zusammenhängen. Hierauf
wird später noch
eingegangen.
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Zumindest
einem Teil der opaken Flächenanteile 5 ist
nun ein Elektrolumineszenz-Leuchtelement zugeordnet, dessen Gegenwart
durch zwei angedeutete elektrische Anschlussleitungen L angedeutet
ist. Sein Aufbau wird nun anhand der 2 näher beschrieben.
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Im
Querschnitt folgt auf eine Oberfläche einer ersten transparenten
(Glas-)Scheibe 1.1 (die im Einbauzustand einem zu beleuchtenden
Raum zugewandt ist) zunächst
eine Kleberschicht 6 aus Polyvinylbutyral (PVB), die (vorzugsweise
als prelaminierte Folie) mit einer PET-Folie 7 verbunden
ist. Beide Folien 6 und 7 sind transparent.
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Die
PET-Folie 7 ist vorzugsweise kontinuierlich (in an sich
bekannter Weise) mit einer transparenten leitfähigen Schicht 8, z.
B. aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) beschichtet, die als eine der Elektroden
für ein
Elektrolumineszenz-Leuchtelement EL dient. Auf die ITO-Schicht 8 folgt
die entsprechend dem gewünschten
Muster oder Layout aufgebrachte Elektrolumineszenz-Schicht 9,
auf der wiederum eine dielektrische (elektrisch nicht leitfähige) Schicht 10 abgeschieden
ist.
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Auf
letztere folgt eine hoch leitfähige
Elektrodenschicht 11, z. B. aus metallischem Silber. Eine solche
Silberschicht hat bekanntlich die Wirkung eines Wärmespiegels,
d. h. sie hat eine hohe Infrarotreflexion. Gerade im Einsatzfall
als Glasdach in Fahrzeugen kann diese wärmedämmende Wirkung sehr vorteilhaft
mit genutzt werden.
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Die
Elektrodenschicht 11 ist noch von einer opaken Farbschicht 12 bedeckt,
welche den Austritt des vom Elektrolumineszenz-Leuchtelement abgestrahlten
Lichtes zu dieser Seite hin verhindert und auch nach innen eine
Wärme-
und Lichtdurchtritt dämpfende
Wirkung hat. Sie hat auch einen Design-Aspekt. Die Farbschicht 12 kann
weggelassen werden, wenn zu beiden Seiten der Scheibe 1 Licht abgestrahlt
werden soll bzw. wenn z. B. die Elektrodenschicht 11 eine
gewisse Spiegelwirkung haben soll. Die Opazität der Beschichtung in den opaken Flächenanteilen
wird dann allein durch die Elektrolumineszenz-Schicht, ggf. unterstützt durch
die dielektrische Schicht und die strukturierte Elektrodenschicht,
sichergestellt.
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Die
PET-Folie 7, die transparente leitfähige Schicht 8, die
Elektrolumineszenz-Schicht 9, die dielektrische Schicht 10 und
die leitfähige
Elektrodenschicht 11, deren Bezugszeichen zur Verdeutlichung mit
einem gestrichelten dünnen
Rahmen zusammengefasst sind, bilden abgesehen von den weiterführenden
elektrischen Anschlüssen
die Mindest-Bestandteile des Elektrolumineszenz-Leuchtelements EL.
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Seine
Herstellung kann wie folgt ablaufen: Zunächst wird auf das PET-Substrat 7 (wahlweise auch
direkt auf eine Oberfläche
einer starren Scheibe) die leitfähige
transparente Be schichtung 8 aufgebracht (z. B. durch Sputtern).
Dann wird das gewünschte
Muster oder Layout mit der Elektrolumineszenz-Schicht 9 erzeugt,
vorzugsweise durch Dickschicht-Aufdrucken, und anschließend die
dielektrische Schicht 10. Auf die dielektrische Schicht
wird anschließend
die Gegenelektrode 11 aufgebracht. Diese sollte an zumindest
einer Stelle bis nahe zum Rand der Scheibe 1 geführt werden,
um dort den elektrischen Anschluss relativ einfach herstellen zu können.
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Zum
Vermeiden von Kurzschlüssen
ist es zwingend erforderlich, dass die dielektrische Schicht 10 mindestens
dieselbe Fläche
wie die Gegenelektrode 11 bedeckt. Ist also die dielektrische
Schicht 10 selbst nicht vollflächig, sondern wie in der Darstellung nach
einem Muster strukturiert, so muss auch die Gegenelektrode 11 entsprechend
strukturiert sein, damit sie nicht mit der transparenten Elektrode 8 kurzgeschlossen
ist. Erstrecken sich hingegen die Schichten 10 und 11 abweichend
von der Zeichnung auch über
die transparenten Flächenanteile 5 des
Flächenabschnitts 3,
so müssen
sie natürlich
selbst hinreichend transparent sein.
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Der
Flächenanteil
der Elektrolumineszenz-Schicht 9 kann jedoch kleiner sein
als die Flächen
der dielektrischen Schicht 10 und der Gegenelektrode 11.
Die opaken Flächenabschnitte
(der Elektrolumineszenz-Schicht 9) müssen noch nicht einmal direkt
miteinander vernetzt sein, sondern können z. B. sogar als Punktraster
ausgebildet werden. Ist das Dielektrikum nicht transparent, so muss
es die Licht durchlassenden Flächenanteile
aussparen, indem z. B. die Elektrolumineszenz-Schicht und das Dielektrikum
flächengleich
strukturiert gedruckt werden, während
die Elektrode vollflächig
ausgeführt
ist. Jeder Punkt bildete dann einen eigenen kleinflächigen, leuchtfähigen Kondensator,
wobei sogar durch unterschiedliche Materialwahl (was allerdings
mehrere Siebdruck-Vorgänge
voraussetzt) unterschiedliche Lichtfarben abgestrahlt werden können. Ist
Lichtaustritt durch das Dielektrikum zu verhindern, so wäre abschließend jedenfalls
noch ein opaker Deckdruck entsprechend dem Muster der Elektrolumineszenz-Schicht
erforderlich.
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Unter
Bezug auf das in 1 gezeigte Muster wäre es z.
B. auch denkbar, nur die Kreuzungsbereiche des Rasters mit der Elektrolumineszenz-Schicht
zu versehen.
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Der
Verbund wird durch eine weitere Folie bzw. PVB-Schicht 13 und
eine damit verbundene zweite (Glas-)Scheibe 1.2 vervollständigt. Man
erkennt, dass die PVB-Schicht 13 sich am Rand der Scheibe 1 durch
Aufschmelzen mit der Schicht 6 aus dem selben Material
verbindet. Dadurch wird der innere Bereich des Verbundes praktisch
hermetisch gegen Feuchtigkeit und Schmutz versiegelt. Die beiden
PVB-Folien 6 und 13 sind insgesamt als die Klebe-Zwischenschicht der
Verbundscheibe zu betrachten.
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Ferner
sind sämtliche
Zwischenräume
in der Struktur der Elektrolumineszenz-Schicht mit dem PVB ausgefüllt. Gestrichelte
Linien zwischen den einzelnen geschnittenen Schicht abschnitten deuten die
kontinuierlichen Fortsetzungen der jeweiligen Schichten hinter der
Schnittebene an.
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Die
Größen- bzw.
Dickenverhältnisse
sind hier stark verzerrt, denn in Wirklichkeit sind die Schichten 8 bis 12 sehr
viel dünner
als die PVB-Schichten 6 und 13. Auch die PET-Folie 7 ist real
deutlich dünner
als eine PVB-Folie, aber noch dicker als die Schichten 8 bis 12.
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Auf
der transparenten Elektrodenschicht 8 nahe dem Rand der
Scheibe 1 ist eine elektrische Anschlussleiterbahn 14 angedeutet,
die in bekannter Weise (als dünnes
Metallband oder als gedruckte Leiterbahn) auf die Schicht 8 aufgebracht
und nach außen
hin (mittels der in 1 gezeigten Leiter L) kontaktiert
werden kann, um die Stromversorgung des Elektrolumineszenz-Leuchtelements
herzustellen. Als weitere Ausgestaltung kann auf der Innenfläche der
Scheibe 1.2 noch eine opake, rahmenförmige Beschichtung 15 aufgebracht
werden, um die Randbereiche der Scheibe umlaufend abzudecken.
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Durch
Pfeile sind schließlich
die Lichtdurchtritte (transparente Flächenanteile 4) bzw.
die vom Elektrolumineszenz-Leuchtelement emittierbaren Lichtstrahlen
(opake Flächenanteile 5)
gekennzeichnet. Man erkennt, dass letztere die transparente Elektrode 8 sowie
die Folien 7 und 6 und die Scheibe 1.1 durchdringen
und aus der Fläche
der letzteren austreten.
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Die
beiden Elektroden 8 und 11, die in jedem Fall
durch die dielektrische Schicht 10 sicher elektrisch gegeneinander
isoliert sind, können
in geeigneter und an sich bekannter Weise elektrisch jeweils separat
mit den weiterführenden
Leitungen L verbunden und nach außen geführt werden. Die entsprechenden
Technologien sind mannigfach vorbeschrieben und müssen hier
nicht näher
erörtert
werden.
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In
einer grundsätzlich
aus EP-A1-0 267 331 bekannten Variante des Elektrolumineszenz-Leuchtelements EL
wäre es
auch denkbar, die auf der PET-Folie 7 abgeschiedene ITO-Schicht 8 einmal oder
mehrmals zu unterteilen und die gebildeten Flächenabschnitte jeweils paarweise
an unterschiedliche Pole der Speisespannung anzulegen. Die Elektrodenschicht
bzw. Gegenelektrode 11 würde dann in der bekannten Weise
als Brückenelektrode
zwischen jeweils zwei elektrisch in Reihe geschalteten Leuchtelementen
dienen. Ihr Flächenwiderstand
sollte dann möglichst
gering sein. Eine Silberschicht könnte hierfür geeignet sein. Diese Konfiguration
hat den Vorteil, dass alle elektrischen Außenanschlüsse nur in einer einzigen Ebene
liegen müssen.