DE102006045514B4

DE102006045514B4 - Transparente Flächenelektrode

Info

Publication number: DE102006045514B4
Application number: DE102006045514A
Authority: DE
Inventors: Dr. Melcher Martin; Dr. Labrot Michael; Benno Dunkmann; Philippe Letocart; Bernhard Reul; Karl-Josef Ollfisch; Dr. Maurer Marc
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: CN101529327A; US20100200286A1; EP2052289A1; JP2015092486A; KR20090039762A; DE102006045514A1; EA200970202A1; JP6203164B2; US8964279B2; WO2008020141A1; JP2010500729A; CN101529327B; BRPI0716746A2; EP2052289B1; KR101509550B1

Abstract

Transparente Flächenelektrode auf einem tragfähigen, starren oder flexiblen Substrat, bestehend aus einem Gitternetz von elektrisch leitfähigen sehr feinen Linien (2) mit Knoten (3) und Maschen, dadurch gekennzeichnet, dass die sich an jeden Knoten (3) anschließenden Linien (2) bogen- oder wellenförmig gekrümmt sind und die Flächenelektrode mit mindestens einem elektrischen Außenanschluss zur Strom- oder Spannungsspeisung ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine transparente Flächenelektrode mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Bekannt ist aus WO 99/40 481 A1 ein elektrochromes Display, das mindestens eine transparente Flächenelektrode umfasst, die als aperiodisches Gitternetz mit hoher Leitfähigkeit ausgebildet ist.
Es besteht eine hohe Nachfrage nach Flächenelektroden, die ein sehr schnelles Schalten der von ihnen zu speisenden elektrischen Komponenten ermöglichen. Zu speisende Komponenten können z. B. wie vorgenannt elektrochrome, aber auch elektrolumineszente Funktionselemente sein, die großflächig oder pixelweise ansteuerbar sein können. Solche Elemente werden häufig zum Anzeigen/Darstellen von Informationen und Bildern verwendet (Displays, Bildschirme etc.).
Andere bekannte Verwendungen für derartige transparente Flächenelektroden sind z. B. elektrische Flächenheizungen und/oder Antennen und dgl. mehr.
Eine wichtige Voraussetzung für die meisten dieser Funktionen ist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit oder anders ausgedrückt ein sehr geringer Flächenwiderstand der transparenten Flächenelektrode. Eine andere Voraussetzung ist, jedenfalls dann, wenn die Flächenelektrode in eine durchsichtige Fensterscheibe, sei es für Gebäude oder Fahrzeuge eingebaut wird, eine sehr geringe optische Wahrnehmbarkeit für menschliche Augen, die durch diese Scheiben blicken.
Es ist auch bekannt, solche Flächenelektroden auf der Benutzerseite eines Bildschirms zum Absorbieren oder Abschirmen elektromagnetischer Strahlungen zu verwenden. Auch in diesem Fall dürfen sie natürlich den Durchgang der Lichtstrahlen möglichst wenig beeinträchtigen. Für Abschirmzwecke werden allerdings nicht unbedingt elektrisch durchgängig leitfähige Elektroden benötigt (vgl. DE 10 2004 038 448 B3 ).
Speziell im Zusammenhang mit heizbaren Fahrzeug-Windschutzscheiben sind bislang zwei grundsätzliche Bauarten Stand der Technik. Die eine Lösung verwendet leitfähige transparente und flächig-homogene Schichten, die aber aufgrund ihres relativ hohen Flächenwiderstands (zwischen 2 und 4 Ohm pro Flächeneinheit) von der Fahrzeugelektrik nur mit erhöhtem Aufwand speisbar sind (vgl. dazu DE 10 2004 050 158 B3 ). Solche homogenen Schichten sind optisch wenig auffällig. Die andere Lösung bettet sehr feine Drähte, meist aus Wolfram, in die Kunststoff-Zwischenschicht von Verbundscheiben ein. Damit diese Drähte optisch weniger störend wahrgenommen werden, ist es schon seit längerer Zeit Standard, sie mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Wellungen in der Zwischenschicht einzubetten (vgl. dazu EP 443 691 B1 ).
Beide Systeme werden normalerweise mithilfe von randseitigen niederohmigen Streifenelektroden mit der elektrischen Speisespannung verbunden.
Es gibt noch als drittes System, der Vollständigkeit halber zu erwähnen, nämlich Scheibenheizungen mit aufgedruckten Leiterbahnen (eingebrannter Siebdruck), die aber infolge ihrer optischen Auffälligkeit nur in Heckscheiben Verwendung finden. Die vorerwähnten Wolfram-Drähte sind sehr viel dünner als noch so feine durch Siebdrucken herstellbare Linien, selbst wenn auch hier Fortschritte hinsichtlich der Leiterbahnbreite gemacht wurden ( DE 200 19 445 U1 ).
Aus DE 10 2004 050 158 B3 ist eine transparente Scheibe mit elektrisch beheizbarer Beschichtung bekannt, die sich über das Sichtfeld der Scheibe erstreckt. Die beheizbare Beschichtung ist mit niederohmigen Sammelleitern kontaktiert. Des Weiteren sind niederohmige Leiterelemente auf der beheizbaren Beschichtung und außerhalb des Sichtfelds angeordnet, die die Distanz zwischen den Sammelleitern elektrisch verkürzen.
DE 32 00 649 A1 beschreibt eine transparente Scheibe mit elektrisch beheizbaren Heizelementen. Die Heizelemente weisen ein elektrisch leitendes Emaille auf, welches gitterartig auf dem Substrat abgeschieden ist.
Aus US 4 932 755 A ist eine transparente Flächenelektrode auf einem Substrat in Gestalt eines Flugzeugcockpits bekannt. Die Flächenelektrode ist für sichtbares Licht transparent und dämpft elektromagnetische Störungen oder auftreffende elektromagnetische Impulse (EMP).
Der eingangs genannte Stand der Technik WO 99/40 481 A1 zielt nun bereits darauf ab, mit einem niederohmigen leitfähigen Material eine flächig wirksame Elektrode mit sehr geringer optischer Wahrnehmbarkeit zu schaffen, und schlägt in einer Ausführungsform auch vor, ein aperiodisches Gitter herzustellen, das mit einem physikalischen Modell beschrieben wird. Das Gitter kann auf starren oder flexiblen Substraten (Scheiben, Folien) aufgebracht werden. Im Wesentlichen wird gemäß diesem Stand der Technik die Aperiodizität dieses Gitters durch Verzerren eines regelmäßigen Gitters erreicht, indem man modellmäßig an jedem Knoten vier Zugfedern unterschiedlicher Federsteifigkeiten bei bestimmten Randbedingungen über die minimalen und maximalen Abstände zwischen zwei benachbarten Knoten annimmt.
Mit diesem Muster wird die Ausbildung von Moiré-Effekten an zwei parallel übereinander gelegten Gitterstrukturen vermieden und damit vorgeblich eine geringere optische Auffälligkeit als mit periodischen Gittern geschaffen. Zugleich wird aber eine gute Flächenwirkung dieser Elektrode ohne Inhomogenitäten beim Umschalten der elektrochromen Schicht erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine weitere transparente Flächenelektrode mit einer leitfähigen Gitterstruktur zu schaffen, bei der eine hohe Transparenz, oder ein sehr geringer Flächendeckungsgrad, mit geringstmöglicher optischer Wahrnehmbarkeit vereint ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und der weiteren unabhängigen Patentansprüche 2 und 3 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.
Die erfindungsgemäße transparente Flächenelektrode wird aus einem Metallgitter (vorzugsweise aus Kupfer) mit einem hoch auflösenden Auftrags- oder Abtragsverfahren, vorzugsweise photolithographisch, auf einem geeigneten Substrat, sei es eine Glas- oder Kunststoffscheibe, sei es ein Kunststofffilm (PET), hergestellt. Je nach Art der Gitterstruktur kommt auch die Herstellung aus einzelnen, entsprechend der vorgeschlagenen Struktur gebogenen Drähten in Frage.
Das Metallgitter stellt folglich ein elektrisch leitfähiges Flächengebilde dar, das für viele unterschiedliche Verwendungszwecke geeignet, vor allem jedoch auf den Einbau in durchsichtige Fensterscheiben besonders abgestimmt ist.
Im Endzustand kann sie in an sich bekannter Weise zwischen zwei starren Scheiben aus Glas oder Kunststoff einlaminiert werden, ggf. zusammen mit noch weiteren Funktionsschichten, auf die später noch näher eingegangen wird.
Die Leiterbahnen des Gitters haben eine Breite von nur ca. 10 μm, und sind aus Leseentfernung vom menschlichen Auge nicht wahrnehmbar. Zwischen der Substratfolie und den Metallleiterlinien wird vorzugsweise eine dunkle Lackschicht aufgetragen, um den optischen Eindruck noch zu verbessern bzw. die optische Wahrnehmbarkeit noch weiter herabzusetzen.
Die übrige (vom Substrat abgewandte) Metalloberfläche kann zusätzlich durch eine Oberflächenbehandlung geschwärzt/dunkel eingefärbt werden.
Als besonderes Merkmal wird die erfindungsgemäße Gitterausführung zum Vermeiden von Beugungs- oder Diffraktions-Mustern (die optisch als farbiger „Stern” oder als „Schmetterling” wiedergegeben werden können und bei regelmäßigen Mustern, insbesondere mit rechteckigen, geradlinig umschriebenen Maschenumrissen unvermeidlich sind) mit einer speziellen Gitterstruktur ausgeführt, die in verschiedenen Varianten kommen kann.
Eine generelle Formel kann so ausgedrückt werden, dass innerhalb der Gitternetzstruktur eine (statistische) Gleichverteilung der Richtungen alter Liniensegmente (0° ... 180°) produziert wird, die insgesamt im Idealfall ein kreisförmiges Beugungsmuster an jedem beliebigen Punkt der Gitterstruktur entstehen lässt.
Unter Beugungsmuster wird hier der Effekt verstanden, dass Licht an den „Kanten” der jeweiligen Linien gebeugt wird und damit für das menschliche Auge einen bestimmten Blendungs- oder jedenfalls Wahrnehmungseffekt hat.
Es kommen ungeordnete Strukturen mit dem Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik in Betracht, dass an jedem Knoten nur drei Linien zusammentreffen. Ein Vorteil solcher Muster aus Dreierknoten ist, dass die zwischen je zwei Leiter-Abschnitten einbeschriebenen Winkel an den Knoten größer, bei einem Zufallsmuster jedenfalls im Durchschnitt größer, sind. Dadurch wird die Produktion vereinfacht, weil die Ecken mit größerer Genauigkeit hergestellt werden können, und elektrische Feldstärkespitzen werden vermieden.
Es kommen regelmäßige Strukturen in Betracht mit dem Unterschied zum Stand der Technik, dass die Verbindungslinien zwischen den Knoten bogenförmig geschwungen sind, wobei sie wahlweise in nur einer Richtung gekrümmt oder auch wellenförmig verlaufen können.
Bevorzugte Ausführungsformen sind im letzteren Fall aus Viertelkreis-Segmenten oder aus Drittelkreis-Segmenten zusammengesetzte Gittermaschen. Erstere eigenen sich auch für die bereits erwähnte Herstellung aus einzelnen, gebogenen Metalldrähten; im letzteren Fall kann wiederum die zuvor schon genannte Regel befolgt werden, dass an jedem Knoten nur drei Linien zusammentreffen.
Um die Farbstruktur der Beugungsringe in Richtung weiß (und damit größerer Unauffälligkeit gegenüber dem normalerweise als weiß erkannten Licht) zu verbessern, kann zusätzlich die Leiterdicke zufällig oder systematisch variiert werden (z. B. zwischen 10 und 20 μm), jedoch stets so, dass die optische Kaschierung erhalten bleibt.
Insbesondere kann bei dem vorerwähnten ungeordneten Muster die Drahtdicke so angepasst werden, dass die Stromverteilung homogener wird, und gleichzeitig das Beugungsmuster weniger farbig. Das photolithographische Herstellverfahren ermöglicht eine genaue Reproduktion von einmal optimierten „zufälligen” Strukturen. Die eigentliche Optimierung lässt sich rechnergestützt mithilfe von Simulationsprogrammen durchführen.
Für die Verwendung in stark geneigten Windschutzscheiben wird das Gitter vorzugsweise in vertikaler Richtung gestreckt, sodass die Gitterabstände in Projektion auf die Senkrechte zur „Durchblickrichtung” regelmäßig bleiben.
In „Heizglas”, also elektrisch beheizbaren Fensterscheiben, wird die Flächenelektrode evtl. ohne zusätzliche Funktion schlicht als Heizwiderstand genutzt. Bei Anlegen einer Spannung an zwei auf gegenüberliegenden Seiten aufgebrachten Sammelleiter („busbars”) heizt sich das Glas auf (Enteisen, Beschlagentfernung). Solche Anwendungen können selbstverständlich auch zum Beheizen von Dachfenstern und Solarzellen zum Entfernen von Schnee verwendet werden.
Besondere Vorteile/Möglichkeiten bieten sich bei der erfindungsgemäßen Ausführung dadurch, dass

– bei einer automobilen Heizglas-Anwendung die Maschenweite der Gitterstruktur so eingestellt werden kann, dass bei Anlegen der Bordspannung (12 ... 14 V =) die gewünschte Heizleistung (ca. 6 W/dm²) erreicht wird. Die busbars können dabei entweder auf den schmalen Seiten der Scheibe aufgebracht werden (damit kann die Maschenweite der Gitters kleiner gewählt werden, sodass es weniger sichtbar ist), oder auf den langen Seiten der Scheibe (damit kann die Maschenweite des Gitters größer gewählt werden, sodass die Werte für Lichtstreuung und -Transmission besser sind).
– das Gitter für Infrarot-(IR-)Strahlen durchlässig ist und deshalb eine IR-Bordkamera nicht behindert.
– durch den geringen Leiterabstand (=> homogenere Wärmeverteilung) im Vergleich zu Drahtheizungen optisches Flimmern deutlich verringert wird;
– die homogenere Wärmeverteilung auch die Anwendung mit Kunststoffscheiben ermöglicht;
– das Gitter mit einer wärmedämmenden bzw. Infrarotstrahlen reflektierenden Schicht kombiniert werden kann, ohne die zulässige Untergrenze der Lichttransmission zu unterschreiten;

Insbesondere bei der Herstellung des Gitters auf einem Substrat durch photolitographische oder ähnliche Verfahren ergeben sich zusätzlich die Möglichkeiten, dass

– die Maschenweite über die Höhe der Scheibe variiert werden kann, um auch bei trapezförmiger Fläche eine homogene Heizung zu erhalten, oder die Leistung gezielt zu verteilen;
– durch gezielte Unterbrechungen (Schlitze) das Metallgitter als Antenne verwendet werden kann;
– das aufgebrachte Gitter in rahmennahen Randbereichen einer Fensterscheibe dichter und/oder maschenfrei gemacht werden und ggf. so den üblichen schwarzen Rand-Siebdruck ersetzen kann, sofern weitere Randbedingungen wie elektrische Isolierung etc. beachtet und erfüllt werden
– das Gitter zum oberen Rand progressiv dichter gemacht werden und somit als eingebaute Sonnenblende, auch „Bandfilter” genannt, dienen kann;
– die Farbe des Lackes zwischen Gitter und Substrat/PET-Folie verfahrensbedingt unabhängig von den übrigen Oberflächen gewählt werden kann, so dass der äußere Farbeindruck unabhängig von der Durchsicht von innen wählbar ist;

Zur Herstellung solcher Konfigurationen werden als busbars vorzugsweise und in an sich bekannter Weise verzinnte Kupfer-Flachleiter verwendet. Diese können entweder mit einem Lötwerkzeug direkt aufgelötet werden, oder nur fixiert werden (Klebepunkte oder -Streifen, leitender Kleber, Lötpunkte) und nach der Laminierung induktiv gelötet werden. Alternative Kontaktierungsmethoden wie Ultraschallschweißen oder induktives Löten können selbstverständlich ebenfalls angewendet werden. Hier stellen sich für die Weichlötung und andere Kontaktierungsmethoden deutlich günstigere Materialpaarungen als bei den bekannt schlecht lötbaren Wolfram-Drähten ein. Auch gegenüber den bekannten Dünnschicht-Systemen ist das photolithographisch erzeugte Gitter beim Kontaktieren beständiger und damit weniger empfindlich gegen Beschädigungen der Kontaktoberfläche. Im Bereich der Anschlüsse der busbars muss eine evtl. schwärzende/verdunkelnde und elektrisch nicht leitfähige Oberflächenbeschichtung des Metalls entfernt werden, oder diese Bereiche werden vor der Oberflächenbehandlung abgedeckt.
Grundsätzlich hat ein solches elektrisch leitfähiges Gitter, wie schon erwähnt wurde, eine gewisse Abschirmfunktion gegenüber bestimmten (hochfrequenten) elektromagnetischen (Radio-)Wellen. Sollte eine Transmission solcher Wellen für bestimmte elektronische Geräte, die mit Radiowellen arbeiten (GPS, Straßenmauterhebung, ...), erforderlich sein, so kann ein Kommunikationsfenster frei gelassen werden, indem ein Ausschnitt der mit dem Gitter beschichteten PET-Folie entfernt wird. Um Lufteinschlüsse zu vermeiden, kann in das frei gewordene Feld eine gleich dicke PET-Folie ohne Gitter eingelegt werden.
Eine andere Variante wäre es, in dem Gitterlayout ein freies Feld (ohne Gitter) auf dem Substrat vorzusehen.
Beide Maßnahmen sind allerdings auch schon von Automobil-Windschutzscheiben mit elektrisch leitfähiger vollflächiger Beschichtung bekannt.
Zum Schutz vor Korrosion wird ein Rand von ca. 1–2 cm freigelassen. Dies geschieht entweder durch Rückschnitt der gesamten PET + Gitter-Folie (wenn das Metallgitter bis zum Rand der Folie geht), oder das Gitterlayout wird so gewählt, dass auf der PET-Folie ein Rand frei bleibt, die PET-Folie aber selbst bis zum Rand des Glases geht, oder das Gitter geht bis zum Rand der PET-Folie, wird aber entlang einer umlaufenden Linie unterbrochen (z. B. mittels Laserbearbeitung).
Wenn die PET-Folie weder zum Korrosionsschutz noch für das Kommunikationsfenster geschnitten wird, kann sie dicker (z. B. 125 μm statt den üblichen 50 μm) gewählt werden, was stärkere Biegeradien am Scheibenrand erlauben würde.
Wenn das Gitterlayout keine scheibenspezifischen Elemente (Kommunikationsfenster, freigelassener Rand) vorsieht, kann es als Endlosband produziert werden. Insbesondere ist, wenn es photolithographisch hergestellt wird, nicht für jeden Scheibentyp eine eigene Photomaske notwendig. Dies trägt zur Kostenreduzierung bei.
Wenn das Gitterlayout scheibenspezifische Elemente vorsieht, kann es entweder Blatt für Blatt oder als Endlosband (Rollen) mit aneinandergereihten Formen produziert werden.
Die Produktion als Endlosband (Rollen) ist industriell einfacher; insbesondere vereinfacht dies die Herstellung eines Vorlaminates (PVB + PET/Kupfer + PVB) in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess, wobei jedoch vorher die Busbars angebracht werden müssen. Die so hergestellte Folie wird erst anschließend zugeschnitten.
Wenn das Metallgitter zur Kontaktierung funktionaler Schichten (Elektrochrom, Elektrolumineszenz, Plane Lampen, OLED, Antenne) benutzt wird, gibt es wiederum mindestens zwei mögliche Ausführungen:

– Kapazitive Kontaktierung: Das Metallgitter wird mit PVB als klebende Zwischenschicht auf das Glas mit der funktionalen Schicht aufgebracht, sodass kein direkter (galvanischer) elektrischer Kontakt besteht.
– Die funktionale Schicht wird auf die Metallgitter-PET-Folie anstatt auf das Glas aufgebracht, so dass ein direkter elektrischer Kontakt besteht.
– Die funktionale Schicht wird auf das direkt auf eine Glas- oder Kunststoffscheibe aufgebrachte Gitter abgeschieden; auch hier entsteht direkter elektrischer Kontakt.

Wesentlicher Vorteil der hier erörterten Gitterstruktur im Vergleich zu transparenten Schichten, z. B. ITO ist der deutlich geringere ohmsche (Flächen-)Widerstand (> 0,03 Ohm/Quadrat) bei besserer Lichttransmisson (> 90%).
In einer Anwendung als transparente Stromzuführung für bestimmte Aggregate kann das Gitter schlicht ein Stück Kabel ersetzen, oder auch zur Kontaktierung und Stromzuführung zu in das Glas integrierte elektronische Elemente (Displays, Sensoren, Leuchtkörper ...) dienen.
Schließlich sind auch noch weitere Anwendungen in Alarmsystemen z. B. als Brucherkennung (Ruhestromkreis, Signal bei Unterbrechung) denkbar.
Es ist darüber hinaus auch noch eine Kombination der erfindungsgemäßen Gitterstruktur mit „echten” vollflächigen Beschichtungen möglich, die z. B. zur Erhöhung der Wärmedämmung (Infrarot-Reflexion) der Gesamt-Fensterscheibe dienen können. Eine solche Beschichtung kann unmittelbar mit der Gitterstruktur in Berührung kommen, sei es zwischen Gitterstruktur und Substrat, oder durch die Gitterstruktur vom Substrat getrennt. Sie kann auch in einer gänzlich anderen Ebene einer Verbundscheibe angeordnet sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung von Ausführungsbeispielen und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung und im Ausschnitt
1 einen Ausschnitt aus einer ersten Ausführungsform einer transparenten Flächenelektrode bzw. eines elektrisch leitfähigen Flächengebildes aus einem Liniengitter, dessen Linien als Viertelkreise ausgeführt sind, so dass sich bei großer Regelmäßigkeit trotzdem ein Lichtbrechungsbild in der gewünschten Form einstellt;
2 einen Ausschnitt aus einer zweiten Ausführungsform mit einem Liniengitter, dessen zwischen je zwei Knoten sich erstreckende Linien als Drittelkreise ausgeführt sind;
3 einen Ausschnitt aus einer zweiten Ausführungsform mit einem Liniengitter ohne Vorzugsrichtung;
4 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flächenelektrode;
5a/b eine Gegenüberstellung zweier Beugungsbilder von Punktlichtquellen-Durchlicht an einem regelmäßigen Rechteckgitter nach dem Stand der Technik und an einem erfindungsgemäß abgewandelten Gitter.
Gemäß 1 besteht eine transparente Flächenelektrode 1 aus einem Gitter von feinen (Wellen-)Linien 2, die sich entlang zweier durch nach außen weisende schräge Pfeile V₁, V₂ repräsentierter winklig zueinander verlaufender Vorzugsrichtungen erstrecken. Hier ist der Winkel ein rechter Winkel, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Diese Linien, die sich jeweils in Knoten 3 kreuzen, sind auf einem transparenten Substrat, wie einer Glas- oder Kunststoffscheibe oder einer Kunststofffolie, durch ein geeignetes Verfahren mit einer möglichst geringen Liniendicke, z. B. durch Photolithographie, aufgebracht. Sie bestehen aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, z. B. aus metallischem Kupfer, aus Silber oder anderen Metallen. Der besondere Vorteil dieser Ausführung ist, dass durch die engen Maschen des Gitters mit einer Maschenweite von wenigen Zehntel Millimetern eine quasi-kontinuierliche Schicht simuliert wird, ohne jedoch den verhältnismäßig hohen Flächenwiderstand bekannter Dünnschichtsysteme in Kauf nehmen zu müssen. Auch rein mechanisch sind diese Gitterstrukturen beständiger als die bekannten Dünnschichtsysteme.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Linien 2 in Viertelkreisen mit ständig wechselnder Krümmungsrichtung ausgeführt, wobei die Kreuzungspunkte bzw. Knoten 3 exakt in den Richtungswechseln liegen. Hierdurch entstehen regelmäßige Maschen, die nur von Viertelbögen umschrieben sind.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen transparenten Flächenelektrode 1. Hier sind die Gitterlinien 2 zwischen je zwei Knoten 3 als Drittelkreise ausgeführt, wobei jede Masche von je drei bezüglich des Maschenzentrums auswärts und drei bezüglich des Maschenzentrums einwärts gekrümmten Linien umschrieben ist, die im Wechsel aneinander anschließen. Hieraus ergeben sich wiederum drei durch Pfeile repräsentierte Vorzugsrichtungen V₁, V₂ und V₃.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform ohne Vorzugsrichtung, bei der aber wieder eine Maschenstruktur mit einer Knotenkonfiguration mit nur drei zusammenlaufenden Linien pro Knoten erzeugt ist. Dabei können allerdings einzelne Leiterabschnitte so kurz ausfallen, dass sie für das unbewehrte Auge ohne Vergrößerung wie Viererknoten aussehen. Es kommt zum Erreichen des gewünschten Kaschierungseffekts aber nicht unbedingt darauf an, dass an allen Knoten nur drei Leiterlinien zusammenlaufen; wichtig ist, dass dies für einen wesentlichen Anteil der Gesamtzahl von Knoten der Fall ist, und dass dadurch insgesamt keine Vorzugsrichtung entsteht.
Eine solche Gitterstruktur kann in Anlehnung an einen Schaum durch den folgenden Algorithmus erzeugt werden:
Zunächst werden die Koordinaten der Maschenzentren in gewünschter Anzahl zufällig ausgewählt. Von jedem Maschenzentrum werden die Verbindungslinien zu den Zentren in der Umgebung bestimmt. Zu jeder Verbindungslinie wird die Mittelsenkrechte gezeichnet, wobei die sich so ergebenden Linien an den Schnittpunkten zu benachbarten Mittelsenkrechten abgeschnitten werden.
Diese Konstruktionsvorschrift lässt sich aber auch durch eine physikalische Analogie beschreiben, die durch den obigen Algorithmus realisiert wird:
Die Gitterstruktur entspricht der Struktur eines zweidimensionalen Schwammes, die sich ergibt, wenn sich zu einem Startzeitpunkt an einer Anzahl zufälliger Punkte Blasen bilden, die sich danach Gleichförmig in alle Richtungen ausdehnen, und zwar bis sie auf benachbarte Blasen treffen. Die Anordnung der Trennwände zwischen den Blasen ist dann ein zufälliges Muster aus geraden Linien ohne Vorzugsrichtung.
4 stellt schließlich einen stark vergrößerten schematischen Schnitt durch ein Substrat S mit einer Linie 2 der darauf angeordneten Gitterstruktur dar. Man erkennt hier gut, dass zwischen dem Substrat S und der Linie 2 eine farblich kontrastierende Farbschicht 4 angeordnet ist. Diese Farbschicht dient insbesondere in einer Umgebung, in der man die optische Beeinträchtigung besonders stark reduzieren will, zum optischen Kaschieren der Linien 2 und der Knoten 3. Sie wird deshalb vorzugsweise in Blickrichtung vor der Gitterstruktur liegen, und in jedem Fall frei von Spiegelwirkungen sein.
Bei einer Fahrzeug-Windschutzscheibe kann also die Farbschicht 4 optional näher am Auge des Fahrzeuginsassen und Fahrzeugführers liegen als die Gitterstruktur. Eine solche unterlegte Farbschicht behindert natürlich nicht die elektrische Kontaktierung der metallischen Gitterstruktur.
Strichpunktiert ist noch eine weitere Farbschicht 5 angedeutet, die ebenfalls zur optischen Kaschierung der Gitterstruktur dient. Wenn diese Farbschicht 5 elektrisch nicht leitet, muss sie natürlich zur elektrischen Kontaktierung der Gitterstruktur zumindest lokal entfernt werden, z. B. im Bereich der eingangs erwähnten busbars.
Der optische Unterschied zwischen Gitterstrukturen konventioneller (regelmäßig-rechteckiger) Ausführung und erfindungsgemäßen Gitterstrukturen lässt sich durch Beugungsbilder veranschaulichen. Ein Beugungsbild entsteht durch die Brechung von Licht, das durch eine Gitterstruktur gestrahlt wird, an den Kanten bzw. Linienabschnitten der einzelnen Maschen (ebenso wie an den Kanten eines Schlitzes in einer ansonsten lichtundurchlässigen Fläche). An jedem einzelnen (geraden) Draht entsteht ein Beugungseffekt senkrecht zur Drahtrichtung. Im Durchlicht werden die Beugungsmuster aller Drähte addiert.
5a zeigt ein Beugungsbild einer Gitter-Ausführung mit regelmäßigen Rechteck- oder Quadratmaschen, 5b zeigt ein Beugungsbild in der erfindungsgemäßen Gitter-Ausführung. Diese Beugungsbilder sind durch Simulationen der direkten Betrachtung einer weißen Punktlichtquelle durch das Gitter entstanden, entsprechen aber hinsichtlich der grundsätzlichen Beugungsmuster exakt fotografischen realen Aufnahmen. Deutlich erkennt man den Unterschied zwischen 5a und 5b. Beim konventionellen Rechteckgitter – 5a – wird ein Beugungsbild in Gestalt eines deutlich ausgeprägten Kreuzes erzeugt. Dies ist auf die Beugung des Lichtes an Drähten in nur zwei im exakt rechten Winkel zueinander liegenden Ausrichtungen zurückzuführen, wobei jede vorkommende Drahtrichtung bei Durchsicht eine Beugungslinie (oder einen Kreuzbalken) erzeugt, die senkrecht dazu steht.
Demgegenüber führt die erfindungsgemäße Struktur zur Entstehung eines kreisförmigen Beugungsbildes (5b), aufgenommen an Gitterstrukturen wie in 1 und 2.
Durch das Vorkommen aller möglichen Drahtausrichtungen in gleichmäßiger (Kreisbogenmuster-) oder statistischer (Schwamm-)Verteilung werden die Konzentration der Beugungsintensitäten auf nur zwei Balken und die damit zusammenhängenden Intensitätsspitzen vermieden.
Die resultierende Kreisform des Beugungsbildes dokumentiert das Fehlen solcher Intensitätsspitzen, wodurch die erfindungsgemäßen Gitterstrukturen im gebeugten Durchlicht für das menschliche Auge wesentlich weniger auffällig werden.

Claims

Transparente Flächenelektrode auf einem tragfähigen, starren oder flexiblen Substrat, bestehend aus einem Gitternetz von elektrisch leitfähigen sehr feinen Linien (2) mit Knoten (3) und Maschen, dadurch gekennzeichnet, dass die sich an jeden Knoten (3) anschließenden Linien (2) bogen- oder wellenförmig gekrümmt sind und die Flächenelektrode mit mindestens einem elektrischen Außenanschluss zur Strom- oder Spannungsspeisung ausgestattet ist.
Transparente Flächenelektrode auf einem tragfähigen, starren oder flexiblen Substrat, bestehend aus einem Gitternetz von elektrisch leitfähigen sehr feinen Linien (2) mit Knoten (3) und Maschen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitternetz ohne Vorzugsrichtung mit Knoten (3) hergestellt ist, an deren Mehrzahl oder an deren Gesamtheit sich jeweils eine Anzahl von genau drei Linien (2) anschließt und die Flächenelektrode mit mindestens einem elektrischen Außenanschluss zur Strom- oder Spannungsspeisung ausgestattet ist.
Transparente Flächenelektrode auf einem tragfähigen, starren oder flexiblen Substrat, bestehend aus einem Gitternetz von elektrisch leitfähigen sehr feinen Linien (2) mit Knoten (3) und Maschen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitternetz mit einer Anzahl von genau drei sich an jeden Knoten (3) anschließenden Linien (2) hergestellt ist, wobei jede dieser Linien bogenförmig gekrümmt ist und die Flächenelektrode mit mindestens einem elektrischen Außenanschluss zur Strom- oder Spannungsspeisung ausgestattet ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitternetz auf einem Foliensubstrat (S) aufgebracht ist, welches mit mindestens einer Klebeschicht zum flächigen Verkleben mit einer starren Scheibe, insbesondere mit einer Fensterscheibe, versehen ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linien (2) des Gitternetzes eine Breite zwischen 5 und 20 um haben, wobei die Linien (2) eines Gitternetzes entweder sämtlich gleiche Breiten haben oder in lokal unterschiedlichen Breiten ausgeführt sind.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem transparenten Substrat (S) und den Linien (2) und Knoten (3) des Gitternetzes eine Farbschicht (4) zum optischen Kaschieren des Gitternetzes angeordnet ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf substratfernen Flächen der Linien (2) und Knoten (3) des Gitternetzes eine Farbschicht (5) zum optischen Kaschieren des Gitternetzes angeordnet ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitternetz durch ein photolithographisches Verfahren hergestellt ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitternetz aus feinen Metalldrähten hergestellt ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit zwei einander beidseits der Flächenerstreckung der Flächenelektrode gegenüber liegenden Außenanschlüssen ausgestattet ist.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Substratfläche frei von Linien (2) und Knoten (3) des Gitternetzes ist, insbesondere ein Randbereich und/oder ein zum Durchlassen elektromagnetischer hochfrequenter Wellen vorgesehener Bereich.
Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randstreifen des Gitternetzes gegenüber dem von ihm umschriebenen zentralen Flächenbereich mittels einer Trennlinie abgeteilt ist.
Transparente Scheibe, die mit einer Flächenelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche flächig-adhäsiv verbunden ist.
Scheibe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verbundscheibe aus mindestens zwei starren Scheiben aus Glas und/oder Kunststoff ausgeführt ist, zwischen denen die Flächenelektrode nebst ihrem Substrat angeordnet ist und mit denen sie über Klebeschichten flächig-adhäsiv verbunden ist.
Scheibe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels der über Außenanschlüsse und busbars mit einer elektrischen Spannung speisbaren Flächenelektrode beheizbar ist.
Scheibe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelektrode zum flächigen Speisen eines elektrischen, auf der Scheibe angeordneten Bauelements vorgesehen ist.
Scheibe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelektrode als mit einem Ruhestrom speisbarer Bruchsensor zur Signalerzeugung bei einem Bruch der Scheibe ausgeführt ist, wobei die Scheibe aus vorgespanntem Glas besteht.