DE102007030108A1

DE102007030108A1 - Anorganisches Dickfilm-AC Elektrolumineszenzelement mit zumindest zwei Einspeisungen und Herstellverfahren und Anwendung

Info

Publication number: DE102007030108A1
Application number: DE102007030108A
Authority: DE
Inventors: Martin Philipp Getrost; Michael Dr. Heite; Thomas Wagner; Thilo-J. Werners
Original assignee: Lyttron Technology GmbH
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-02
Also published as: JP2010532078A; CN102316618A; CN101720565A; US20100188246A1; KR20100037577A; TW200911021A; EP2163136A1; WO2009000917A1

Abstract

Beschrieben wird ein Elektrolumineszenz (EL) Element auf Basis eines partikulären zinksulfidischen Dickfilms mit mindestens zwei flächigen Elektroden, wobei mindestens eine flächige Elektrode transparent ausgebildet ist, wobei an jeder Elektrode zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen an zwei beabstandeten Stellen vorgesehen sind. Darüber hinaus werden Verfahren zur Herstellung des Elektrolumineszenz-Elementes sowie dessen Verwendung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrolumineszenz-Element auf Basis zinksulfidischer elektroluminophorer Dickfilme, ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements als Dekorelement und/oder Leuchtelement in Innenräumen oder zur Außenanwendung, bevorzugt an Außenfassaden von Gebäuden, in oder an Einrichtungsgegenständen, in oder an Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen oder in der Werbebranche.
Unter Elektrolumineszenz (im Folgenden durch EL abgekürzt) versteht man die direkte Lumineszenzanregung von Leuchtpigmenten bzw. Luminophoren durch ein elektrisches Wechselfeld.
Die Elektrolumineszenztechnologie hat in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie ermöglicht die Realisierung beinahe beliebig großer, blend- und schattenfreier, homogener Leuchtflächen. Dabei sind Leistungsaufnahme und Bautiefe (in der Größenordnung eines Millimeters und darunter) äußerst gering. Zu der typischen Anwendung gehört neben der Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristalldisplays die Hinterleuchtung von transparenten Filmen, welche mit Beschriftungen und/oder Bildmotiven versehen sind. Somit sind transparente Elektrolumineszenz-Anordungen, z. B. Elektrolumineszenz-Leuchtplatten auf der Basis von Glas oder transparentem Kunststoff, die z. B. als Informationsträger, Werbetransparente oder zu dekorativen Zwecken dienen können, aus dem Stand der Technik bekannt.
Bereits 1950 wurde von E. C. Payne in der US 2,838,715 eine zinksulfidische Elektrolumineszenzanordnung auf Basis der Verwendung von zwei Elektroden aus leitfähigem Glas mit dazwischen angeordnetem elektrolumineszentem Phosphor beschrieben und als Referenz eine Publikation von G. Destriau "The New Phenomen of Electroluminescence and its Possibilities for the Investigation of Crystal Lattice" im "Philosophical Magazine" genannt, wobei die ursprüngliche Entdeckung des partikulären ZnS-EL-Phenomens in einem Wechselspannungsfeld von Destriau bereits 1936 erfolgte.
Die Leuchtpigmente bzw. Luminophore, welche in diesen EL-Elementen verwendet werden, sind in ein transparentes, organisches oder keramischen Bindemittel eingebettet. Ausgangsstoffe sind meist Zinksulfide, welche in Abhängigkeit von Dotierung bzw. Co-Dotierung und Präparationsvorgang unterschiedliche, relativ schmalbandige Emissionsspektren erzeugen. Der Grund für die Verwendung von Zinksulfiden in den EL-Schichten liegt auf der einen Seite in den relativ großen zur Verfügung stehenden zinksulfidischen EL-Pigmenten. Der Schwerpunkt des Spektrums bestimmt dabei die jeweilige Farbe des emittierten Lichtes. Die Emissionsfarbe eines EL-Elements kann durch eine Vielzahl möglicher Maßnahmen an den gewünschten Farbeindruck angepasst werden. Hierzu gehören die Dotierung und Co-Dotierung der Leucht-Pigmente, die Mischung von zwei oder mehreren EL-Pigmenten, der Zusatz von einem oder mehreren organischen und/oder anorganischen farbkonvertierenden und/oder farbfilternden Pigmenten, die Beschichtung des EL-Pigments mit organischen und/oder anorganischen farbkonvertierenden und/oder farbfilternden Substanzen, die Beimengung von Farbstoffen in die Polymermatrix, in welcher die Leuchtpigmente dispergiert sind, sowie der Einbau einer farbkonvertierenden und/oder farbfilternden Schicht bzw. Folie in den Aufbau des EL-Elements. Insgesamt wird bei Anlegen einer entsprechend hohen Wechselspannung von typisch größer 50 Volt bis über 200 Volt und einer Frequenz größer 50 Hz bis einige kHz, üblicherweise im Bereich von 400 Hz bis 2 kHz, je nach verwendeter Dotierung und Co-dotierung der zinksulfidischen Pigmente ein relativ breitbandiges Emissionsspektrum ausgestrahlt.
Damit die abgestrahlte Emission gesehen wird, ist zumindest eine flächige Elektrode vorzugsweise weitgehend transparent ausgestaltet.
Je nach Anwendungszweck und Herstelltechnologie können dabei Glassubstrate oder polymere Folien mit einer elektrisch leitfähigen und weitgehend transparenten Beschichtung verwendet werden. In speziellen Ausführungen kann ein EL-Kondensatoraufbau auch auf einem Substrat derart angeordnet werden, dass als vordere transparente Elektrode nur eine dünne Schicht gedruckt oder gerakelt oder mit einem Rollenbeschichtungsverfahren oder einem Vorhanggießverfahren oder einem Sprühverfahren aufgetragen wird. Grundsätzlich können auch beide flächigen Elektroden weitgehend transparent ausgeführt werden und derart ein transluzentes EL-Element erzeugt werden, das beidseitig eine Lichtemission aufweist.
Unter einer transparenten Elektrode wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Elektrode verstanden, die aus einem Material aufgebaut ist, welches eine Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich von im Allgemeinen mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 70%, besonders bevorzugt mehr als 80%, ganz besonders mehr als 90%, aufweist.
Die flächigen elektrisch leitfähigen und weitgehend transparenten Elektroden können anorganischer Natur sein und können mittels Vakuumtechnik, chemisch, galvanisch oder einbrenntechnisch hergestellt werden. Im Allgemeinen handelt es sich um dünne Schichten auf Basis von ITO (Indium-Tin-Oxide) oder auf Basis von dünnen metallischen oder metalloxidischen Schichten. Diese weisen im Allgemeinen Flächenwiderstandswerte von wenigen Ω/Quadrat bis einige 100 Ω/Quadrat auf. Üblicherweise werden 5 bis 60 Ω/Quadrat erreicht. Sie können derart auch für große Flächen verwendet werden, wobei die Schichtdicken üblicherweise im Sub-Mikrometerbereich liegen.
Die flächigen elektrisch leitfähigen und weitgehend transparenten Elektroden können jedoch auch auf Basis einer organischen Bindemittelmatrix gebildet werden. In diesem Fall werden sie im Allgemeinen drucktechnisch mit beispielsweise Siebdruck oder großflächig mittels Rakelbeschichtungsverfahren, Rollenbeschichtungsverfahren, Vorhanggießverfahren oder Sprühverfahren und dergleichen Verfahren aufgebracht.
In üblichen EL-Kondensatoraufbauten wird eine meist im Bereich von mΩ/Quadrat gut leitende Rückelektrode an einer Stelle mit der Wechselspannungsquelle verbunden und die im Allgemeinen weniger gut leitende transparente andere Elektrode wird meist mit einem Stromanschluss umrandend versehen (im Folgenden wird dieser Stromanschluss als „Bus-bar" bezeichnet). An diesen Bus-bar wird der zweite Wechselspannungskontakt angelegt. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die verwendete Rückelektrode mit einem Bus-bar ausgestattet ist.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Elektrolumineszenz-Elemente sind hinsichtlich der Funktionen noch nicht vollständig ausgereift. So sind beispielsweise aus dem Stand der Technik bisher keine Elektrolumineszenz-Elemente bekannt, welche eine Helligkeitsveränderung in Kombination mit einem visuell wahrnehmbaren Schwebungseffekt aufweisen. Dieses ist für Elektrolumineszenz-Elemente, mit welchen beispielsweise auffallende optische Effekte erzielt werden sollen, von Interesse.
Damit ergibt sich als Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrolumineszenz-Element bereitzustellen, welches eine Helligkeitsveränderung in Kombination mit einem visuell wahrnehmbaren Schwebungseffekt aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Elektrolumineszenz-Element auf Basis eines partikulären zinksulfidischen Dickfilms mit mindestens zwei flächigen Elektroden, wobei mindestens eine flächige Elektrode transparent ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Element ist dann dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Elektrode zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen an zwei voneinander beabstandeten Stellen vorgesehen sind.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Elektrolumieszenz-Element mit zumindest an einer Elektrode mindestens zwei Wechselspannungs-Einspeisungen verwendet wird, und an den jeweiligen Wechselspannungs-Einspeisungen unterschiedliche Spannungen bzw. Frequenzen angelegt werden, werden derart Elektrolumineszenz-Emissionen erzeugt, welche entsprechend dem Unterschied beziehungsweise der Änderung der zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen einen Helligkeitsverlauf beziehungsweise eine Helligkeitsveränderung des Elektrolumineszenz-Elements bewirken. Darüber hinaus können zusätzlich aber auch ausschließlich unterschiedliche Frequenzen angelegt werden, wodurch zusätzlich oder ausschließlich Schwebeeffekte erzeugt werden.
Erfindungsgemäß sind somit an mindestens einer Elektrode des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elementes zumindest zwei Einspeisungen pro Elektrode vorgesehen. Durch Anlagen von unterschiedlicher Spannung und/oder unterschiedlicher Frequenz lässt sich die gewünschte Helligkeitsveränderung und/oder visuell wahrnehmbaren Schwebungseffekte erzeugen.
Dabei wird unter dem Begriff „voneinander beabstandet" im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die einzelnen Wechselspannungs-Einspeisungen nicht unmittelbar in Kontakt stehen. Die Größe des Abstands ist variabel und abhängig von dem gewünschten, zu erzielenden visuellen Effekt.
Im Folgenden werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Im Allgemeinen werden die Elektrodenflächen mit Bus-bars versehen, über welche die Wechselspannungen eingespeist werden. Die Anordnung dieser Bus-bars in Relation zu den flachen Elektroden ist dabei variabel und abhängig von dem optisch zu erzielenden Effekt, da die visuellen Effekte zwischen den einzelnen Wechselspannung-Einspeisungen, d. h. im Grunde zwischen den einzelnen Bus-bars, stattfinden. Darüber hinaus können auf einer flächigen Elektrode des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elementes mehre Wechselspannung-Einspeisungen, wie beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, oder 15 bzw. n Wechselspannung-Einspeisungen vorgesehen sein. Darüber hinaus sind auch noch mehr Wechselspannung-Einspeisungen auf einer der flächigen Elektrode des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements möglich. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Element mehre flächige Elektroden umfassen, wie beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15, bzw. n Elektroden. Dabei kann jede flächige Elektrode wiederum mit einer Vielzahl an Wechselspannung-Einspeisungen ausgestattet ein.
Die einzelnen verwendeten Bus-bars können in ihrer Form und ihrer Größe variieren und beispielsweise streifenförmig mit beliebiger Breite und Länge oder aber punktuell oder kreisförmig ausgebildet sein. Für den Fachmann ist es in Abhängigkeit der verwendeten Materialien einfach, geeignete Größen und Formen der Bus-bars in Abhängigkeit der gewünschten visuellen Effekte auszuwählen.
In einer ersten Ausführungsform wird beispielsweise ein rechteckiges EL-Element derart ausgeführt, dass die transparente Elektrodenfläche an zwei gegenüberliegenden Kanten mit einem Bus-bar versehen werden und diese Bus-bars werden mit Anschlusskontakten für die Wechselspannung-Einspeisungen versehen.
Die entsprechenden Bus-bars können in einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elementes durch gut leitende druckbare Pasten gebildet werden. Bei diesen Pasten kann es sich beispielsweise um opake Silberpasten, um Kupferpasten, Um Zinnpasten, um Zinkpasten, um Palladiumpasten, um Aluminiumpasten oder um Carbonpasten handeln. Entsprechende Druckpasten unterliegen im Hinblick auf den Flächenwiderstand im Wesentlichen keiner Beschränkung. Üblicherweise weisen sie jedoch einen Flächenwiderstand im Bereich von unter 10 mΩ/Quadrat bis einigen 100 mΩ/Quadrat auf.
Der Bus-bar wird bevorzugt außerhalb des EL-Feldes angeordnet und ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er eine gleichmäßige EL-Emission über die gesamte EL-Fläche bewirken kann.
Insbesondere bei großen Flächen beziehungsweise Abständen und relativ hochohmigen transparenten Elektrodenschichten ist die Verwendung von Bus-bars für eine gleichmäßige EL-Emission von Vorteil.
Die elektrisch leitfähigen Kontaktierstreifen, welche durch die druckbaren Pasten beispielsweise als Bus-bars ausgebildet sind, können im Allgemeinen mittels Siebdruck, Pinselauftrag, Ink-Jet, Rakel, Rolle, durch Sprühen oder mittels Dispensierauftrag oder vergleichbaren dem Fachmann bekannten Auftragsmethoden auf die elektrisch leitfähigen und zumindest teilweise transparenten dünnen Beschichtungen aufgebracht und anschließend im Allgemeinen in einem Ofen thermisch behandelt, so dass üblicherweise seitlich entlang einer Substratkante angebrachte Streifen gut mittels Löten, Klemmen, Crimpen oder Stecken elektrisch leitend kontaktiert werden können.
Zum Betrieb dieses erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements wird in der einfachsten Ausgestaltung lediglich ein EL-Inverter beziehungsweise eine EL-Spannungsversorgung benötigt. Dabei wird der eine Pol an die Rückelektrode angelegt und der andere Pol wird in zwei Anschlüsse aufgeteilt und zumindest ein Anschluss oder auch beide Anschlüsse werden über eine Regeleinheit, wie beispielsweise ein Potentiometer, an die jeweiligen Bus-bars gelegt.
Dabei kann der Abstand der jeweiligen Bus-bars variiert werden. Der Abstand hängt demgemäss im Wesentlichen von den zu erreichenden visuellen Effekten ab, da die visuellen Effekte im Wesentlichen in dem Bereich des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elementes auftreten, welcher sich zwischen den einzelnen Bus-bars bzw. Wechselspannung-Einspeisungen befindet.
Durch eine entsprechende Einstellung der Regeleinheit, also beispielsweise des Potentiometers, kann nunmehr ein Helligkeitsverlauf im EL-Bereich zwischen den beiden Wechselspannung-Einspeisungen, d. h. zwischen den Bus-bars, erreicht werden.
Grundsätzlich wird nur ein Potentiometer benötigt und kann damit auf der entsprechenden Seite eine Veränderung der EL-Helligkeit, d. h. einen Helligkeitsverlauf, erreicht werden.
Bei Verwendung von zwei Regeleinheiten, also beispielsweise zwei Potentiometern, kann wahlweise auf beiden Seiten eine Helligkeitsveränderung erreicht werden.
Anstelle der Potentiometer können selbstverständlich elektronische Regelkreise verwendet werden, die durch eine entsprechende Programmierung oder einen Sensor im zeitlichen Helligkeitsverlauf gesteuert werden können.
Es ist möglich, dass das erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Element nur eine EL-Spannungsversorgung aufweist. In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können jedoch auch zwei oder mehr EL-Spannungsversorgungen, sogenannte EL-Inverter, also elektronische Bauteile, die eine Niederspannungs-Gleichspannung in eine höhere Wechselspannung umsetzen, verwendet werden. Dabei können bei kleinen EL-Feldern auch sogenannte EL-Chip-Inverter verwendet werden. Insbesondere können EL-Chipinverter mit mehreren Ausgangspolen verwendet werden.
Damit kann sie Anzahl der EL-Spannungsversorgungen ferner auf die Anzahl der Einspeisungspunkte oder Einspeisungslinien abgestimmt werden.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann eine flächige Elektrode transparent im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung können auch beide flächigen Elektroden des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elementes, d. h. sowohl die Vorderelektrode als auch die auch die Rückelektrode, transparent ausgeführt werden, so dass eine Lichtemission nach beiden Seiten erreicht werden kann.
Die zweite transparente Elektrode kann beispielsweise konventionell mit einer EL-Spannungsquelle angespeist werden oder so wie die vordere transparente Elektrode mit zwei oder mehr EL-Spannungs-Polen ausgeführt sein.
Die Form des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements und insbesondere die Form der einzelnen Elektroden unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Neben der Ausführung in rechteckiger Form, können dabei streifenförmige, dreieckige, vieleckige, runde, ovale oder nahezu beliebig geometrisch gestaltete Formen verwendet werden.
In allen Fällen sollte die Flächenleitfähigkeit jedoch auf die maximale Spannungsdifferenz abgestimmt werden, da die Spannungsdifferenz der jeweiligen am kürzesten beabstandeten zwei Spannungsquellen über die Fläche als ohmscher Verlust gegeben ist. Bei zu guter Flächenleitfähigkeit und geringem Abstand und gleichzeitig hoher Spannungsdifferenz wird ein entsprechende Verlustleistung auftreten. Diese Verlustleistung kann zu einer Erwärmung des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elementes führen, welche gegebenenfalls zu deren Zerstörung führt.
So fließen beispielsweise bei einer quadratischen Elektrodenfläche mit 60 Ohm/Quadrat bei Anlegen von beispielsweise 150 Volt und 156 Volt, also einer Spannungsdifferenz von 6 Volt, 0,1 Ampere. Dabei tritt derart ein elektrischer Verlust von 0,6 Watt ein, der üblicherweise in Form von Wärme abgestrahlt beziehungsweise abgeleitet werden muss. Bei einer entsprechend großen Fläche ist eine derartige Strombelastung kein Problem. Bei einer entsprechend kleinen Fläche kann eine derartige Strombelastung jedoch zu einer thermischen Überlastung führen. Es wird der Flächenwiderstand daher vorzugsweise an die jeweils geforderten Bedingungen angepasst. D. h., dass die Größe und der Flächenwiderstand abgestimmt sein muss, damit der gewünschte visuelle Effekt auftritt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung können zwei EL-Spannungen, an der vorderen und zwei EL-Spannungen an der Rückelektrode angeschlossen werden und der Spannungsunterschied nach einem vorgegeben Programm, moduliert oder mittels Sensoren gesteuert erfolgen, wobei in einer Ausführungsform bevorzugt die jeweils beiden Spannungen über Bus-bars oben und unten beziehungsweise recht und links, also unter einem rechten Winkel zueinander, geschaltet werden (diese Ausgestaltung ist in der 1 der vorliegenden Erfindung dargestellt). Darüber hinaus ist es aber auch möglich, dass die zwei EL-Spannungen an der vorderen Elektrode und die zwei EL-Spannungen an der Rückelektrode durch Bus-bars jeweils übereinander angeordnet werden, wie es beispielsweise die 6 der vorliegenden Erfindung verdeutlicht.
Unabhängig von diesen Ausgestaltungen sind jedoch beliebige andere Anordnungen möglich.
Anstelle der jeweils zwei EL-Spannungen kann natürlich auch eine Spannungsversorgung mit einer abgezweigten zweiten elektronisch geregelten Spannung verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können bei Verwendung von zumindest zwei EL-Spannungsquellen nicht nur unterschiedliche Spannungen verwendet werden, sondern auch unterschiedliche Frequenzen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen können dabei Schwebungseffekte erzielt werden, wobei für einen visuell erkennbaren Effekt relativ geringe Frequenzunterschiede vorteilhaft sind. Die verwendeten Frequenzunterschiede können variieren und sind abhängig von dem gewünschten visuellen Effekt, wobei Frequenzen von weniger als 50 Hz bevorzugt sind, da die visuellen Effekte andererseits nicht mehr erkannt werden können.
Bei Verwendung einer Mehrzahl an EL-Spannungsversorgungen an einer Mehrzahl an der vorderen Elektrode und/oder einer Mehrzahl an Rückelektroden mit entsprechender Steuermöglichkeit der Spannung und der Frequenz kann eine sehr große Vielfalt an visuellen Effekten erreicht werden. Diese Vielzahl an visuellen Effekten kann noch erhöht werden, wenn mehr als zwei flächige Elektroden, also beispielsweise drei, vier oder fünf flächige Elektroden, in dem erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Element verwendet werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Spannungshöhe beziehungsweise die Spannungsdifferenz und die Frequenz beziehungsweise die Frequenzdifferenz durch die Lautstärke und den Frequenzgang einer Musikquelle zu steuern bzw. zu modellieren, so dass eine visuelle Wiedergabe der Musikquelle möglich ist.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Element als visueller Indikator für eine Vielzahl an messbaren beziehungsweise sensorisch erfassbaren Größen verwendet werden, wie beispielsweise Lärm, Rauch, Vibration, Geschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und dergleichen Größen.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäß vorgesehene Elektrolumineszenz-Feld nicht nur gleichmäßig leuchtend ausgeführt werden, sondern auch punktartig, sternartig, dreieckförmig, streifenartig oder mit einer grafisch nahezu beliebig wählbaren Formgebung. Dabei können die einzelnen Elemente geometrisch exakt beziehungsweise exakt positioniert oder zufällig angeordnet werden. Diese unterschiedlichen Gestaltungsmöglichkeiten ergeben sich durch die Vielzahl an unterschiedlichen Positionen der Wechselspannung-Einspeisungen.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Element bei Wahl geeigneter thermoplastisch verformbarerer Folien und Schichten dreidimensional verformt werden und gegebenenfalls hinterspritzt werden.
Die dreidimensionale Verformung von grafisch gestalteten Kunststoff-Folien mit sehr kurzen Taktzeiten von wenigen Sekunden kann beispielsweise nach dem Stand der Technik mit dem isostatischen Hochdruckverformungsverfahrens (HDVF) erfolgen, welches in der EP 0 371 425 (Verfahren zur Herstellung tiefgezogener Kunststoff-Formteile) im Detail beschrieben wird.
In der Ausbildung in einem Glaselement wird der EL-Bereich bevorzugt derart ausgeführt, dass eine Durchsicht durch das Glaselement im Sinne eines Fensterelementes erhalten bleibt. Dabei kann ein mittiger Durchsichtbereich komplett von EL-Elementen frei gehalten werden oder das EL-Raster wird in einem beispielweise mittigen Durchsichtsbereich mit großen Abständen ausgeführt. Die EL-Element Abstände können dabei verlaufend kleiner in Richtung der Berandung gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Elektrolumineszenz-Element kann darüber hinaus Teilchen mit Nanostrukturen umfassen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff der „Teilchen mit Nanostrukturen" nanoskalige Materialstrukturen verstanden, welche ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Single-Wall-Carbon-Nano-Tubes (SWCNTs), Multi-Wall-Carbon-Nano-Tubes (MWCNTs), Nanohorns, Nanodisks, Nanocones (d. h. kegelmantelförmige Strukturen), metallischen Nanowires und Kombinationen der zuvor genannten Teilchen. Entsprechende Teilchen mit Nanostrukturen auf der Basis von Kohlenstoff können beispielsweise aus Kohlenstoffnanoröhrchen (einschalige und mehrschalige), Kohlenstoffnanofasern (fischgräten-, blättchen-, schraubenartige) und dergleichen bestehen. Kohlenstoffnanoröhrchen werden international auch als Carbon Nanotubes, (single-walled und multi-walled), Kohlenstoffnanofasern als Carbon Nanofibers (herringbone, platelet-, screw-Typ) bezeichnet.
Hinsichtlich metallischer Nanowires wird auf die WO 2007/022226 A2 verwiesen, deren Offenbarung hinsichtlich der dort offenbarten Nanowires durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen ist. Die in der WO 2007/022226 A2 beschriebenen elektrisch gut leitenden und weitgehend transparenten Silber-Nanowires sind für die vorliegende Erfindung insbesondere geeignet.
Erfindungsgemäß ist es somit in einer Ausführungsform möglich, dass die Teilchen mit Nanostrukturen in dem erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Element verwendet werden, wobei insbesondere die gezielte Verwendung der Teilchen mit Nanostrukturen in bestimmten Schichten des EL-Elements oder aber in der Druckpaste, mit welcher die Bus-bars ausgebildet werden, möglich ist.
Geeignete elektrische leitende Materialien für die Elektroden sind dem Fachmann an sich bekannt. Grundsätzlich bieten sich bei der Herstellung von Dickfilm-EL-Elementen mit Wechselspannungsanregung mehrere Arten von Elektroden an. Zum einen sind dies im Vakuum auf Kunststofffolien gesputterte oder aufgedampfte Indium-Zinn-Oxid-Elektroden (Indium-Tin-Oxide, ITO). Sie sind sehr dünn (einige 100 Å) und bieten den Vorteil einer hohen Transparenz bei einem relativ geringen Flächenwiderstand (ca. 60 bis 600 Ω).
Ferner können Druckpasten mit ITO oder ATO (Antimon-Tin-Oxide, Antimon-Zinn-Oxid) oder intrinsisch leitfähige transparente Polymerpasten verwendet werden, aus welchen flächige Elektroden mittels Siebdruck erzeugt werden. Bei einer Dicke von ca. 5 bis 20 μm bieten derartige Elektroden nur geringere Transparenz bei hohem Flächenwiderstand (bis 50 kΩ). Sie sind weitgehend beliebig strukturiert applizierbar, und zwar auch auf strukturierten Oberflächen. Ferner bieten sie eine relativ gute Laminierbarkeit. Auch Non-ITO-Siebdruckschichten (wobei der Begriff „Non-ITO" alle Siebdruckschichten umfasst, die nicht auf Indium-Zinn-Oxid (ITO) basieren), das heißt intrinsisch leitfähige polymere Schichten mit üblicherweise nanoskaligen elektrischleitfähigen Pigmenten, beispielsweise die ATO-Siebdruckpasten mit den Bezeichnungen 7162E oder 7164 von DuPont, intrinsisch leitfähigen Polymersystemen wie dem Orgacon^® System von Agfa, dem Baytron^® (Poly-(3,4-ethylendioxythiophen)-System) von H. C. Starck GmbH, dem als organisches Metall (PEDT-conductive polymer polyethylenedioxythiophene) bezeichneten System von Ormecon, leitfähigen Beschichtungs- oder Druckfarbensystemen von Panipol OY und gegebenenfalls mit hochflexiblen Bindemitteln, zum Beispiel auf Basis von PU (Polyurethanen), PMMA (Polymethylmethacrylat), PVA (Polyvinylalkohol), modifiziertes Polyanilin, können verwendet werden. Bevorzugt wird als Material der zumindest teilweise transparenten Elektrode des Elektrolumineszenz-Elements Baytron^® (Poly-(3,4-ethylendioxythiophen)-System) von H. C. Starck GmbH eingesetzt. Beispiele für elektrisch leitende Polymerfilme sind Polyaniline, Polythiophene, Polyacetylene, Polypyrrole (Handbook of Conducting Polymers, 1986) mit und ohne Metalloxid-Füllung.
Aufgrund der Hochohmigkeit ist Baytron^® (Poly-(3,4-ethylendioxythiophen)-System) von H. C. Starck GmbH insbesondere bveorzugt.
Darüber hinaus sind auch Zinn-Oxid (NESA) Pasten als entsprechendes Elektrodenmaterial verwendbar.
Die oben beschriebenen elektrisch leitenden Materialien können darüber hinaus auf einem Trägermaterial aufgebracht sein. Als Trägermaterial bieten sich beispielsweise transparente Gläser und thermoplastische Folien an.
Diese Elektrodenmaterialien können beispielsweise mittels Siebdruck, Rakeln, Spritzen, Streichen auf entsprechende Trägermaterialien (Substrate) aufgebracht werden, wobei bevorzugt anschließend bei geringen Temperaturen von beispielsweise 80 bis 120°C getrocknet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufbringung der elektrisch leitfähigen Beschichtung mittels Vakuum oder pyrolytisch. Besonders bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Beschichtung eine mittels Vakuum oder pyrolytisch hergestellte metallische oder metalloxidische dünne und weitgehend transparente Schicht, die bevorzugt einen Flächenwiderstand von 0,1 bis 1000 Ω/Quadrat aufweist.
Darüber hinaus kann auch elektrisch leitfähiges Glas als Elektrode verwendet werden.
Eine spezielle bevorzugte Art von elektrisch leitfähigem und hochtransparentem Glas, insbesondere Floatglas, stellen pyrolytisch hergestellte Schichten dar, die ein hohe Oberflächenhärte aufweisen und deren elektrischer Oberflächenwiderstand in einem sehr weiten Bereich von im Allgemeinen einigen Milliohm bis 3.000 Ω/Quadrat eingestellt werden kann.
Derartige pyrolytisch beschichtete Gläser können gut verformt werden und weisen eine gute Kratzbeständigkeit auf, insbesondere führen Kratzer nicht zu einer elektrischen Unterbrechung der elektrisch leitenden Oberflächenschicht, sondern lediglich zu einer meist geringfügigen Erhöhung des Flächenwiderstandes.
Des Weiteren sind pyrolytisch hergestellte leitfähige Oberflächenschichten durch die Temperaturbehandlung derart stark in die Oberfläche diffundiert und in der Oberfläche verankert, dass bei einem anschließenden Materialauftrag ein extrem hoher Haftverbund zum Glassubstrat gegeben ist, was für die vorliegende Erfindung ebenfalls sehr vorteilhaft ist. Zusätzlich weisen derartige Beschichtungen eine gute Homogenität, also eine geringe Streuung des Oberflächenwiderstandswertes über große Oberflächen auf. Diese Eigenschaft stellt ebenfalls einen Vorteil für die vorliegende Erfindung dar.
Elektrisch leitfähige und hochtransparente dünne Schichten können auf einem Glassubstrat, das erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt wird, wesentlich effizienter und kostengünstiger als auf polymeren Substraten wie PET oder PMMA oder PC hergestellt werden.
Bei der Rückelektrode handelt es sich – wie bei der zumindest teilweise transparenten Elektrode – um eine flächige Elektrode, die jedoch nicht transparent oder zumindest teilweise transparent sein muss. Diese ist im Allgemeinen aus elektrisch leitenden Materialien auf anorganischer oder organischer Basis aufgebaut, beispielsweise aus Metallen wie Silber. Geeignete Elektroden sind ferner insbesondere polymere elektrisch leitfähige Beschichtungen. Dabei können die bereits vorstehend bezüglich der zumindest teilweise transparenten Elektrode genannten Beschichtungen eingesetzt werden. Daneben sind solche, dem Fachmann bekannten polymeren elektrisch leitfähigen Beschichtungen einsetzbar, die nicht zumindest teilweise transparent sind.
Geeignete Materialien der Rückelektrode sind somit bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metallen wie Silber, Kohlenstoff, ITO-Siebdruckschichten, ATO-Siebdruckschichten, Non-ITO-Siebdruckschichten, das heißt intrinsisch leitfähige polymere Systeme mit üblicherweise nanoskaligen elektrisch leitfähigen Pigmenten, beispielsweise ATO-Siebdruckpasten mit der Bezeichnung 7162E oder 7164 von DuPont, intrinsisch leitfähigen Polymersystemen wie dem Orgacon^® System von Agfa, dem Baytron^® Poly-(3,4-ethylendioxythiophen)-System von H. C. Starck GmbH, dem als organisches Metall (PEDT conductive polymer polyethylenedioxythiophene) bezeichneten System von Ormecon, leitfähigen Beschichtungs- und Druckfarbensystemen von Panipol Oy und gegebenenfalls mit hochflexiblen Bindemitteln, zum Beispiel auf Basis von PU (Polyurethanen), PMMA (Polymethylmethacrylat), PVA (Polyvinylalkohol), modifiziertes Polyanilin, wobei die vorstehend genannten Materialien zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit mit Metallen wie Silber oder Kohlenstoff versetzt werden können und/oder mit einer Lage aus diesen Materialien ergänzt werden können.
Das erfindungsgemäße El-Element kann zumindest eine Isolationsschicht aufweisen, welche zwischen einer Elektrode und der EL-Schicht vorgesehen ist.
Entsprechende Dielektrizitätsschichten sind dem Fachmann bekannt. Entsprechende Schichten weisen häufig hoch dielektrisch wirkende Pulver wie beispielsweise Bariumtitanat auf, welche vorzugsweise in fluorenthaltenden Kunststoffen oder in auf cyanbasierenden Harzen dispergiert sind. Beispiele für besonders geeignete Teilchen sind Bariumtitanat-Teilchen im Bereich von bevorzugt 1,0 bis 2,0 μm. Diese können bei einem hohen Füllgrad eine relative Dielektrizitätskonstante von bis zu 100 ergeben.
Die Dielektrizitätsschicht weist eine Dicke von im Allgemeinen 1 bis 50 μm, vorzugsweise 2 bis 40 μm, besonders bevorzugt 5 bis 25 μm, speziell 8 bis 15 μm, auf.
Das erfindungsgemäße EL-Element kann in einer Ausführungsform auch zusätzlich noch eine weitere Dielektrizitätsschicht aufweisen, welche nebeneinander angeordnet werden und zusammen die Isolationswirkung verbessern oder aber welche durch eine floatende Elektrodenschicht unterbrochen wird. Die Verwendung einer zweiten Dielektrizitätsschicht kann von der Qualität und Pinhole-Freiheit der ersten Dielektrizitätsschicht abhängen.
Das erfindungsgemäße EL-Element umfasst eine EL-Schicht oder mehrere EL-Schichten.
Die mindestens eine Elektroluminezenz (EL)-Schicht, ist im Allgemeinen zwischen der ersten transparenten Elektrode und einer dielektrischen Schicht angeordnet. Dabei kann die EL-Schicht unmittelbar im Anschluss an die dielektrische Schicht angeordnet sein oder es können gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Schichten zwischen der dielektrischen Schicht und der EL-Schicht angeordnet sein. Bevorzugt ist die EL-Schicht unmittelbar im Anschluss an die dielektrische Schicht angeordnet.
Die mindestens eine Elektrolumineszen-EL-Schicht kann auf der gesamten Innenfläche der ersten teilweise transparenten Elektrode angeordnet sein oder auf einer oder mehreren Teilflächen der ersten zumindest teilweise transparenten Elektrode. In dem Fall, dass die Leuchstruktur auf mehrren Teilflächen angeordnet ist, haben die Teilflächen im Allgemeinen einen Abstand von 0,5 bis 10,0 mm, bevorzugt 1 bis 5 mm voneinander.
Die EL-Schicht ist im Allgemeinen aus einer Bindemittelmatrix mit darin homogen dispergierten EL-Pigmenten aufgebaut. Die Bindemittelmatrix wird im Allgemeinen so gewählt, dass ein guter Haftverbund auf der Elektrodenschicht (bzw. der ggf. darauf aufgebrachten dielektrischen Schicht gegeben ist. In einer bevorzugten Ausführung werden dabei PVB oder PU basierende Systeme verwendet. Neben den EL-Pigmenten können ggf. noch weitere Zusätze in der Bindemittelmatrix vorliegen, wie farbkonvertierende organische und/oder anorganische Systeme, Farbzusatzstoffe für einen Tag- und Nacht-Lichteffekt und/oder reflektierende und/oder Licht absorbierende Effektpigmente wie Aluminiumflakes oder Glasflakes oder Mica-Plateletts, Im Allgemeinen beträgt der Anteil der EL-Pigmente an der Gesamtmasse der EL-Schicht (Füllgrad) 20 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 70 Gew.-%.
Die in der EL-Schicht verwendeten EL-Pigmente weisen im Allgemeinen eine Dicke von 1 bis 50 μm, vorzugsweise 5 bis 25 μm, auf.
Bevorzugt ist die mindestens eine EL-Schicht eine Wechselstrom-Dickfilm-Pulver-Elektrolumineszenz (AC-P-EL)-Leuchtstruktur.
Dickfilm AC-EL Systeme sind seit Destriau 1947 gut bekannt und werden meist mittels Siebdruck auf ITO-PET Folien appliziert. Da zinksulfidische Elektroluminophore im Betrieb und speziell bei höheren Temperaturen und einer Wasserdampfumgebung eine sehr starke Degradation aufweisen, werden heute für langlebige Dickfilm AC-EL Lampenaufbauten im Allgemeinen mikroverkapselte EL-Phosphore (Pigmente) verwendet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, in dem erfindungsgemäßen EL-Element nicht mikroverkapselte Pigmente einzusetzen, wie nachstehend weiter ausgeführt wird.
Unter EL-Elementen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Dickfilm-EL Systeme verstanden, die mittels Wechselspannung bei normativ 100 Volt und 400 Hertz betrieben werden und derart ein so genanntes kaltes Licht von einigen cd/m² bis zu einigen 100 cd/m² oder mehr emittieren. In derartigen anorganischen Dickfilm-Wechselspannungs-EL-Elementen werden im Allgemeinen EL-Siebdruckpasten verwendet.
Derartige EL-Siebdruckpasten werden im Allgemeinen auf Basis anorganischer Substanzen aufgebaut. Geeignete Substanzen sind z. B. hochreine ZnS, CdS, Zn_xCd_1-xS Verbindungen der Gruppen II und IV des Periodensystems der Elemente, wobei besonders bevorzugt ZnS eingesetzt wird. Die vorstehend genannten Substanzen können dotiert oder aktiviert werden und gegebenenfalls des Weiteren coaktiviert werden. Zur Dotierung werden z. B. Kupfer und/oder Mangan eingesetzt. Die Coaktivierung erfolgt z. B. mit Chlor, Brom, Iod und Aluminium. Der Gehalt an Alkali- und Selten-Erd-Metallen ist in den vorstehend genannten Substanzen im Allgemeinen sehr gering, falls diese überhaupt vorliegen. Ganz besonders bevorzugt wird ZnS eingesetzt, das bevorzugt mit Kupfer und/oder Mangan dotiert beziehungsweise aktiviert wird und bevorzugt mit Chlor, Brom, Iod und/oder Aluminium coaktiviert wird.
Übliche EL-Emissionsfarben sind orange, grün, grün-blau, blau-grün und weiß, wobei die Emissionsfarbe weiß oder rot durch Mischungen geeigneter EL-Phosphore (Pigmente) gewonnen werden kann oder durch Farbkonversion. Die Farbkonversion kann im Allgemeinen in Form einer konvertierenden Schicht und/oder der Beimengung entsprechender Farbstoffe und Pigmente in den polymeren Binder der Siebdruckfarben beziehungsweise der polymeren Matrix, in die die EL-Pigmente eingebaut sind, erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zur Herstellung der EL-Schicht eingesetzte Siebdruckmatrix mit lasierenden, farbfilternden oder mit farbkonvertierenden Farbstoffen und/oder Pigmenten versehen sind. Auf diese Weise kann eine Emissionfarbe Weiß oder ein Tag-Nacht-Lichteffekt generiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden in der EL-Schicht Pigmente eingesetzt, die eine Emission im blauen Wellenlängenbereich von 420 bis 480 nm aufweisen und mit einer farbkonvertierenden Mikroverkapselung versehen sind. Auf diese Weise kann die Farbe Weiß emittiert werden.
In einer Ausführungsform werden als Pigmente in der EL-Schicht AC-P-EL Pigmente eingesetzt, die eine Emission im blauen Wellenlängenbereich von 420 bis 480 nm aufweisen. Zusätzlich weist die AC-P-EL Siebdruckmatrix bevorzugt wellenlängenkonventierende anorganische feine Partikel auf Basis von Europium (II) aktivierten Erdalkali-ortho-Silikat Phosphoren wie (Ba, Sr, Ca)₂SiO₄:Eu²⁺ oder YAG Phosphoren wie Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ oder Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ oder Sr₂GaS₄:Eu²⁺ oder SrS:Eu²⁺ oder (Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al,Sc,Ga)₅O₁₂:Ce³⁺ oder (Zn,Ca,Sr)(S,Se):Eu²⁺ auf. Auf diese Weise kann eine weiße Emission erzielt werden.
Entsprechend dem Stand der Technik können die vorstehen genannten 'EL-Phosphor'-Pigmente mikroverkapselt werden. Durch die anorganische Mikroverkapselungstechnologie sind gute Halbwertszeiten erzielbar. Beispielhaft sei hier das EL-Siebdrucksystem Luxprint^® for EL der Firma E. I. du Pont de Nemours and Companies genannt. Organischen Mikroverkapselungstechnologien und Folienhüll-Laminate auf Basis der diversen thermoplastischen Folien sind grundsätzlich ebenfalls geeignet, haben sich jedoch als teuer und nicht wesentlich lebensdauerverlängernd erwiesen.
Geeignete zinksulfidische mikroverkapselte EL-Phosphore (Pigmente) werden von der Firma Osram Sylvania, Inc. Towanda unter dem Handelsnamen GlacierGLO
Standard, High Brite und Long Life und von der Firma Durel Division der Rogers Corporation, unter den Handelsnamen 1PHS001^® High-Efficiency Green Encapsulated EL Phosphor, 1PHS002^® High-Efficiency Blue-Green Encapsulated EL Phosphor, 1PHS003^® Long-Life Blue Encapsulated EL Phosphor, 1PHS004^® Long-Life Orange Encapsulated EL Phosphor, angeboten.
Die mittleren Teilchendurchmesser der in der EL-Schicht geeigneten mikroverkapselten Pigmente betragen im Allgemeinen 15 bis 60 μm, bevorzugt 20 bis 35 μm.
In der EL-Schicht des erfindungsgemäßen EL-Elements können auch nicht mikroverkapselte feinkörnige EL-Pigmente, bevorzugt mit einer hohen Lebensdauer, eingesetzt werden. Geeignete nicht mikroverkapselte feinkörnige zinksulfidische EL-Phosphore sind z. B. in US 6,248,261 und in WO 01/34723 offenbart. Diese weisen bevorzugt ein kubisches Kristallgefüge auf. Die nicht mikroverkapselten Pigmente haben bevorzugt mittlere Teilchendurchmesser von 1 bis 30 μm, besonders bevorzugt 2 bis 15 μm, ganz besonders bevorzugt 5 bis 10 μm.
Speziell nicht mikroverkapselte EL-Pigmente können mit kleineren Pigmentabmessungen bis unter 10 μm verwendet werden. Dadurch kann die Durchsichtigkeit des Glaselementes erhöht werden.
Somit können den gemäß der vorliegenden Anmeldung geeigneten Siebdruckfarben unverkapselte Pigmente beigemengt werden, bevorzugt unter Berücksichtigung der speziellen hygroskopischen Eigenschaften der Pigmente, bevorzugt der ZnS-Pigmente. Dabei werden im Allgemeinen Bindemittel verwendet, die einerseits eine gute Adhäsion zu sogenannten ITO-Schichten (Indium-Zinnoxid) oder intrinsisch leitfähige polymeren transparenten Schichten haben, und des Weiteren gut isolierend wirken, das Dielektrikum verstärken und damit eine Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit bei hohen elektrischen Feldstärken bewirken und zusätzlich im ausgehärteten Zustand eine gute Wasserdampfsperre aufweisen und die Phosphorpigmente zusätzlich schützen und lebensdauerverlängernd wirken.
Die Halbwertzeiten der geeignete Pigmente in der EL-Schicht, also jene Zeit, in der die Initialhelligkeit des erfindungsgemäßen EL-Elements auf die Hälfte abgesunken ist, betragen im Allgemeinen bei 100 bzw. 80 Volt und 400 Hertz 400 bis maximal 5000 Stunden, üblicherweise jedoch nicht mehr als 1000 bis 3500 Stunden.
Die Helligkeitswerte (EL-Emission) betragen im Allgemeinen 1 bis 200 cd/m², bevorzugt 3 bis 100 cd/m², und liegen bei großen Leuchtflächen besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 cd/m².
Es können jedoch auch Pigmente mit längeren oder kürzeren Halbwertszeiten und höheren oder niedrigeren Helligkeitswerten in der EL-Schicht des erfindungsgemäßen EL-Elements eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die in der EL-Schicht vorliegenden Pigmente einen derart kleinen mittleren Teilchendurchmesser auf, beziehungsweise einen derart geringen Füllgrad in der EL-Schicht, beziehungsweise die einzelnen EL-Schichten sind geometrisch derart klein ausgeführt, beziehungsweise der Abstand der einzelnen EL-Schichten wird derart groß gewählt, so dass das EL-Element bei nicht elektrisch aktivierter Leuchtstruktur als zumindest teilweise durchsichtig gestaltet ist beziehungsweise eine Durchsicht gewährleistet ist. Geeignete Pigmentteilchendurchmesser, Füllgrade, Abmessungen der Leuchtelemente und Abstände der Leuchtelemente sind vorstehend genannt.
Das erfindungsgemäße EL-Element kann auf einer oder auf beiden Seiten an den jeweiligen Elektroden Substrate, wie beispielsweise Gläser, Kunststofffolien oder dergleichen aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen EL-Element ist es bevorzugt, dass zumindest das Substrat, welches mit der transparenten Elektrode in Kontakt steht, innenseitig grafisch lasierend transluzent und opak abdeckend gestaltet ist.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Substrat, welches mit der transparenten Elektrode in Kontakt steht, eine Folie ist, welche unterhalb Tg kaltreckbar verformbar ist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, dass resultierende EL-Element dreidimensional zu verformen.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Substrat, welches mit der Rückelektrode in Kontakt steht eine, Folie ist, welche ebenfalls unterhalb Tg kaltreckbar verformbar ist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, dass resultierende EL-Element dreidimensional zu verformen.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements erfolgt im Wesentlichen nach Methoden, welche aus dem Stand der Technik zur Herstellung von Elektrolumineszenz-Elementen bekannt sind.
Üblicherweise werden die vorstehend genannten Phosphorpasten (Siebdruckpasten) auf transparente Kunststoff-Folien oder Gläser aufgebracht, die wiederum eine weitgehend transparente elektrisch leitende Beschichtung aufweisen und dadurch die Elektrode für die Sichtseite darstellen. Anschließend werden drucktechnisch und/oder laminationstechnisch das Dielektrikum und die Rückseitenelektrode hergestellt.
Es ist jedoch ebenfalls ein umgekehrter Herstellungsprozess möglich, wobei zunächst die Rückseitenelektrode hergestellt wird oder die Rückseitenelektrode in Form einer metallisierten Folie verwendet wird und auf diese Elektrode das Dielektrikum aufgetragen wird. Anschließend wird die EL-Schicht und daran anschließend die transparente und elektrisch leitende obere Elektrode aufgetragen. Das erhaltene System kann anschließend gegebenenfalls mit einer transparenten Deckfolie laminiert und damit gegen Wasserdampf bzw. auch gegen mechanische Beschädigung geschützt werden.
Die EL-Schicht wird üblicherweise drucktechnisch mittels Siebdruck oder Dispenserauftrag oder InkJet-Auftrag oder auch mit einem Rakelvorgang oder einem Rollenbeschichtungsverfahren oder einem Vorhanggießverfahren oder einem Transferverfahren, bevorzugt mittels Siebdruck, aufgebracht. Bevorzugt wird die EL-Schicht auf die Oberfläche der Elektrode oder auf die ggf. auf die Elektrode aufgebrachte Isolationsschicht aufgebracht.
Danach werden im Allgemeinen zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen an zwei voneinander beabstandet angeordneten Stellen an mindestens einer der flächigen Elektrode angebracht.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines wie oben beschriebenen Elektrolumineszenz-Elements als Dekorelement und/oder Leuchtelement in Innenräumen oder zur Außenanwendung, bevorzugt an Außenfassaden von Gebäuden, in oder an Einrichtungsgegenständen, in oder an Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen oder in der Werbebranche.
Dabei kann das Elektrolumineszenz-Element als optisch signalisierendes Element ausgebildet sein, wobei die Spannungshöhen, die Spannungsdifferenzen, die Frequenzen und/oder die Frequenzdifferenzen durch die Lautstärke und den Frequenzgang einer Musikquelle gesteuert beziehungsweise moduliert werden.
Das Elektrolumineszenz-Element kann somit als visueller Indikator für messbare und/oder sensorisch erfassbaren Größen, insbesondere Lärm. Rauch, Vibration, Geschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur verwendet werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
Dabei zeigt:
1: eine schematische Draufsicht auf ein EL-Element (1) mit zwei flächigen Elektroden (4, 5) und 4 elektrischen Anschlüssen (15 bis 18),
2: einen Schnitt A-B durch das in 1 aufgezeigte beispielhafte EL-Element (1),
3: eine schematische Draufsicht auf ein dreieckförmiges EL-Element (1) mit drei elektrischen Anschlüssen (23, 24, 25) an der oberen Elektrode (4) und einem Anschluß (27) an der unteren Elektrode (5),
4: einen Schnitt A-B durch das in 3 aufgezeigte beispielhafte dreieckförmige EL-Element (1),
5: eine schematische Seitenansicht auf ein EL-Element mit zwei flächigen Elektroden (4, 5) und einem Anschluß (28) und einem Anschluß (29),
6: eine schematische Seitenansicht (1. Abbildung) und Draufsicht (2. Abbildung) auf ein EL-Element mit zwei flächigen Elektroden (4, 5) und zwei Anschlüssen (28).
In 1 wird eine schematische Draufsicht auf ein EL-Element (1) mit zwei flächigen Elektroden (4, 5) und 4 elektrischen Anschlüssen (15 bis 18) aufgezeigt.
In dieser Ausführungsvariante sind die obere flächige Elektrode (4) und die untere flächige Elektrode (5) mit einem derartigen Flächenwiderstand gewählt, dass an beiden berandenden Kanten Busbars (11 bis 14) angeordnet werden können und mit elektrischen Kontakten (15 bis 18) versehen werden können und entsprechend dem gewählten Flächenwiderstand der Elektroden (4, 5) und den Abmessungen unterschiedliche Spannungen und Frequenzen angelegt werden können.
Beide Elektroden (4, 5) sind dabei transparent ausgeführt. Bei Wahl einer elektrisch sehr gut leitenden nicht transparenten Elektrode kann diese Elektrode nicht mit einer unterschiedlichen Spannung an zwei gegenüberliegenden Kanten versorgt werden, da ein relativ hoher Strom fließen würde und derart die Elektrode Schaden nehmen würde oder die Spannungsversorgung zusammenbrechen würde.
Die Substrate (2, 3) sind beispielhaft und zur einfacheren Darstellung überlappend gezeichnet und werden von Fall zu Fall auch mit gleichen Abmessungen gewählt. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass ein Substrat größer als das andere Substrat ausgeführt wird. Grundsätzlich kann auch eines der Substrate (2, 3) entfallen. Die jeweilige Elektrode (4, 5) können zum Beispiel drucktechnisch exakt positioniert ausgeführt werden oder mit einem Rollenbeschichtungsverfahren, einem Vorhanggießverfahren oder einem Sprühverfahren appliziert werden. Oftmals werden anschließend noch thermoplastische Folien laminationstechnisch darüber angeordnet.
In der Draufsicht der 1 ist das Elektrolumineszenz-Feld (6) vollflächig dargestellt. Es kann jedoch in einer nahezu beliebigen Gestaltung ausgeführt werden, also fensterartig oder grafisch gestaltet oder rasterartig, also punkt-beziehungsweise elementartig.
Im Bereich der überdeckenden Elektroden (4, 5) kann das Elektrolumineszenz-Feld (6) angeordnet werden, wobei das Elektrolumineszenz-Feld (6) bereits eine elektrische Isolationseigenschaft aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die elektrische Isolationseigenschaft nicht ausreichend ausgebildet ist. In diesem Fall sind üblicherweise Isolationsschichten, zum Beispiel zwei Isolationsschichten (19) angeordnet.
Wenn nunmehr eine um wenige Volt bis wenige 10 Volt geringere Wechselspannung am linken Anschluß (17) verglichen mit dem rechten Anschluß (18) angelegt wird, dann wird das Elektrolumineszenz-Feld (6) am rechten Rand eine heller sichtbare EL-Emission (9, 10) bewirken. Wenn zusätzlich eine um wenige Volt bis wenige 10 Volt geringere Wechselspannung am unteren Anschluß (16) verglichen mit dem oberen Anschluß (15) angelegt wird, dann wird das EL-Feld (6) am oberen Rand eine heller sichtbare EL-Emission (9, 10) bewirken. In der Kombination einer derart angelegten Wechselspannung (15, 16, 17, 18) wird dann das rechte obere Eck des EL-Feldes (6) am hellsten leuchten und das linke untere Eck am wenigsten hell leuchten.
Wenn die vier Spannungen (15, 16, 17, 18) zeitlich unterschiedlich in der Spannungshöhe geregelt werden, dann ist es verständlich, dass derart ein zweidimensionales dynamisches Helligkeitsfeld erzeugt werden kann. Zusätzlich kann das flächige EL-Feld (6) mit unterschiedlichen Emissionfarben ausgebildet sein und können derart auch Farbeffekte generiert werden.
Falls zusätzlich an den elektrischen Anschlüssen (16, 16) und (17, 18) unterschiedliche Frequenzen eingeprägt werden, dann entstehen sogenannte Schwebungen.
In 2 wird ein Schnitt A-B durch das in 1 aufgezeigte beispielhafte EL-Element (1) dargestellt. In diesem Schnitt A-B wird das untere Substrat (3) mit der unteren flächigen Elektrode (5) und den beiden Busbars (13, 14) und den elektrischen Anschlüssen (17, 18) dargestellt. Die Busbars (13, 14) sind niederohmige streifenartige Kontaktelemente, die im Falle eines polymeren Substrates (3) üblicherweise in der Form eines Siebdruckstreifens mit elektrisch gut leitenden Pasten beziehungsweise Pastenkombinationen realisiert werden. Silberpasten, Kupferpasten, Carbonpasten beziehungsweise oftmals eine Silberpaste mit einem Carbonpastenüberdruck sind übliche Busbar-Systeme. Falls ein Glassubstrat (3) verwendet wird, können einbrennbare und lötbare Silber- und/oder Aluminium-basierende Pasten verwendet werden.
Anschließend an die Elektrode (5) ist die Isolationsschicht (19), dann die EL-Schicht (6) und dann die obere Elektrode (4) mit dem Substrat (2) angeordnet. Die Reihenfolge der Schichten (19, 6) kann auch umgekehrt ausgeführt werden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass dann die Isolationsschicht (19) weitgehend transparent ausgeführt wird. Oftmals wird die Isolationsschicht (19) siebdrucktechnisch aufgebracht.
Da im Siebdruck kleine Lufteinschlüsse nicht auszuschließen sind, wird oftmals die Schicht (19) doppelt ausgeführt. Im beispielhaften Fall der EL-Emission nach oben (9) und nach unten (10) sollte die Isolationsschicht (19) möglichst transparent zu sein.
Die EL-Schicht (6) weist EL-Pigmente (7) auf und eine Bindemittelmatrix (8). Bei Verwendung von polymeren Substraten (2, 3) werden üblicherweise mikroverkapselte zinksulfidische elektroluminophore Pigmente (7) verwendet. Derart können Halbwertszeiten von bis zu über 2.000 Stunden erreicht werden. Als Halbwertszeit eines EL-Elementes (1) wird jene Betriebszeit verstanden, bis die halbe Initialhelligkeit erreicht wird.
Bei Verwendung von Glassubstraten (2, 3) können auch unverkapselte zinksulfidische elektroluminophore Pigmente (7) verwendet, da die Glassubstrate (2, 3) üblicherweise eine hervorragende Wasserdampfbarriere bieten und derart die Wasserdampfbelastung der EL-Pigmente (7) verhindert beziehungsweise auf ein Minimum reduziert.
In 3 wird eine schematische Draufsicht auf ein dreieckförmiges EL-Element (1) mit drei elektrischen Anschlüssen (23, 24, 25) an den drei Busbars (20, 21, 22) an der oberen Elektrode (4) und einem Anschluß (27) an der unteren Elektrode (5) aufgezeigt. Dabei können die Spannungswerte und die Frequenzen an den drei Anschlüssen (23, 24, 25) verglichen zum Basiselektrodenanschluß (27) variiert werden und können flächige Helligkeits- und Farb-Muster im EL-Feld (6) mit der in diesem Fall einseitigen EL-Emission (9) generiert werden. Dadurch, dass die Rückseitenelektrode (5) niederohmig opak gewählt wurde, kann ein relativ kleiner Busbar (27) für den elektrischen Anschluß (27) gewählt werden.
Das EL-Feld (6) kann vielfältig gestaltet werden. Dabei kann eine vollflächige EL-Schicht (6) mit nur einer Emissionsfarbe oder einer verlaufenden Farbe pro Eck ausgeführt werden und es können rasterartige Punkte oder geometrische Zeichen oder künstlerisch gestaltete Elemente mit unterschiedlicher Größe und unterschiedlichem Abstand angeordnet werden. Die punktuelle beziehungsweise elementweise Anordnung kann dabei gleichförmig oder willkürlich angeordnet werden und es können die Elemente verlaufend angeordnet werden.
In 4 wird ein Schnitt A-B durch das in 3 aufgezeigte beispielhafte dreieckförmige EL-Element (1) dargestellt. In diesem schematischen Schnitt sind beide Substrate (2, 3) gleich groß ausgeführt. Grundsätzlich können die Substrate (2, 3) jedoch nahezu beliebige Formate und Formen aufweisen. Des Weiteren können die elektrischen Bus-bar-Kontakte an Seitenkantenlinien oder Punktkontakten an Kanten oder nahezu an beliebigen inneren Elektrodenflächen ausgebildet werden. In allen Fällen ist auf eine effiziente und kostengünstige und langlebige Kontaktierung der Elektroden (4, 5) zu achten.
In 5 wird eine Variante des erfindungsgemäßen Elektrolumineszenz-Elements dargestellt, in welcher eine obere flächige Elektrode (4) und eine untere flächige Elektrode (5) vorgesehen sind. Durch eine Spannungsquelle (28) werden beiden Elektroden belegt, wobei durch ein Potentiometer eine Spannungsdifferenz erzeugt wird.
In 6 sind zwei Spannungsquellen (28) vorgesehen, wobei die Busbars auf der oberen flächigen Elektrode (4) und der unteren flächigen Elektrode (5) jeweils parallel und übereinander angeordnet sind (30, 31, 32 und 33).

1: Elektrolumineszenz (EL) Element auf Basis eines partikulären zinksulfidischen Dickfilms mit zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen an zwei beabstandeten berandenden Stellen
2: Oberes Substrat
3: Unteres Substrat
4: Obere flächige Elektrode
5: Untere flächige Elektrode
6: EL-Schicht beziehungsweise EL-Bereich
7: EL-Pigment
8: EL-Bindemittelmatrix
9: EL-Emission nach oben
10: EL-Emission nach unten
11: Bus-bar oben (auf der oberen Elektrode)
12: Bus-bar unten (auf der oberen Elektrode)
12: Bus-bar links (auf der unteren Elektrode)
14: Bus-bar rechts (auf der unteren Elektrode)
15: Elektrischer Anschluß oben
16: Elektrischer Anschluß unten
17: Elektrischer Anschluß links
18: Elektrischer Anschluß rechts
19: Isolationsschicht: einfach oder zweifach; transparent oder opak
20: Busbar-1
21: Busbar-2
22: Busbar-3
23: Elektrischer Anschluß an Busbar-1
24: Elektrischer Anschluß an Busbar-2
25: Elektrischer Anschluß an Busbar-3
26: Elektrischer Anschlußbereich untere Elektrode: Kontaktfläche
27: Elektrischer Anschluß untere Elektrode
28: Spannungsquelle
29: Potentiometer
30: Bus-bar; Vorderelektrode Anschluss 1
31: Bus-bar; Vorderelektrode Anschluss 2
32: Bus-bar; Rückelektrode Anschluss 1
33: Bus-bar; Rückelektrode Anschluss 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2838715 [0004]
- EP 0371425 [0050]
- WO 2007/022226 A2 [0054, 0054]
- US 6248261 [0090]
- WO 01/34723 [0090]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- G. Destriau "The New Phenomen of Electroluminescence and its Possibilities for the Investigation of Crystal Lattice" [0004]

Claims

Elektrolumineszenz-Element auf Basis eines partikulären zinksulfidischen Dickfilms mit mindestens zwei flächigen Elektroden, wobei mindestens eine flächige Elektrode transparent ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer der Elektroden zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen an zwei voneinander beabstandeten Stellen vorgesehen sind.
Elektrolumineszenz-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsdifferenz und/oder die Frequenzdifferenz zwischen den mindestens zwei Wechselspannungs-Einspeisungen durch elektronische, sensorische und/oder rechnergesteuerte Regelung veränderbar sind.
Elektrolumineszenz-Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungs-Einspeisungen über Bus-bars erfolgen, welche mit Anschlusskontakten für die Wechselspannungs-Einspeisungen versehen sind.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-bar so ausgebildet wird, dass er eine gleichmäßige Elektrolumineszenz-Emission über die gesamte Elektrolumineszenz-Fläche bewirken kann.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element auf einer Kunststoff-Folie oder einem Glassubstrat angeordnet ist.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element zwischen zwei laminierten flächigen Elementen angeordnet ist.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element rechteckig, streifenförmig, gerundet, vieleckig und/oder mit einer künstlerisch gestalteten Formgebung versehen ist.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element transluzent durchscheinend ausgeführt ist und nach beiden Seiten eine EL-Emission stattfindet.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element dreidimensional verformt ist.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element als Verbundsicherheitsglaselement (VSG) oder als Isolierglaselement ausgebildet ist.
Elektrolumineszenz-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensional verformte Elektrolumineszenz-Element in einem Spritzgußwerkzeug mit einem thermoplastischen Kunststoff formschlüssig angeformt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrolumineszenz-Elements auf Basis eines partikulären zinksulfidischen Dickfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolumineszenz-Element nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wird und zumindest zwei Wechselspannungs-Einspeisungen an zwei voneinander beabstandet angeordneten Stellen an mindestens einer der flächigen Elektrode angebracht werden.
Verwendung eines EL-Elementes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 als Dekorelement und/oder Leuchtelement in Innenräumen oder zur Außenanwendung, bevorzugt an Außenfassaden von Gebäuden, in oder an Einrichtungsgegenständen, in oder an Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen oder in der Werbebranche.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei das Elektrolumineszenz-Element als optisch signalisierendes Element ausgebildet ist, wobei die Spannungshöhen, die Spannungsdifferenzen, die Frequenzen und/oder die Frequenzdifferenzen durch die Lautstärke und den Frequenzgang einer Musikquelle gesteuert beziehungsweise moduliert werden.
Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Elektrolumineszenz-Element als visueller Indikator für messbare und/oder sensorisch erfassbaren Größen, insbesondere Lärm, Rauch, Vibration, Geschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur verwendet wird.