WO2006018066A1 - Element mit einer vielzahl von leuchtdioden - Google Patents

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WO2006018066A1
WO2006018066A1 PCT/EP2005/007026 EP2005007026W WO2006018066A1 WO 2006018066 A1 WO2006018066 A1 WO 2006018066A1 EP 2005007026 W EP2005007026 W EP 2005007026W WO 2006018066 A1 WO2006018066 A1 WO 2006018066A1
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transparent
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light
composite
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PCT/EP2005/007026
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Thomas Schmitz
Horst Schillert
Stefan Biethmann
Andreas Nickut
Rüdiger LÜDEKE
Matthias Anton
Rolf A. O. Schneider
Christoph Lothar DÖPPNER
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Schott Ag
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    • H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]

Definitions

  • the invention relates to an element, preferably a transparent element, which has at least one first transparent and one second, preferably transparent substrate and at least one electrical consumer.
  • EP 0593940 A1 describes a laminated glass pane with an embedded wire, which is contacted from the edge of the pane, wherein a plug contact is arranged on the glass surface.
  • US 5105303 shows a composite disk with an electrochromic interlayer and US 410398 shows a composite disk with an electric heater embedded in the interlayer.
  • one of the two panes is provided with a transparent, conductive layer. On this layer the consumers are arranged.
  • the second disc has no such conductive transparent layer and acts only as a cover layer. The bulbs are then protected between the first disc and the second disc.
  • a transparent element has become known, for example, from DE-A-10019888.
  • a disadvantage of a component according to DE-A-10019888 is that the power consumption of the conductive layer limits the number of consumers that can be arranged on the layer and thus also the luminance per unit area.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art, in particular, a transparent element is to be made available, in which the number of consumers can be increased compared to the previously known from the prior art solutions.
  • the object is achieved in that in one element, in particular in a transparent element comprising at least a first and a second, preferably transparent substrate and at least one electrical load at least the first transparent SSubstrat and the second transparent substrate with conductor tracks for supplying the consumer, in particular the LEDs are provided.
  • a transparent element comprising at least a first and a second, preferably transparent substrate and at least one electrical load at least the first transparent SSubstrat and the second transparent substrate with conductor tracks for supplying the consumer, in particular the LEDs are provided.
  • Laser-structurable, electrically conductive layers are, for example:
  • InO x Sn SnO x: F SnO x : Sb ZnO x : Ga ZnO x : B ZnO x : F - ZnO x : Al Ag: TiO x
  • the first transparent substrate and the second transparent substrate, slices are preferably glass panes.
  • the conductor tracks on the first and the second disc, which form a transparent element are arranged so that when connecting the two discs no overlap arises, as this would otherwise lead to a short circuit or costly insulation measures would be required.
  • the conductor tracks are arranged asymmetrically on the first disc with respect to the conductor tracks on the second disc.
  • the substrates are arranged one behind the other, then the conductor tracks of the individual substrates are preferably arranged offset from one another.
  • the disks connected to one another are releasably connected to one another. This makes it possible that the panes of the preferably transparent element can also be detached from one another after assembly into a transparent element, so that the consumers lying between the panes, preferably the transparent panes, in particular light-emitting diodes, are accessible and can be exchanged.
  • the transparent element as insulating glass composite, for example with a circumferential
  • the frame seal is preferably made of aluminum.
  • Such a circumferential frame seal can be solved, for example, with a knife system.
  • the discs can be lifted apart from each other and the consumers, in particular the light-emitting diodes, which are arranged, for example, between the first and second discs, are accessible.
  • a defective consumer may then be removed, for example, from the first transparent pane on which it is placed, for example by being unsoldered. After the consumer has been detached from the transparent disc on which he is placed, he can be replaced with a new consumer.
  • the insulating glass composite can be designed both with or without a protective gas filling.
  • the transparent element of different panes represents a so-called single composite, in which, for example, with the aid of spacer elements in a composite example of two panes, the first transparent pane to the second transparent pane at a distance is held.
  • the simple composite can be held together, for example, by a clamp frame system.
  • the staple frame system is opened, the first transparent disc and the second transparent disc are easy to grip separate.
  • the transparent element can be opened, so that a defective consumer, such as an LED can be replaced.
  • the different transparent panes for example in a two-pane system, to receive the first transparent pane with the second transparent pane with a bonding material, for example cast resin or a film or a thermoplastic material or wax connect.
  • a bonding material for example cast resin or a film or a thermoplastic material or wax connect.
  • thermoplastic material or wax is used as a connecting material between the first and second transparent element, it is possible to melt at temperatures less than, for example, 100 0 C, the bonding material. At these temperatures, the bulbs suffer no damage. Therefore, the transparent element consisting of a first transparent pane and a second transparent pane with a thermoplastic material or wax in the sense of this application can be solved and the consumer or the light emitting diode is exposed, so that you can change defective elements. Such a composite is thus a "detachable composite" in the context of this application.
  • a plurality of panes for example in the case of a composite of two panes, to pierce the first transparent pane and the second transparent pane at the edge are and are connected directly, for example by means of screws.
  • a seal can be inserted at the edge of the first and second disc.
  • the seal also serves as a spacer element.
  • Such a releasable attachment is also possible with a stack of successively arranged substrates or discs.
  • both transparent substrates are provided with so-called blind holes which receive the consumers.
  • the overall height of the entire component can be significantly reduced.
  • both disks can be provided with holes.
  • the consumers or LEDs are inserted into the corresponding holes.
  • the consumers are then free in the production of the composite and can be changed at any time.
  • both disks have through holes.
  • the light-emitting diode is then integrated, for example, in a water-clear plastic stopper and together with the stopper into the bore, for example, the second disc, pressed. If the first pane has an electrically conductive, conductive layer, the layer is brought into an electrically conductive connection with the consumer, in this case the light-emitting diode (LED), by pressing the plastic stopper into the bore.
  • LED light-emitting diode
  • FIG. 1a-1c show embodiments of the invention with a first disc and a second disc, wherein the first disc is releasably connected to the second disc.
  • Fig. 2 transparent disc with a conductive layer.
  • Fig. 4 embodiment of the invention with a first disc, a composite material between the first and second disc, wherein in
  • Composite material of the consumer is arranged.
  • Fig. 5 embodiment of the invention with a first disc and a second disc and a consumer, which is arranged in a blind hole of the opposite disc.
  • FIG. 6 shows a first embodiment of the invention with light-emitting diodes which are arranged between two preferably transparent substrates.
  • FIG. 7 shows a plan view of the first transparent substrate and the opposite second transparent substrate
  • FIG. 8 shows stacks of more than two transparent substrates arranged one behind the other, wherein at least two substrates comprise a conductor track made of an electrically conductive layer for supplying the luminous means.
  • each of the transparent substrates comprises conductor tracks for the supply of the luminous means.
  • the transparent element according to the invention shown in FIGS. 1a-1c comprises at least a first transparent pane 1 and a second transparent pane 3.
  • the first transparent pane 1 is detachably connected to the second transparent pane 3. For example, that shows
  • Embodiment according to Figure 1a a so-called laminated glass element comprising a peripheral frame member 5.
  • the electrical load here the light-emitting diodes
  • the frame element 5 can be released, for example, by means of a knife and thus the first transparent pane 1 can be separated from the second transparent pane 3.
  • the arranged in the space consumers or bulbs are then freely accessible and can be exchanged. On average, such a component is shown in detail in FIG. The description is referenced there.
  • both substrates i. H. the first substrate 1 is transparent, as is the second substrate 3.
  • the first substrate 1 may be transparent and the second substrate may be non-transparent, ie. H. opaque. Under transparent is understood in this application that the substrate or the disc a
  • Transmission has more than 70% in the visible wavelength range.
  • opaque is understood in this application that the substrate or the Has a transmission of less than 50% in the visible wavelength range.
  • FIG. 1 b shows a single composite in which the first transparent pane 1 is detachably connected to the second transparent pane 3 by means of a connecting means, for example a screw 10, and the first transparent pane and the second transparent pane are kept at a distance by means of a seal 7 becomes.
  • a connecting means for example a screw 10
  • FIG. 1c shows a similar construction as FIG. 1b.
  • the composite is held together by a clamp frame 9. If the clamps of the clamp frame 9 are released, the two transparent panes 1, 3 can be separated from one another. The consumers or light-emitting diodes are then freely accessible again for replacement.
  • both transparent panes are provided with transparent, electrically conductive paths for supplying the consumers. These can be vapor-deposited, as described in EP 0900971 A1, or obtained by structuring a conductive layer.
  • FIGS. 2 and 3a to 3d The structuring of such a conductive layer is described in FIGS. 2 and 3a to 3d.
  • FIG. 2 shows one of the two transparent panes on which a conductive layer is applied.
  • the conductive layer is structured in such a way that, for example, a circular printed conductor 103 with connecting conductor 105, 107 is formed on the transparent pane.
  • On the circular conductor 103 individual connection points 109 are arranged.
  • the connection points 109 serve to connect the individual consumers, in particular light sources, for example the light-emitting diodes 104, to a conductor track in a conductive manner and thus ensuring the power supply of the LEDs 104.
  • the transparent pane is preferably a soda-lime glass.
  • FIGS. 3 a to 3 d show a method sequence for structuring one of the two transparent panes, which can be used, for example, in a transparent element according to the invention.
  • the transparent pane 1 is coated over its entire area with a conductive layer, for example in the sol-gel process.
  • a structuring is produced, for example by means of a laser, which locally heats the coating and evaporates it.
  • the slices which are patterned by means of a laser comprise a conductive layer which has a high absorption in the region of the laser wavelength of the laser used and a material which is transmissive at this wavelength.
  • the glass layer has only minor injuries. In particular, the cracking in such systems can be largely avoided.
  • connection pads 9 comprise a conductive paste or lacquer, for example silver-conducting lacquer or silver paste, and are applied to the conductive substrate by means of screen printing or stencil printing and then baked. By baking, at the same time, pretensioning of the transparent substrate, in particular of the transparent glass substrate, can take place. As a result, a high mechanical strength is achieved in a single process step.
  • the contacts in the different areas 13.1-13.4 can be equipped with a standard method by, for example, solder paste on the connection pads 9, for example by stencil printing, is applied.
  • the light-emitting diodes (LED's) 4 are then applied to the disc, whereby a chip bonder can be used, which fixes the LEDs 4 on the disc before the soldering process.
  • the disc 1 is sent with the light-emitting diodes mounted thereon through a reflow oven or by a wave solder bath.
  • a glass substrate typically a soda-lime glass
  • a fluorine doped tin oxide as a disk.
  • the application of the coating takes place as follows:
  • a soda-lime glass as the transparent substrate is heated to 500 0 C.
  • the glass is then sprayed with monobutyltin chloride and hydrofluoric acid in ethanol, the spray solution following
  • Composition comprising:
  • the soda-lime glass comprises a transparent, fluorine-doped tin oxide layer.
  • the coating is then separated with a laser. With the help of a squeegee is silver-screened by screen printing, z.
  • Cerdec SP 1248 applied.
  • the paste Cerdec 1248 is dried in a continuous oven at 14O 0 C for 2 min and then baked by a tempering system at about 700 0 C for a soda lime glass and tempered.
  • commercially available solder paste is applied by stencil printing and equipped with light-emitting diodes, for example NSCW 100 light-emitting diodes from the company Nichia.
  • the following reflow soldering is for 2 Preheat the assembled substrate to 120 ° C and then heated to 235 ° C for 5 sec. Then it is slowly cooled.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the invention in which the first pane 1, which is usually a transparent pane carrying the conductive layer, is provided with the second pane 3, which generally does not carry a conductive layer and functions as a cover glass , via a connecting material, here a thermoplastic material 20 firmly connected.
  • the consumer is in this case a light emitting diode 22, which is arranged between the first disc 1 and second disc 3.
  • the thermoplastic material 20 preferably has a melting point
  • the second disc 3 can be lifted from the first disc 1.
  • the LED is then freely accessible and can be replaced if necessary. After the light-emitting diode has been replaced, the compound can be closed again.
  • Figure 5 shows an embodiment of the invention, in which in the second disc 3, a recess, a so-called blind hole 30 is inserted.
  • the LED 22 is embedded in the blind hole 30.
  • a seal 7 is introduced between the second disc 3 and the first disc 1, in turn.
  • the first transparent pane 1 and the second transparent pane 3 can be releasably connected to one another, for example, by means of a frame strip or by means of connection or clips as shown in FIGS. 1a-1c.
  • Both the first layer and the second layer have conductor tracks according to the invention for the consumers, in this case the light-emitting diodes.
  • the interconnects can either be vapor-deposited or produced by structuring a full-surface layer.
  • FIG. 6 shows in section a component in which a plurality of light-emitting diodes 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5 are embedded between a first pane 1 with an electrically conductive, structured layer and a second pane 3 with an electrically conductive structured layer.
  • the structured layer has conductor tracks which are arranged asymmetrically with respect to one another.
  • the light-emitting diode 22.1 is supplied from the side of the first pane 1, as are the light-emitting diodes 22.3 and 22.5.
  • the light emitting diodes 22.2 and 22.4 are supplied from the side of the second disk 3 forth
  • the light emitting diodes 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5 have a connection side 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5 with which they are connected to the electrically conductive layer and a Radiation side 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, which is opposite to the connection side.
  • the luminance is less than 70% of the luminance of the LED in the direction of the emission side.
  • such an arrangement is characterized by a very compact design.
  • FIG. 7 shows a plan view of the first transparent substrate 1 and the second transparent substrate 3 of an element according to FIG Tracks 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 are shown to the individual LEDs 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5.
  • the interconnects adjacent to one another on different substrates are arranged offset to one another, ie the interconnect 40.1 on substrate 1 is offset from the interconnect 40.2. arranged on substrate 3.
  • the conductor 40.2 on the substrate 3 is offset both to the opposite conductor 40.1 as to the conductor 40.3.
  • the electrical leads 42, 44 on the different substrates 1, 3 are arranged offset to one another.
  • a uniform luminance in one direction is achieved when all the LEDs emit in the same direction.
  • a corresponding element 200 is shown in FIG.
  • the transparent substrates 202.1, 202.2, 202.3 are substrates which are provided with printed conductors 204.1, 204.2, 204.3 to the respective lighting means, here light-emitting diodes 208.1, 208.2, 208.3, 208.4, 208.5, 208.6.
  • the transparent disk 202.4 is a cover disk of the element 200. Together, we hold the element 200 by means of brackets 206.1, 206.2.
  • the light-emitting diodes 208.1, 208.2, 208.3, 208.4, 208.5, 208.6 are arranged on the different transparent substrates 202.1, 202.2, 202.3, 202.4 offset from each other, but all with the emission side in the same direction, so that in the direction 210, a higher luminance than in Direction 212 results.
  • the LEDs of the various substrates can emit light at different wavelengths, so that even colored representations are possible.
  • the light emitting diodes can also be controlled individually if the conductor tracks to the individual light emitting diodes are led out of the element 200 individually. In this way it is possible, for. B. to generate running pictures or changing pictures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Element, insbesondere Verbundglaselement mit wenigstens einem ersten transparenten Substrat (1), und wenigstens einem zweiten (3), vorzugsweise transparenten Substrat, einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem Leuchtmittel (22). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens erste transparente Substrat (1) wenigsten eine Leiterbahn oder eine elektrisch leitende Schicht aufweist und das wenigstens zweite vorzugsweise transparente Substrat (3) ebenfalls wenigstens eine Leiterbahn oder eine elektrisch leitende Schicht aufweist und die Leiterbahn oder die elektrisch leitende Schicht im wesentlichen transparent sind.

Description

Element mit einer Vielzahl von Leuchtdioden
Die Erfindung betrifft ein Element, vorzugsweise ein transparentes Element, das wenigstens ein erstes transparentes und ein zweites, vorzugsweise transparentes Substrat sowie wenigstens einen elektrischen Verbraucher aufweist.
Neben Fenstern gibt es eine Vielzahl weiterer Anwendungsbereiche für transparente Elemente, beispielsweise großflächige Glasfronten an Gebäuden, Schaufenstern, Gebäudedachelemente, Türen, Treppen, Abtrennungen, Vitrinen, Möbel, Geländer, Verkleidungen wie zum Beispiel Tunnelverkleidungen, Wand - und Deckenverkleidungen, sowie ein künstlicher Himmel. .
Aus der EP 0900971 A1 ist bekannt, auf einer Glasplatte Leuchtdioden zu befestigen, die über dünne und transparente Leiterbahnen mit Strom versorgt werden.
Die EP 0593940 A1 beschreibt eine Verbundglasscheibe mit einem eingelagerten Draht, der vom Rand der Scheibe her kontaktiert ist, wobei ein Steckkontakt auf der Glasfläche angeordnet ist.
Die US 5105303 zeigt eine Verbundscheibe mit einer elektrochromatischen Zwischenschicht und die US 410398 zeigt eine Verbundscheibe mit einer in der Zwischenschicht eingelagerten elektrischen Heizung.
Die US 5533289 beschreibt ein zwischen zwei Scheiben eingelagertes elektrolumineszentes Element.
Im Stand der Technik ist bei einem transparenten Element, bestehend aus wenigstens einer ersten Scheibe und wenigstens einer zweiten Scheibe, die vorzugsweise transparent sind, eine der beiden Scheiben mit einer transparenten, leitfähigen Schicht versehen. Auf dieser Schicht sind die Verbraucher angeordnet. Die zweite Scheibe weist keine derartige leitfähige transparente Schicht auf und fungiert lediglich als Deckschicht. Die Leuchtmittel liegen dann geschützt zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe. Ein derartiges transparentes Element ist beispielsweise aus der DE-A-10019888 bekannt geworden.
Nachteilig an einem Bauelement gemäß der DE-A-10019888 ist, dass die Leistungsaufnahme der leitfähigen Schicht die Anzahl der auf der Schicht anordenbaren Verbraucher und damit auch die Leuchtdichte je Flächeneinheit begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere soll ein transparentes Element zur Verfügung gestellt werden, bei dem die Anzahl der Verbraucher gegenüber den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erhöht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Element, insbesondere bei einem transparenten Elementumfassend wenigstens ein erstes und ein zweites, vorzugsweise transparentes Substrat sowie wenigstens einen elektrischen Verbraucher wenigstens das erste transparente SSubstrat sowie das zweite transparente Substrat mit Leiterbahnen zur Versorgung der Verbraucher, insbesondere der Leuchtdioden, versehen sind. Diese Leiterbahnen können mit
Hilfe einer leitfähigen, transparenten Schicht, die auf die Glasscheibe aufgedampft wird wie in der EP-A 0900971 offenbart , hergestellt werden oder alternativ durch Strukturierung vollflächig auf die Glasscheiben bzw. Glassubstrate aufgebrachter leitfähiger Schichten, die beispielsweise mit Hilfe eines Lasers strukturiert werden, wie in der DE 10019888.0 offenbart. Der Offenbarungsgehalt sowohl der EP-A- 0900971 wie der DE 1001988.0 wird vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen.
Laserstrukturierbare, elektrisch leitende Schichten sind beispielsweise:
InOx : Sn SnOx : F SnOx : Sb ZnOx : Ga ZnOx : B ZnOx : F - ZnOx : Al Ag : TiOx
Bevorzugt sind das erste transparente Substrat und das zweite transparente Substrat, Scheiben vorzugsweise Glasscheiben.
Bevorzugt ist es, dass die Leiterbahnen auf der ersten und der zweiten Scheibe, die ein transparentes Element ausbilden, so angeordnet sind, dass beim Verbinden der beiden Scheiben keine Überdeckung entsteht, da dies ansonsten zu einem Kurzschluss führen würde bzw. aufwändige Isoliermaßnahmen erforderlich wären.
Bevorzugt sind die Leiterbahnen auf der ersten Scheibe bezüglich der Leiterbahnen auf der zweiten Scheibe asymmetrisch angeordnet.
Neben einer Anordnung von Leiterbahnen auf zwei gegenüberliegenden Substraten, insbesondere Scheiben ist es auch möglich mehrere Substrate hintereinander in einem Stapel anzuordnen. Die Leiterbahnen sind bei einer derartigen Ausführungsform dann nicht gegenüberliegend sondern hintereinanderliegend angeordnet.
Vorteilhafterweise ist es bei hintereinander angeordneten Substraten auch möglich, mehr als zwei Substrate anzuordnen, beispielsweise drei, vier, fünf Substrate etc. Die Anzahl der Substrate ist nicht beschränkt, beispielsweise wäre auch die Anordnung von 100 Substraten hintereinander möglich. Sind die Substrate hintereinander angeordnet, so sind die Leiterbahnen der einzelnen Substrate vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die zu einem Verbund miteinander verbundenen Scheiben lösbar miteinander verbunden. Dies ermöglicht es, dass die Scheiben des vorzugsweise transparenten Elementes nach Zusammenbau zu einem transparenten Element auch voneinander gelöst werden können, so dass die zwischen den Scheiben, vorzugsweise den transparenten Scheiben liegenden Verbraucher, insbesondere Leuchtdioden, zugänglich sind und getauscht werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das transparente Element als Isolierglasverbund, beispielsweise mit einer umlaufenden
Rahmendichtung, aufgebaut sein. Die Rahmendichtung ist bevorzugt aus Aluminium. Eine derartig umlaufende Rahmendichtung lässt sich beispielsweise mit einem Messersystem lösen. Auf diese Art und Weise können die Scheiben voneinander abgehoben werden und die Verbraucher, insbesondere die Leuchtdioden, die beispielsweise zwischen erster und zweiter Scheibe angeordnet sind, sind zugänglich. Ein defekter Verbraucher kann dann beispielsweise von der ersten transparenten Scheibe, auf der er angeordnet ist, entfernt werden, beispielsweise indem er abgelötet wird. Nachdem der Verbraucher von der transparenten Scheibe, auf der er angeordnet ist,, abgelöst wurde, kann er gegen einen neuen Verbraucher ersetzt werden.
Der Isolierglasverbund kann sowohl mit oder ohne eine Schutzgasfüllung ausgeführt sein.
Alternativ zu einem Isolierglasverbund mit einer umlaufenden Rahmendichtung ist es auch möglich, dass das transparente Element aus verschiedenen Scheiben einen sogenannten Einfachverbund darstellt, bei dem beispielsweise mit Hilfe von Distanzelementen bei einem Verbund beispielsweise aus zwei Scheiben die erste transparente Scheibe zu der zweiten transparenten Scheibe auf Distanz gehalten wird. Der Einfachverbund kann beispielsweise durch ein Klammerrahmensystem zusammengehalten werden. Wird das Klammerrahmensystem geöffnet, so lassen sich die erste transparente Scheibe und die zweite transparente Scheibe einfach trennen. Durch Lösen der Klammern des Klammerrahmensystems kann das transparente Element geöffnet werden, so dass ein defekter Verbraucher, beispielsweise eine LED ersetzt werden kann.
Alternativ zu den beschriebenen Elementen mit Rahmensystemen ist es auch möglich, die verschiedenen transparenten Scheiben, beispielsweise bei einem Zwei-Scheiben-System die erste transparente Scheibe mit der zweiten transparenten Scheibe mit einem Verbindungsmaterial beispielsweise durch Gießharz oder einer Folie oder einem thermoplastischen Material oder Wachs zu verbinden.
Ist das Verbindungsmaterial Gießharz, so ist eine sehr hohe Temperatur beispielsweise größer als 200 0C erforderlich, um das Gießharz zum Schmelzen zu bringen. Bei diesen Temperaturen werden aber die Leuchtdioden zerstört, so dass ein Lösen des Verbundes durch Schmelzen praktisch nicht möglich ist. Ein solcher Verbund wird daher im Rahmen dieser Anmeldung als „fester Verbund" bezeichnet.
Wird aber ein thermoplastisches Material oder Wachs als Verbindungsmaterial zwischen erstem und zweitem transparenten Element verwandt, so ist es möglich, bei Temperaturen kleiner als beispielsweise 1000C das Verbindungsmaterial aufzuschmelzen. Bei diesen Temperaturen erleiden die Leuchtmittel keinen Schaden. Daher kann das transparente Element, bestehend aus einer ersten transparenten Scheibe und einer zweiten transparenten Scheibe mit einem thermoplastischen Material oder Wachs im Sinne dieser Anmeldung gelöst werden und der Verbraucher bzw. die Leuchtdiode wird freigelegt, so dass sich defekte Elemente wechseln lassen. Ein derartiger Verbund ist im Rahmen dieser Anmeldung somit ein „lösbarer Verbund".
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, dass mehrere Scheiben, beispielsweise bei einem Verbund aus zwei Scheiben die erste transparente Scheibe und die zweite transparente Scheibe am Rand durchbohrt sind und beispielsweise mittels Schrauben direkt miteinander verbunden werden. Am Rand der ersten und zweiten Scheibe kann eine Dichtung eingelegt werden. Die Dichtung dient auch als Distanzelement. Eine derartige lösbare Befestigung ist auch möglich bei einem Stapel aus hintereinander angeordneten Substraten bzw. Scheiben.
Um die Verbraucher bzw. die Leuchtdioden zwischen der Vielzahl von hintereinander angeordneten Scheibe anordnen zu können, kann, falls der Abstand zwischen erster und zweiter Scheibe nicht ausreichend ist, vorgesehen sein, dass beide transparenten Substrate mit sogenannten Sacklöchern versehen sind, die die Verbraucher aufnehmen. Durch eine derartige Ausführungsform kann die Bauhöhe des gesamten Bauelementes ganz entscheidend verringert werden.
Neben der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe mit Hilfe von mehreren, insbesondere zwei miteinander verbundenen transparenten Substraten, ist es auch möglich, die beiden Scheiben fest im Sinne dieser Anmeldung miteinander zu verbinden, beispielsweise mittels eines Gießharzes. Im Falle eines festen Verbundes können bei einem Verbund aus zwei Substraten beide Scheiben, mit Bohrlöchern versehen werden. Bei der Herstellung des Verbundes werden die Verbraucher bzw. Leuchtdioden in die entsprechenden Bohrungen eingelassen.
Die Verbraucher liegen dann bei der Herstellung des Verbundes frei und können jederzeit gewechselt werden. Um die Verbraucher bzw. Leuchtdioden zu schützen, ist es möglich, anschließend an die Herstellung des Verbundes die Bohrlöcher mit einer Vergussmasse zu versehen. Wird der Verbraucher bzw. die Leuchtdiode gewechselt, so wird die Vergussmasse entfernt und der Verbraucher erneuert und anschließend neu versiegelt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem Element oder Verbund aus zwei Scheiben beide Scheiben Durchbohrungen aufweisen. Die Leuchtdiode wird dann beispielsweise in einem wasserhellen Kunststoffstopfen integriert und zusammen mit dem Stopfen in die Bohrung, beispielsweise der zweiten Scheibe, gepresst. Weist die erste Scheibe eine elektrisch leitende, leitfähige Schicht auf, so wird durch das Einpressen des Kunststoffstopfens in die Bohrung diese Schicht in eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Verbraucher, hier der Leuchtdiode (LED), gebracht.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1a - 1c: Ausführungsformen der Erfindung mit einer ersten Scheibe und einer zweiten Scheibe, wobei die erste Scheibe mit der zweiten Scheibe lösbar verbunden ist.
Fig. 2: transparente Scheibe mit einer leitfähigen Schicht.
Fig. 3a - 3d: Verfahren zur Strukturierung der leitfähigen Schicht.
Fig. 4: Ausführungsform der Erfindung mit einer ersten Scheibe, einem Verbundmaterial zwischen erster und zweiter Scheibe, wobei im
Verbundmaterial der Verbraucher angeordnet ist.
Fig. 5: Ausführungsform der Erfindung mit einer ersten Scheibe und einer zweiten Scheibe und einem Verbraucher, der in einem Sackloch der gegenüberliegenden Scheibe angeordnet ist.
Fig.6: eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Leuchtdioden, die zwischen zwei vorzugsweise transparenten Substraten angeordnet sind.
Fig 7: Draufsicht auf das erste transparente Substrat und das gegenüberliegende zweite transparente Substrat Fig 8: Stapel aus mehr als zwei hintereinander angeordneten transparenten Substraten, wobei mindestens zwei Substrate Leiterbahn aus einer elektrisch leitfähigen Schicht zur Versorgung der Leuchtmittel umfassen.
In den Figuren 1a bis 6 wird die Erfindung ohne Beschränkung hierauf anhand von Ausführungsbeispielen für ein System mit zwei transparenten Substraten beschrieben, wobei jedes der transparente Substrate Leiterbahnen zur Versorgung der Leuchtmittel umfasst.
Das in den Figuren 1a - 1c gezeigte erfindungsgemäße transparente Element besteht wenigstens aus einer ersten transparenten Scheibe 1 und einer zweiten transparenten Scheibe 3. Die erste transparente Scheibe 1 ist mit der zweiten transparenten Scheibe 3 lösbar verbunden. Beispielsweise zeigt das
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1a ein sogenanntes Verbundglaselement, das ein umlaufendes Rahmenelement 5 umfasst. Im Zwischenraum zwischen erstem und zweitem transparenten Substrat sind die elektrischen Verbraucher, hier die Leuchtdioden, angeordnet. Das Rahmenelement 5 kann beispielsweise mittels eines Messers gelöst und so die erste transparente Scheibe 1 von der zweiten transparenten Scheibe 3 getrennt werden. Die im Zwischenraum angeordneten Verbraucher bzw. Leuchtmittel sind dann frei zugänglich und können getauscht werden. Im Schnitt ist ein derartiges Bauelement detailliert in Figur 6 gezeigt. Auf die Beschreibung dort wird verwiesen.
Wie dargestellt sind in einer vorteilhaften Ausführungsform beide Substrate, d. h. das erste Substrat 1 transparent, ebenso wie das zweite Substrat 3. Alternativ kann auch nur ein Substrat, beispielsweise das erste Substrat 1 transparent sein und das zweite Substrat intransparent, d. h. lichtundurchlässig. Unter transparent wird in dieser Anmeldung verstanden, dass das Substrat oder die Scheibe eine
Transmission von mehr als 70 % im sichtbaren Wellenlängenbereich besitzt. Unter intransparent wird in dieser Anmeldung verstanden, dass das Substrat oder die Scheibe eine Transmission von weniger als 50 % im sichtbaren Wellenlängenbereich besitzt.
Figur 1b zeigt einen Einfachverbund, bei dem die erste transparente Scheibe 1 mit der zweiten transparenten Scheibe 3 mit Hilfe eines Verbindungsmittels, beispielsweise einer Schraube 10, lösbar verbunden sind und die erste transparente Scheibe und die zweite transparente Scheibe mit Hilfe einer Dichtung 7 auf Abstand gehalten wird.
Figur 1c zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Figur 1b..Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1c wird der Verbund durch einen Klammerrahmen 9 zusammengehalten. Werden die Klammern des Klammerrahmens 9 gelöst, so können die beiden transparenten Scheiben 1 , 3 voneinander getrennt werden. Die Verbraucher bzw. Leuchtdioden sind dann zum Auswechseln wieder frei zugänglich.
Erfindungsgemäß sind beide transparenten Scheiben mit transparenten, elektrisch leitenden Bahnen zur Versorgung der Verbraucher versehen. Diese können aufgedampft werden, wie in der EP 0900971 A1 beschrieben, oder durch Strukturierung einer leitfähigen Schicht erhalten werden.
Die Strukturierung einer solchen leitfähigen Schicht ist in den Figuren 2 und 3a bis 3d beschrieben.
In Figur 2 ist eine der beiden transparenten Scheiben gezeigt, auf die eine leitfähige Schicht aufgebracht ist. Die leitfähige Schicht ist derart strukturiert, dass auf der transparenten Scheibe beispielsweise eine kreisförmige Leiterbahn 103 mit Anschlussleiter 105, 107 ausgebildet wird. Auf der kreisförmigen Leiterbahn 103 sind einzelne Anschlussstellen 109 angeordnet. Die Anschlussstellen 109 dienen dazu, die einzelnen Verbraucher, insbesondere Leuchtmittel, beispielsweise die Leuchtdioden 104 leitend mit einer Leiterbahn zu verbinden und damit die Energieversorgung der Leuchtdioden 104 sicherzustellen. Bevorzugt ist die transparente Scheibe ein Kalk-Natron Glas.
In den Figuren 3a bis 3d ist ein Verfahrensablauf zur Strukturierung einer der beiden transparenten Scheiben, die beispielsweise in einem erfindungsgemäßen transparenten Element Verwendung finden kann, dargestellt. Zunächst wird die transparente Scheibe 1 mit einer leitfähigen Schicht vollflächig beschichtet, beispielsweise im Sol-Gel-Verfahren.
Anschließend wird gemäß Figur 3b eine Strukturierung beispielsweise mittels Laser, der lokal die 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 aufweisen 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 derartigen Systemen weitgehend vermieden werden.
Die Kennlinien der einzelnen Bereiche des Substrates sind in Figur 3b mit den Bezugsziffern 11.1 - 11.3 bezeichnet. An die Strukturierung gemäß Figur 3b anschließend werden in den Bereichen 13.1 - 13.4 einzelne Anschlussstellen, so genannte Anschlusspads 9 aufgebracht. Die Anschlusspads 9 umfassen eine leitende Paste oder Lack, beispielsweise Silberleitlack oder Silberpaste und wird mittels Siebdruck 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.
Nach Aufbringen der Kontakte in den unterschiedlichen Bereichen 13.1 - 13.4 können diese, wie in Figur 3d dargestellt, mit einem Standardverfahren bestückt werden, indem beispielsweise Lötpaste auf die Anschlusspads 9, beispielsweise mittels Schablonendruck, aufgebracht wird. Die Leuchtdioden (LED's) 4 werden sodann auf die Scheibe aufgebracht, wobei ein Chip-Bonder verwendet werden kann, der die Leuchtdioden 4 vor dem Lötprozess auf der Scheibe befestigt. Nach Befestigen der einzelnen LED's wird die Scheibe 1 mit den darauf befestigten Leuchtdioden durch einen Reflow-Ofen geschickt oder durch ein Wellen lötbad.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Scheibe ein Glassubstrat, typischerweise ein Kalk-Natron-Glas, mit einem fluordotierten Zinnoxid beschichtet. Das Aufbringen der Beschichtung geschieht wie folgt:
Ein Kalk-Natron-Glas als transparentes Substrat wird auf 5000C 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%
Nach dem Besprühen umfasst das Kalk-Natronglas eine transparente, fluordotierte Zinnoxid-Schicht.
Die Beschichtung wird sodann mit einem Laser aufgetrennt. Mit Hilfe eines Rakels wird per Siebdruck eine Silberleitpaste, z. B. Cerdec SP 1248 aufgebracht. Die Paste Cerdec 1248 wird in einem Durchlaufofen bei 14O0C für 2 min angetrocknet und dann durch eine Vorspannanlage bei ca. 7000C für ein Kalk Natron-Glas eingebrannt und vorgespannt. Anschließend wird handelsübliche Lötpaste per Schablonendruck aufgetragen und mit Leuchtdioden bestückt, beispielsweise NSCW 100 Leuchtdioden der Fa. Nichia. Beim folgenden Reflowlöten wird für 2 min das bestückte Substrat auf 120° C vorgeheizt und anschließend für 5 Sek. auf 235° C erhitzt. Daran anschließend wird langsam abgekühlt.
Anstelle der leitfähigen strukturierten Schicht zur Versorgung der Verbraucher können auf das erste transparente Substrat auch einzelne Leiterbahnen aus transparentem leitfähigem Material zu den einzelnen Verbrauchern aufgedampft sein. Derartige aufgedampfte Leiterbahnen zu einzelnen der Verbraucher sind in der EP 0900971 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Schrift wird vollumfänglich in die vorliegende Schrift mit aufgenommen.
In den Figuren 4 bis 6 sind alternative Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. In Figur 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die erste Scheibe 1 , die in der Regel eine transparente Scheibe ist, die die leitfähige Schicht trägt, mit der zweiten Scheibe 3, die in der Regel keine leitende Schicht trägt und als Deckglas fungiert, über ein Verbindungsmaterial, hier ein thermoplastisches Material 20 fest verbunden. Der Verbraucher ist im vorliegenden Fall eine Leuchtdiode 22, die zwischen erster Scheibe 1 und zweiter Scheibe 3 angeordnet ist.
Das thermoplastische Material 20 besitzt vorzugsweise einen Schmelzpunkt
< 100°C. Durch Erwärmung des Gesamtverbundes kann dann die zweite Scheibe 3 von der ersten Scheibe 1 abgehoben werden. Die Leuchtdiode ist dann frei zugänglich und kann gegebenenfalls ausgewechselt werden. Nachdem die Leuchtdiode ausgewechselt ist, kann der Verbund wieder geschlossen werden.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der in die zweite Scheibe 3, eine Vertiefung, ein so genanntes Sackloch 30 eingelassen ist. Die Leuchtdiode 22 ist im Sackloch 30 eingelassen. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Bauhöhe des transparenten Elementes gegenüber den zuvor dargestellten Ausführungsformen deutlich zu reduzieren. Zwischen der zweiten Scheibe 3 und der ersten Scheibe 1 ist wiederum eine Dichtung 7 eingebracht. Die erste transparente Scheibe 1 und die zweite transparente Scheibe 3 können lösbar miteinander beispielsweise mit Hilfe einer Rahmenleiste oder von Verbindungsmitteln oder Klammern wie in den Figuren 1a - 1c dargestellt verbunden werden. Sowohl die erste Schicht wie die zweite Schicht weisen erfindungsgemäße Leiterbahnen für die Verbraucher, hier die Leuchtdioden auf. Die Leiterbahnen können entweder aufgedampft sein oder mittels Strukturierung einer vollflächigen Schicht hergestellt werden.
In Figur 6 ist eine Bauelement im Schnitt gezeigt, bei dem mehrere Leuchtdioden 22.1 , 22.2, 22.3, 22.4, 22.5 zwischen einer ersten Scheibe 1 mit einer elektrisch leitenden, strukturierten Schicht und einer zweiten Scheibe 3 mit einer elektrisch leitenden strukturierten Schicht eingelassen sind. Die strukturierte Schicht weist Leiterbahnen auf, die assymmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Leuchtdiode 22.1 wird von der Seite der ersten Scheibe 1 her versorgt, ebenso die Leuchtdioden 22.3 und 22.5. Die Leuchtdioden 22.2 und 22.4 werden von der Seite der zweiten Scheibe 3 her versorgt Die Leuchtdioden 22.1 , 22.2, 22.3, 22.4, 22.5 haben ein Anschlussseite 30.1 , 30.2, 30.3, 30.4, 30.5 mit der sie mit der elektrische leitenden Schicht verbunden sind und eine Abstrahlseite 32.1 , 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, die der Anschlussseite gegenüberliegt. Zwar strahlt die
Leuchtdiode auch in Richtung der Anschlussseite 30.1 , 30.2, 30.3, 30.4, 30.5 Licht ab, die Leuchtdichte beträgt jedoch weniger als 70% der Leuchtdichte der Leuchtdiode in Richtung der Abstrahlseite. Dies hat den Nachteil, dass bei einer Anordnung mit zwei Scheiben, bei denen die elektrisch leitenden Schichten sich gegenüberliegen wie in den Figuren 1a bis 6 gezeigt, die Leuchtdichte, wenn man das transparente Element von einer Seite her betrachtet, von Leuchtdiode zu Leuchtdiode schwankt, je nachdem ob die Leuchtdiode in Richtung der Anschlussseite oder der Abstrahlseite abstrahlt. Andererseits zeichnet sich eine solche Anordnung aber durch eine sehr kompakte Bauweise aus.
In Figur 7 ist eine Draufsicht auf das erste transparente Substrat 1 und das zweite transparente Substrat 3 eines Elementes gemäß Figur 6 gezeigt, wobei die Leiterbahnen 40.1 , 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 zu den einzelnen Leuchtdioden 22.1 , 22.2, 22.3, 22.4, 22.5 gezeigt sind. Wie aus den Figuren zu entnehmen, sind die auf unterschiedlichen Substraten nebeneinander liegenden Leiterbahnen versetzt zueinander angeordnet, d.h. die Leiterbahn 40.1 auf Substrat 1 ist versetzt zur Leiterbahn 40.2. auf Substrat 3 angeordnet. Die Leiterbahn 40.2 auf Substrat 3 ist versetzt sowohl zur gegenüberliegenden Leiterbahn 40.1 wie zur Leiterbahn 40.3. Auch die elektrischen Zuleitungen 42, 44 auf den unterschiedlichen Substraten 1 ,3 sind versetzt zueinander angeordnet. Durch eine versetzte Anordnung wie in Figur 7 gezeigt ist es möglich auf eine Isolierung der Schichten gegeneinander zu verzichten, da durch die räumliche Distanz ein Kurzschluss sicher vermieden wird.
Eine gleichmäßige Leuchtdichte in einer Richtung wird erreicht, wenn alle Leuchtdioden in dieselbe Richtung abstrahlen. Ein entsprechendes Element 200 ist in Figur 8 gezeigt.
Beim Element 200 sind vier Substrate, hier vier transparente Scheiben 202.1 , 202.2, 202.3 und 202.4 hintereinander angeordnet. Bei den transparenten Substraten 202.1 , 202.2, 202.3 handelt es sich um Substrate, die mit Leiterbahnen 204.1 , 204.2, 204.3 zu den jeweiligen Leuchtmitteln, hier Leuchtdioden 208.1 , 208.2, 208.3, 208.4, 208.5, 208.6 versehen sind. Bei der transparenten Scheibe 202.4 handelt es sich um eine Deckscheibe des Elementes 200. Zusammengehalten wir das Element 200 durch Klammern 206.1 , 206.2. Die Leuchtdioden 208.1 , 208.2, 208.3, 208.4, 208.5, 208.6 sind auf den verschiedenen transparenten Substraten 202.1 , 202.2, 202.3, 202.4 versetzt zueinander angeordnet, aber alle mit der Abstrahlseite in dieselbe Richtung, so dass sich in Richtung 210 eine höhere Leuchtdichte als in Richtung 212 ergibt. Die Leuchtdioden der verschiedenen Substrate können bei unterschiedlichen Wellenlängen Licht emittieren, so dass auch farbige Darstellungen möglich sind. Des weiteren können die Leuchtdioden auch einzeln angesteuert werden, wenn die Leiterbahnen zu den einzelnen Leuchtdioden einzeln aus dem Element 200 herausgeführt werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, z. B. laufende Bilder oder wechselnde Bilder zu erzeugen. Selbstverständlich sind bei Einzelansteuerung laufende Bilder oder wechselnde Bilder auch bei Elementen möglich mit zwei transparenten Substraten gemäß den Ausführungsformen in den Figuren 1a bis 7.

Claims

Patentansprüche
1. Element, insbesondere Verbundglaselement mit wenigstens einem ersten transparenten Substrat, und wenigstens einem zweiten, vorzugsweise transparenten Substrat, einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem Leuchtmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens erste transparente Substrat wenigsten eine Leiterbahn oder eine elektrisch leitende Schicht aufweist und das wenigstens zweite vorzugsweise transparente Substrat ebenfalls wenigstens eine Leiterbahn oder eine elektrisch leitende Schicht aufweist und die Leiterbahn oder die elektrisch leitende Schicht im wesentlichen transparent sind, mit der Maßgabe, dass der Fall, wonach die Leuchtdioden ohne Gehäuse direkt zwischen zwei leitenden Substraten kontaktieren, ausgenommen ist.
2. Element, insbesondere Verbundglaselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen durch Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht erhalten werden.
3. Element, insbesondere Verbundglaselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen auf den einander gegenüberliegenden Seiten zweier Substrate asymmetrisch angeordnet sind.
4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Element mehr als zwei Substrate umfasst.
5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen auf aufeinanderfolgenden Substraten versetzt zueinander angeordnet sind.
6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher Leuchtdioden sind.
7. Element nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden die jedem Substrat zugeordnet sind, verschiedene Wellenlängen abstrahlen.
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher von einer Steuereinrichtung einzeln oder zu mehreren angesteuert werden.
9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Substrate des Elementes lösbar miteinander verbunden sind.
10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate des Elementes einen Isolierglasverbund ausbilden.
11. Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierglasverbund eine lösbare Rahmendichtung aufweist.
12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate des Elementes einen Einfachverbund ausbilden.
13. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate des Einfachverbundes durch ein Klammerrahmensystem lösbar miteinander verbunden sind.
14. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate lösbar mit einem Verbundmaterial verbunden sind.
15. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verbundmaterial ein thermoplastisches Material oder ein Wachs ist.
16. Transparentes Element nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand zwischen erster Scheibe und Deckscheibe ein Dichtelement eingelegt ist.
17. Transparentes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Substrat des transparenten Elementes Sackbohrungen aufweist.
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