DE69914184T2

DE69914184T2 - Elektrolumineszente lampvorrichtungen und ihre herstellung

Info

Publication number: DE69914184T2
Application number: DE69914184T
Authority: DE
Inventors: J. Robert KRAFCIK; T. Douglas WHEELER; J. Walter PACIOREK; Ralph Mcguigan; T. Rodney ECKERSLEY; Lynn Dee JOHNSON; T. Harold MUNSON
Original assignee: Durel Corp
Current assignee: Durel Corp
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: EP1060494A4; US6069444A; DE69914184D1; EP1060494B1; WO1999043015A1; JP2002504738A; EP1060494A1

Description

Die Erfindung betrifft die Bereitstellung preiswerter und vielseitig einsetzbarer Produkte mit elektrolumineszenten Leuchtkörpern.
Bekanntlich besitzt ein elektrolumineszenter Leuchtkörper eine flächig angelegte Lichtquelle, die aus einer geeigneten Phosphorschicht besteht, die zwischen Elektroden angeordnet ist, wobei eine der Schichten im Wesentlichen transparent ausgebildet ist. Wenn ein Wechselstrom an den Elektroden angelegt wird, sendet die Phosphorschicht Licht aus, wobei die Farbe des Lichts von der Art des Phosphors abhängt.
Solche Leuchtkörper sind für eine große Anzahl Anwendungen einsetzbar, einschließlich beleuchteter Instrumententafeln, Skalenanzeigen, Hinweisschildern und dergleichen. Solche Tafeln mit elektrolumineszenten Leuchtkörpern können dadurch hergestellt werden, dass ein leitendes Material beschichtet wird, beispielsweise mit Indium/Zinn-Oxid, und zwar über die gesamte Substrattafel, wobei die Beschichtung eine Elektrode bildet, auf der die Phosphorschicht und die hinteren Elektrodenschichten aufgebracht werden. In vielen Anwendungsfällen ist es nicht notwendig, dass die gesamte Oberfläche der Tafel leuchtend ausgebildet ist. Bereiche, die nicht leuchtend sein müssen, können durch Aufdrucken einer opaken Druckfarbe auf der Oberfläche des Leuchtkörpers abgedeckt werden. Alternativ, wie es in der US 4,904,901 beschrieben ist, wird Material (Indium/Zinn-Oxid) zur Bildung der transparenten Schicht auf der gesamten Oberfläche der Tafel aufgebracht und dann von einigen Flächen durch eine Säureätzung wieder entfernt, wodurch diskret beleuchtete Flächen entstehen. Die Phosphorschicht und die hinteren Elektrodenschichten werden dann auf den diskreten Flächen aufgebracht. So können entweder die Phosphorschicht oder die hintere Elektrode an ausgewählten Flächen aufgebracht werden, indem bekannte Techniken eingesetzt werden.
In der WO 94/14180 sind Verfahren zum Herstellung einer modularen Beleuchtungseinrichtung beschrieben, indem eine Anzahl flexibler elektrolumineszenten Leuchtkörper auf ein einziges flexibles Substrat mit aufgedruckten Schaltkreisen aufgebracht werden, wobei Techniken eingesetzt werden, die eine flächige Verbindung herstellen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäßen Merkmale einer Beleuchtungseinrichtung umfassen elektrolumineszente Leuchtkörper einer ausgewählten begrenzten Größe, die an einer größeren Substrattafel mit gedruckter Schaltung platziert und befestigt werden, indem Techniken zu ihrer Anordnung an der Oberfläche eingesetzt werden.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung weist ein Substrat mit einer relativ großen Aufnahmefläche für Leuchtkörper auf, das ein Feld Leiterbahnen auf der Aufnahmefläche besitzt. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst weiter relativ kleine Leuchtkörper, von denen zumindest einer einen mechanisch flexiblen, vielschichtigen, blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörper aufweist, der eine blattförmige Schicht trägt, in der elektrolumineszente Partikel angeordnet sind. Die Schicht ist zwischen einem Paar blattförmiger leitender Schichten (z. B. durchgehende gleichmäßig dünne Schichten), von denen eine für den Durchgang von Licht transparent ausgebildet ist. Die elektrolumineszenten Leuchtkörper weisen jeweils Leiter auf, die zum Kontakt und zur Verbindung mit Leiterbahnen auf der Aufnahmefläche für die Leuchtkörper auf dem Substrat bestimmt sind, und zwar in flächiger Anlage und mit Abstand zueinander verteilt entsprechend einem vorgewählten Beleuchtungsmuster. Die flächige Anlage kann entweder an der vorderen Fläche oder der hinteren Fläche der elektrolumineszenten Komponenten erfolgen, abhängig von der im Besonderen angewendeten Konstruktion. Die Mehrzahl der Leuchtkörper umfasst auch einen festen Leuchtkörper.
Die von dem Leuchtkörper eingenommene Fläche richtet sich danach, welche Fläche erleuchtet werden soll. Damit wird die von dem Leuchtkörper eingenommene Fläche wesentlich reduziert. Bekanntlich können leitfähige Materialien (z. B. Indium/Zinn-Oxid), die eine Elektrode eines Leuchtkörpers bilden, relativ teuer sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, opake Muster zum Abdecken erleuchteter Bahnen zwischen beleuchteten Flächen einzusetzen.
Ausführungsformen nach der Erfindung können eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale umfassen. Bei einer Ausführungsform weist der blattförmige Leuchtkörper ein Trägersubstrat auf, beispielsweise ein biaxial orientiertes Blattelement (z. B. einen sehr dünnen Film), das aus Polyester oder Polykarbonat besteht, wobei die thermoplastischen Schichten aus Polyvinylidenfluorid bestehen.
Ein erster elektrolumineszenter Leuchtkörper besitzt ein Beleuchtungscharakteristikum (z. B. Farbe oder Intensität), die verschieden von einem Beleuchtungscharakteristikum eines zweiten elektrolumineszenten Leuchtkörpers ist. Kleiner begrenzte und individuell ansprechbare Leuchtkörper verbrauchen weniger elektrische Energie, erzeugen weniger Wärme und sind zuverlässiger als großflächige Leuchtkörper mit lichtundurchlässigen Mustern auf unbeleuchteten Bereichen des Leuchtkörpers.
Die relativ kleinen Leuchtkörper umschließen einen festen Leuchtkörper, der in Form eines vielschichtigen blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörpers mit kleinerer Fläche ausgebildet sein kann als der flexible vielschichtige blattförmige elektrolumineszente Leuchtkörper. Der feste Leuchtkörper ist mit flächiger Anlage an dem Substrat befestigt. Der feste Leuchtkörper kann auch in flächiger Anlage zu dem flexiblen vielschichtigen blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörper angeordnet sein.
Das Substrat umfasst weiterhin eine zweite Aufnahmefläche für Leuchtkörper mit Leiterbahnen. Einer der relativ kleinen Leuchtkörper ist elektrisch leitend mit den Leiterbahnen verbunden. Das Substrat besitzt einen transparenten Bereich, durch den Licht der relativ kleinen Leuchtkörper auf eine Aufnahmefläche für die erst erwähnten Leuchtkörper fällt. Ein absorbierendes Filter für Licht kann den transparenten Bereich abdecken. Das Substrat kann flexibel ausgebildet sein.
Ein automatischer Herstellungsprozess zum Platzieren und Anbringen individueller Leuchtkörper kann durch Einsatz von Robotern erfolgen, die die Leuchtkörper aufnehmen und auf der Aufnahmefläche eines Substrates mit gedruckter Schaltung entsprechend den vorgegebenen Anweisungen platzieren. An diesen Herstellungsschritt schließen sich automatische Schritte zum Verbinden und Befestigen der Leuchtkörper auf dem Substrat an.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung weist eine Haltestruktur zur Befestigung des vielschichtigen blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörpers auf der Aufnahmefläche des Substrates für Leuchtkörper auf. In einer Ausführungsform wird die Haltestruktur von Bereichen des Substrates gebildet, die mechanisch verformt sind. In einer anderen Ausführungsform besteht die Haltestruktur aus einer thermischen Verbindung, z. B. einer Ultraschallschweißung. Die Haltestruktur kann auch ein mechanisches Befestigungsmittel oder ein lokales Klebstoffdepot an einem Kontaktbereich zwischen Leitern des vielschichtigen blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörpers und ausgewählten Leiterbahnen in der Aufnahmefläche des Substrats für Leuchtkörper aufweisen.
Durch die Erfindung wird ein einziger Beleuchtungsmodul bereitgestellt, der praktisch und preiswert herzustellen ist und der verschiedenes Licht an frei wählbaren Stellen aussendet. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil dar.
Die Erfindung erlaubt es auch, eine Anzahl Leuchtkörper auf einem Substrat mit gedruckter Schaltung anzuordnen, wobei jeder Leuchtkörper oder entsprechende Gruppen von Leuchtkörpern unabhängig geschaltet werden können. Individuell schaltbare Leuchtkörper der Einheit können individuell angetrieben oder aus einer gemeinsamen Spannungsquelle versorgt werden.
Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.
ZEICHNUNGEN
1 ist eine Explosionsskizze einer in die Hand nehmbaren Fernsteuerung, die eine Fläche mit elektrolumineszenten Leuchtkörpern nach der Erfindung aufweist.
2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 der 1.
3A–3D sind Querschnitte eines flächig an einem Substrat angeordneten Leuchtkörpers.
4A–4B sind Draufsichten auf Leuchtkörper, die in flächiger Anlage mit einem Substrat verbunden sind.
5 ist ein Querschnitt durch einen Leuchtkörper, der mit Hilfe einer mechanischen Vernietung auf einem flexiblen Substrat angeordnet ist.
6 ist ein Querschnitt eines flächigen Leuchtkörpers, der mit Hilfe eines Klebestreifens auf einem flexiblen Substrat gehalten ist.
7 ist eine Draufsicht auf eine Anlage zur Herstellung von Einheiten mit Leuchtkörpern.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform mit flächigen Leuchtkörpern nach der Erfindung.
9 ist eine vergrößerte Darstellung eines flexiblen Schaltkreises gemäß 8.
10 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung mit elektrolumineszenten Leuchtkörpern.
10A ist eine vergrößerte Darstellung eines festen Leuchtkörpers nach 10.
11A ist eine Explosionsskizze eines Hinweisschildes mit flächig angeordneten Leuchtkörpern nach der Erfindung.
11B ist eine Ansicht des zusammengebauten Hinweisschildes nach 11A.
11C ist ein Querschnitt durch einen elektrolumineszenten Leuchtkörper nach den Linien 11C-11C aus 11B.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie in 1 dargestellt, weist eine in der Hand haltbare Fernsteuerung 10 zur Steuerung verschiedener audiovisueller Geräte (z. B. Fernsehgeräte, Videorekorder, Stereoempfänger) ein Gehäuse 12 mit einer Vertiefung 14 zur Aufnahme einer Batterie 16 und einer Steuerplatine 18 auf. Die Steuerplatine 18 ist mit Komponenten 20 bestückt, die zur Verteilung elektrischer Leistung und Signalen zum Erzeugen eines Infrarot-Steuersignals dient, welches von den Instrumenten empfangen wird. In der Vertiefung 14 sind vertikal übereinander ein Tastenfeld 22, eine modular aufgebaute Leuchtplatte 24 und eine beschriftete Platte 26 vorgesehen. Die beschriftete Platte 26 weist beschriftete Felder 27, 28, 29 auf, die jeweils einem Steuerplatz zugeordnet sind. Jedes Feld 27, 28, 29 besitzt Bereiche 27a bis 27n, 28a bis 28n, 29a bis 29n, die entsprechende Funktionen (z. B. an/aus, Lautstärke, Kanalwahl) bilden, die der jeweiligen Komponente des betreffenden Feldes zugeordnet sind. Eine Umrandung (nicht dargestellt) kann dazu dienen, die beschriftete Platte 26 an dem Gehäuse 12 zu halten. Durch diesen Aufbau besitzt die Fernsteuerung 10 eine beleuchtete fühlbare Membranplatte, die durch Niederdrücken der dem einzelnen audiovisuellen Instrument zugeordneten Bereiche betätigt werden kann.
Das Tastenfeld 22 weist eine flexible Platte 30a aus Polyester mit Leiterbahnen 32 auf, die mit der Steuerplatine 18 verbunden und mit einer Schaltplatte 30b abgedeckt ist. Die Schaltplatte 30b weist Verbindungsschalter 34 auf. Jeder Verbindungsschalter entspricht einer bestimmten Funktion einer bestimmten Komponente und ist oberhalb eines Bereichs der flexiblen Platte 30a angebracht, so dass die Anwendung einer nach abwärts gerichteten Kraft auf den Verbindungsschalter zu einem "Kurzschließen" der Leiterbahnen 32 entsprechend der gewünschten Funktion führt.
Die modular aufgebaute Leuchtplatte 24, die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, ist zwischen dem Tastenfeld 22 und der beschrifteten Platte 26 angeordnet und weist eine flexible gedruckte Trägerplatte 35 mit Leiterbahnen 36 aus elektrisch leitender Druckfarbe auf, auf denen eine Anzahl flexibler elektrolumineszenter Leuchtkörper 40 angeordnet sind. Jeder elektrolumineszente Leuchtkörper 40 besitzt zwei leitende Fortsätze 41a (4A) aus leitender Druckfarbe auf einer Platte aus Kunststoff. Diese leitenden Fortsätze erbringen elektrisch leitende Verbindungspunkte zu den Leiterbahnen 36 und dienen der Verteilung des Stroms und eines Grundbusses. Bereiche der Leiterbahnen 36, die keine Verbindungspunkte zu den Fortsätzen 41a der Leuchtkörper 40 darstellen, sind in der Regel mit einer dielektrischen Schicht versehen, die der elektrischen Isolation dient, die Wanderung von Silber reduziert und einen Schutz gegen Feuchtigkeit darstellt.
Ein Verfahren, solch eine dielektrische Schicht aufzubringen, besteht darin, eine durch UV-Strahlung aushärtbare Druckfarbe aufzubringen. Hierzu ist beispielsweise das Produkt Nr. 5014 der E. I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE auf Bereiche der Leiterbahnen 36 auf der flexiblen Trägerplatte 35 geeignet. Die flexible Trägerplatte 35 besteht aus Polyesterbasismaterial, Modell Nr. ST505, ein Produkt der ICI Corp., Wilmington, DE mit einer Dicke von ungefähr 0,178 mm und einer Oberfläche mit einer nachfolgend aufgebrachten Beschichtung aus Indium/Zinn-Oxid.
In 2 ist beispielhaft ein lumineszenter Leuchtkörper 40 dargestellt. Dieser Leuchtkörper 40 erstreckt sich über eine begrenzte Fläche, die beleuchtet werden soll, und weist eine Anzahl Schichten, beginnend mit einer transparenten Schicht 42 (z. B. einem Abschnitt Polyesterfolie mit einer Dicke von etwa 0,178 mm). Die Schicht 42 weist auf der einen Seite eine vorher aufgebrachte Beschichtung mit einem transparenten leichtfähigen Material, vorzugsweise Indium/Zinn-Oxid (ITO) auf, obwohl auch Aluminiumoxid, Gold und Silber oder andere Beschichtungen benutzt werden können. Das ITO-Material wird vorzugsweise im Vakuum auf eine Trägerplatte aufgedampft und bildet so eine transparente Beschichtung 44 mit einer Dicke von ungefähr 1000 (100 nm). Die transparente Beschichtung 44 ist mit einer Phosphorschicht 46 aus elektrolumineszenten Phosphorpartikeln belegt, beispielsweise aus Zinksulfit, aufgemischt mit Kupfer oder Mangan, dispergiert in einem Bindemittel aus Polymer. Die Phosphorschicht 46 wird auf die transparente Beschichtung 44 durch Bilddruck aufgebracht und besitzt eine Dicke von ungefähr 25,4 μm. Weiterhin ist eine dielektrische Schicht 48 mit einer Dicke von etwa 25,4 μm aus hoch dielektrischem konstantem Material, wie beispielsweise Bariumtitanat, dispergiert in einem polymeren Bindemittel, vorgesehen. Die dielektrische Schicht 48 wird auf die Phosphorschicht 46 gedruckt, so dass sie sich über die Ränder der Leuchtkörper 40 erstreckt. Auf der dielektrischen Schicht 48 sitzt eine hintere Elektrode 50 aus leitenden Partikeln, beispielsweise Silber oder Kohle, dispergiert in einem Bindemittel aus Polymer, in Form einer im Bildschirmdruckverfahren aufbringbaren Druckfarbe. Diese Druckfarbe wird auf die dielektrische Schicht 48 aufgedruckt, so dass sie die hintere Elektrode 50 mit einer Dicke von ungefähr 12,7 μm bildet. Für einige Anwendungsfälle kann der Leuchtkörper 40 mit einer zusätzlichen isolierenden Schicht (nicht dargestellt) auf der hinteren Elektrode versehen sein, um eine mögliche Stoßanfälligkeit zu reduzieren und eine Sperre gegen Feuchtigkeit zum Schutz des Leuchtkörpers zu bilden. Ein geeignetes polymeres Bindemittel für solche Schichten stellt PVDF dar, wie es in dem US-Patent 4,816,717 beschrieben ist.
Aus 1 geht hervor, dass jeder vorgeformte elektrolumineszente Leuchtkörper 40 zwischen entsprechenden Verbindungsschaltern 34 des Tastenfeldes 22 und entsprechenden Feldern 27, 28, 29 der beschrifteten Platte 26 angeordnet ist. Die flexible Gestaltung der Leuchtkörper 40 ermöglicht die Durchleitung einer abwärtsgerichteten Druckkraft von der beschrifteten Platte 26 auf die Verbindungsschalter 34, ohne dass die Leuchtkörper 40 beschädigt werden. Bei dieser Ausführung haben wir die elektrolumineszenten Leuchtkörper 40 in Zuordnung zu entsprechenden Bereichen der beschrifteten Platte 26 unterschiedliche Farben. So ist das Feld 27, welches für Funktionen eines Fernsehers bestimmt ist, mit einem elektrolumineszenten Leuchtkörper 40a erhellt, welches orangefarbiges Licht aussendet, während das Feld 29, welches für die Steuerung eines Videokassettenrekorders bestimmt ist, von einem Leuchtkörper 40b erleuchtet wird, der blaues Licht aussendet.
Anhand der 3A bis 3D wird ein Verfahren zum Verbinden der kleinen vorgeformten elektrolumineszenten Leuchtkörper 40 an die flexible Trägerplatte 35 der Einheit beschrieben.
3A zeigt einen Leuchtkörper 40 mit seiner Leuchtseite 33 nach oben gekehrt, der auf die flexible Trägerplatte 35 so aufgebracht wird, dass die leitenden Fortsätze 41a und 41b des Leuchtkörpers sich auf Leiterbahnen 36 der Platte auflegen. Es wird ein kleiner Tropfen Klebstoff oder, wie hier dargestellt, ein doppelseitiges, auf Druck ansprechendes Klebeband 52 zwischen der flexiblen Trägerplatte 35 und der hinteren Elektrode 50 des Leuchtkörpers 40 in einem Bereich zwischen den leitenden Fortsätzen 41a und 41b eingebracht, um den Leuchtkörper 40 in diesem Bereich der leitenden Fortsätze 41a und 41b mit der flexiblen Trägerplatte zu verbinden. Anhand der 2 ist erkennbar, dass der leitende Fortsatz 41b direkt mit der hinteren Elektrode 50 verbunden ist, während der leitende Fortsatz 41a mit der transparenten Beschichtung 44 über ein Loch (nicht dargestellt) in Verbindung steht. Das Klebeband 52 ermöglicht es, die Kombination aus Leuchtkörper 40 und flexibler Trägerplatte 35 während der Herstellung zu wenden, so dass der Leuchtkörper 40 unter die Platte gelangt, und zwar aus Gründen, die nachfolgend erläutert werden.
Gemäß 3B wird der Leuchtkörper 40 elektrisch und mechanisch mit der flexiblen Trägerplatte 35 dauerhaft durch Einsatz eines Ultraschallschweißgerätes 54 (5) verbunden, beispielsweise in Form des Modells 901AE IW Integrated Welder, hergestellt durch Branson Ultrasonics Corp., Danbury, CT. Der Leuchtkörper 40 und die flexible Trägerplatte 35 werden, wie in Verbindung mit 3A beschrieben, gewendet und so unter das Schweißgerät 54 gebracht, so dass eine untere Oberfläche 37 der flexiblen Trägerplatte dem gerändelten Schweißwerkzeug 56 gegenüberliegt, und zwar oberhalb des Bereiches des leitenden Fortsatzes 41a des Leuchtkörpers 40. Das gerändelte Schweißwerkzeug 56 besitzt einen Durchmesser von ungefähr 6,35 mm und eine Spitze mit einem Gitterfeld aus relativ scharf profilierten Vorsprüngen 60, die ungefähr 0,51 mm lang ausgebildet und voneinander in einem Abstand von etwa 0,76 mm angeordnet sind. Bei dieser Anordnung zeigt die transparente Beschichtung 44 des Leuchtkörpers 40 nach unten und liegt auf einer XY-Basisplatte 58 des Schweißgerätes 54 auf. Das Schweißgerät 54 ist in elektronischer Weise so programmiert, dass die Werkzeugspitze 56 in einer parallelen Ebene zu der Basisplatte 58 angeordnet ist.
3C lässt erkennen, dass das Schweißgerät 54 so programmiert ist, dass das gerändelte Schweißwerkzeug 56 soweit abgesenkt wird, dass es mit einer eingestellten Kraft und über eine präzise festgelegte Zeitdauer durch die Fläche 37 hindurchgedrückt wird, so dass die Vorsprünge 60 durch die flexible Trägerplatte 35 bis in den Leuchtkörper 40 eindringen. Die Vorsprünge 60 durchsetzen die hintere Elektrode 50, die Phosphorschicht 46 und reichen bis in die transparente Schicht 42 des Leuchtkörpers 40. Vibrationsschweißen stellt bekanntlich eine Technik dar, die zu festen Strukturen und Abdichtungen gegen hohe Drücke zwischen thermoplastischen Materialien führt. Das Schweißgerät 54 wird mit Hochfrequenzenergie (20 kHz) über eine Zufuhreinrichtung und einen Konverter (nicht dargestellt) versorgt. Der Konverter setzt die elektrische Energie in mechanische Vibrationsenergie mit Ultraschallfrequenz um. Die Vibrationsenergie wird über das Werkzeug 56 in die Verbindungsebene übertragen, wobei die Umsetzung in Wärme erfolgt, die sich an den Vorsprüngen des Werkzeugs infolge Reibung äußert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Unterseite 37 der flexiblen Trägerplatte 35 gegenüber der hinteren Elektrode 50 des Leuchtkörpers 40 mit einem Druck von 68,9 bis 137,8 kPA (10 bis 20 Ibs/in²) für eine Zeitdauer von 25 bis 75 Millisekunden unter Vibration gesetzt. Die in der Zwischenfläche erzeugte Reibungswärme verschmilzt das Polyestermaterial der flexiblen Trägerplatte 35 und der transparenten Schicht 42 so, dass ein fester molekularer Verbund zwischen beiden entsteht.
3D zeigt, dass gegen Ende des Schweißvorgangs das gerändelte Schweißwerkzeug 56 von der flexiblen Trägerplatte 35 abgehoben wird, wobei mechanische Kontaktpunkte 62 aus verschmolzenem Polyestermaterial der flexiblen Trägerplatte 35 und der transparenten Schicht 42 des Leuchtkörpers 40 zurückbleiben. Die Festigkeit der Verschweißung der mechanischen Kontaktpunkte 62 entspricht der Festigkeit der Ausgangsmaterialien. Die örtliche Erhitzung und Vibration, die durch das gerändelte Schweißwerkzeug 56 bereitgestellt wird, führt dazu, dass die aufgedruckte leitende polymere Druckfarbe von der hinteren Elektrode 50 neben den Durchdringungsstellen elektrische Kontaktbereiche 64 zwischen den mechanischen Kontaktpunkten 62 schafft, so dass die elektrisch leitende Verbindung sichergestellt ist.
Aus den 4A und 4B geht hervor, dass der Leuchtkörper 40 zwei leitende Fortsätze 41a aufweist, die mit Leiterbahnen 36 der flexiblen Trägerplatte 35 verbunden sind. Die gitterartige Anordnung der Vorsprünge 60 des Schweißwerkzeugs 56 dient dazu, ein Gitter verschmolzener mechanischer Kontaktpunkte 62 und leitender Druckfarbe zu schaffen, um die elektrisch leitende Verbindung im Kontaktbereich 64 zwischen der gedruckten hinteren Elektrode 40 und den gedruckten Leiterbahnen 36 herzustellen. Eine Unterbrechungslinie 69, die mit einem Laser erzeugt wurde, erstreckt sich zwischen der hinteren Elektrode 50 und der vorderen Elektrode 44. Die elektrische Isolierung ist deshalb vorgesehen, weil die Verbindung der hinteren Elektrode 50 mit der flexiblen Trägerplatte 35, wie es anhand der 3A bis 3D beschrieben wurde (oder wenn nachfolgend beschriebene Verfahren eingesetzt werden) dazu führen kann, dass zwischen der vorderen Elektrode 44 und der hinteren Elektrode 50 Kurzschluss entsteht.
Es ist vorstellbar, dass die kleinen vorgeformten Leuchtkörper 40 mit der flexiblen Trägerplatte 35 auch durch andere Verbindungsmittel verbunden werden können. So zeigt beispielsweise 5 eine mechanische Öse 120 mit einem kopfartigen Bereich 122, die sich durch den Leuchtkörper 40 und die flexible Trägerplatte 35 erstrecken und die im Bereich einer Bodenfläche 39 an der Trägerplatte 35 anliegt, um den Leuchtkörper 40 fest mit der Trägerplatte zu verbinden. 6 zeigt eine alternative Möglichkeit, bei der ein Streifen leitfähigen Klebefilms 130, wie beispielsweise Modell Nr. 9703, ein Produkt der 3M Corporation, St. Paul, MN, dazu eingesetzt wird, um den Leuchtkörper 40 fest mit der Trägerplatte 35 zu verbinden.
Das Anbringen vorgeformter Leuchtkörper 40 mit kleinen Abmessungen an der flexiblen Trägerplatte 35 geschieht vorteilhaft im Rahmen einer automatisierten Produktionslinie. So zeigt 7 eine Montagelinie 70 für das automatische Anbringen der Leuchtkörper an flexiblen Trägerplatten mit aufgebrachten Leiterbahnen 36 und festgelegten Flächenbereichen für die Anbringung der Leuchtkörper 40. Flexible Trägerplatten 35 werden in Linie durch eine Reihe von Produktionsstationen geführt. In einer der Vorbereitung dienenden Station 72 werden beispielsweise Trägerplatten 35 gereinigt und zur Aufnahme der Leuchtkörper 40 vorbereitet, bevor sie zu einer Ladestation 73 gefördert werden. jede Trägerplatte 35 wird in der Regel auf einer festen Schablone aufgenommen, um die flexible Trägerplatte abzustützen, wenn sie sich von Station zu Station bewegt und dabei das Schweißverfahren durchgeführt wird. Verbindungsmittel, wie Klebeband 52, 130 (beschrieben in Verbindung mit 6) oder Klebstoffe aus Epoxy werden auf der flexiblen Trägerplatte 35 an den dafür vorgesehenen Stellen durch eine Abgabestation 74 für Klebstoff aufgebracht. Die Abgabestation 74 weist eine Spritze auf, die so gesteuert wird, dass sie einen "punktförmigen Tropfen" eines schnell aushärtenden Epoxyharzes gesteuert abgibt, der ausreicht, einen Leuchtkörper 40 an einer Stelle der Lampe abzustützen, an der sich der leitende Fortsatz 41a nicht befindet.
Die Leuchtkörper 40 werden auf den Trägerplatten 35 durch "Aufnehmen und Platzieren" mit Hilfe einer numerisch gesteuerten Aufsetzstation 75 für Leuchtkörper platziert, wobei die Station einen Roboterarm 76 aufweist. Eine große Vielzahl von Leuchtkörpern 40 mit unterschiedlichen Größen, Farben und Intensitäten werden auf Montageschalen oder von Spulen flexibler elektrolumineszenter Leuchtkörper bereitgestellt. Es ist eine Liste von Instruktionen entsprechend der Anzahl, des Typs und der Positionen der Leuchtkörper 40, die mit der flexiblen Trägerplatte 35 verbunden werden sollen, in der Montagelinie 70 hinterlegt, so dass der Roboterarm 76 entsprechend instruiert wird und die Leuchtkörper 40 auf der flexiblen Trägerplatte 35 auswählt und sauber positioniert.
Schließlich werden die so vervollständigten modularen Leuchtkörpereinheiten zu einer Entladestation 79 transportiert, wo sie gereinigt, inspiziert, getestet und für den Vertrieb verpackt werden.
Weitere Ausführungsformen halten sich innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche. Beispielsweise zeigt 8 den Innenraum eines Automobils, welches ein Armaturenbrett 80 mit einer Instrumententafel 82 mit einer Armaturentafel 88 und Messinstrumenten 84–87 trägt. Die Instrumententafel 82 besitzt eine konkave Gestalt entsprechend dem gebogen ausgebildeten Armaturenbrett eines gestalteten Automobilcockpits. Die Messinstrumente 84– 87 bestehen beispielsweise aus einem Geschwindigkeitsmesser, einem Tachometer, einem Temperatursensor und einem Treibstoffanzeiger. Das Armaturenbrett 88 besitzt aufgedruckte Informationen von Warnhinweisen 89–94, die sich auf einen Sitzgurt, eine offene Tür, einen offenen Kofferraumdeckel, auf Scheinwerfer und auf die Funktion der Lichtmaschine beziehen können.
9 zeigt eine vorgeformte flexible Moduleinheit mit vielen Leuchtkörpern, die wie oben beschrieben, an einer Instrumententafel 82 und hinter Messinstrumenten 84–87 an einem Armaturenbrett 88 vorgesehen sind. Ein flexibler Schaltkreis 95 des Moduls ist dargestellt, der elektrolumineszente Leuchtkörper 84a–87a und 89a–94a aufweist, die über Leiterbahnen 96 auf der Platte an eine elektrische Spannungsquelle (nicht dargestellt) angeschlossen sind. Die elektrolumineszenten Leuchtkörper 84a–87a und 89a–94a besitzen Größen und Gestalt, entsprechend den zugeordneten Messinstrumenten 84–87 und entsprechend den beleuchteten Anzeigen 89–94. Die elektrolumineszenten Leuchtkörper 84a–87a und 89a–94a können in Gruppen oder, wenn es gewünscht wird, auch einzeln angesprochen werden. So ist beispielsweise der elektrolumineszente Leuchtkörper 92a unabhängig ansprechbar und mit einem Schalter (nicht dargestellt) verbunden, um den Leuchtkörper an eine Spannungsquelle anzuschließen, wenn ein besonderer Fehler (beispielsweise ein nicht angelegter Gurt) detektiert wird. Der flexible Modul mit der Mehrzahl Leuchtkörper kann deformiert oder so weit gebogen werden, dass die Bereiche kleine Krümmungsradien besitzen. In diesen Bereichen kann ein flexibler Schaltkreis 95 und angebrachte Leuchtkörper 84a, 87a Spannungsanzeiger 97 aufweisen, um eine Biegebeanspruchung 40 der Leuchtkörper 84a, 87a und des flexiblen Schaltkreises 95 zu reduzieren.
Bei einer anderen Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, kann die flexible Moduleinheit mit der Vielzahl Leuchtkörper, wie sie in 9 gezeigt ist, als ein Trägersubstrat eine relativ dicke selbsttragende Platte aus thermoplastischem Kunststoff aufweisen, die nach ihrer Herstellung in flachem Zustand durch Anwendung von Druck und Wärme mit den installierten Leuchtkörpern in die gewünschte Form gebracht wird.
Bei Anordnung von Leuchtkörpern an Steuertafeln, wie beispielsweise einem Armaturenbrett 82, wie es in Verbindung mit 9 beschrieben wurde, ist die Herstellung einer flexiblen Platte höchst wünschenswert, weil sie kostengünstiger als die Ausbildung fester Körper ist.
Dies ist selbst dann der Fall, wenn flexible Elemente mit festen Elementen verbunden werden.
Für gewisse Anwendungsfälle besitzen flexible elektrolumineszente Leuchtkörper eine ungenügende Helligkeit, um eine große Lichtintensität in speziellen Bereichen herbeizuführen (beispielsweise Warnlichter in einer Steuerplatte). Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Leuchtkörper durch Anwendung anderer Technologien auf einer flexiblen Platte zur Erfüllung der Beleuchtungserfordernisse bei speziellen Anwendungen einzusetzen. Auch sollen auf dem Substrat flexible elektrolumineszente Leuchtkörper für die Rückwärtsbeleuchtung oder andere Zwecke erzielt werden.
Wie in 9 dargestellt, können beispielsweise elektrolumineszente Leuchtkörper 89a–94a, zugeordnet zu Warnanzeigen 89–94 in Form fester Lampen vorgesehen sein, um unterschiedliche Beleuchtungscharakteristika als flexible elektrolumineszente Leuchtkörper darzustellen. Der Ersatz fester Leuchtkörper für flexible lumineszente Leuchtkörper wird nachfolgend in Verbindung mit der Ausführungsform diskutiert, wie sie in den 11A bis 11C dargestellt ist. Feste elektrolumineszente Leuchtkörper stellen, obwohl sie keine flexiblen Eigenschaften haben, eine erhöhte Beleuchtungsintensität im Vergleich zu ihren flexiblen Gegenstücken dar. Feste elektrolumineszente Leuchtkörper, die unter Nutzung der gleichen Oberflächentechnik, wie oben beschrieben, auf Platten angeordnet werden können, können leicht durch flexible Leuchtkörper 89a–94a in Verbindung mit einer Instrumententafel 82 eingesetzt werden.
In den 10 und 10A ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Feste Leuchtkörper können in Form von Leuchtdioden (LED) 98a–98d eingesetzt werden. Leuchtkörper in Diodenform besitzen den Vorteil, dass sie eine erhöhte Beleuchtungsintensität im Vergleich zu flexiblen elektrolumineszenten Lampen besitzen, wenngleich über eine kleinere Fläche. Darüber hinaus besitzen Leuchtdioden den Vorteil des roten Lichts (neben anderen Farben), welches oft gewünscht wird, insbesondere für Warnhinweise (z. B. ein Wendesignal, ein Sitzgurt oder den Öldruck). Es ist generell schwierig, die Lichtfarbe rot mit elektrolumineszenten Leuchtkörpern bereitzustellen.
In ähnlicher Weise, bei einer anderen Ausführungsform, können feste Leuchtkörper in Form von Glühlampen vorgesehen sein, die auch eine helle Erleuchtung erbringen, insbesondere für "weißes Licht", auf einer lokalisierten kleinen Fläche. Für verschiedene Anwendungen können kolorierte Linsen, Filter oder Diffusoren 103 (11A) eingesetzt werden, und zwar in Verbindung mit Glühlampen, um eine große Vielzahl unterschiedlicher Farben in Verbindung mit angehobener Intensität bereitzustellen.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen feste Leuchtkörper vom Leuchtdiodentyp oder Glühlampentyp vorliegen, kann die Trägerplatte Löcher aufweisen, um die Leuchtkörper durch Crimpen in Kontakt mit den betreffenden Leiterbahnen 96 zu bringen. Alternativ ist es möglich, wie in 10A dargestellt, Sockel 101 zur Aufnahme von Leuchtkörpern 89–94 vorzusehen, die in den Durchbrechungen positioniert werden können, um die Verbindung zu Leiterbahnen 99 herzustellen.
Wie in den 11A bis 11C dargestellt, werden elektrolumineszente Leuchtkörper 100 dazu benutzt, um ein Zeichen 99 zu beleuchten. Ein Substrat 102 aus Polykarbonat mit einer Dicke von ungefähr 0,51 mm trägt eine Beschriftung 104 auf einer Frontoberfläche 106 mit teilweise transparenten Flächen 103 in Form von Buchstaben, beispielsweise das Wort "exit". Auf einer gegenüberliegenden hinteren Fläche 108 des Substrats 102 sind Leiterbahnen 110 angeordnet, um Spannung an Leuchtkörper 100 zu bringen, die entlang des äußeren Umfangs des Substrats 102 mit Verbindungsbahnen für die Lampen 100 angeordnet sind. Die Lampen 100 sind hier so hergestellt, wie dies anhand des Verfahrens in Verbindung mit 2 beschrieben wurde. Weil jedoch die Leuchtkörper 100 in dem Zeichen 99 nicht flexibel sein müssen, können auch feste Leuchtkörper alternativ angewendet werden, die durch bekannte Montagetechniken, wie oben beschrieben, befestigt werden. Im Unterschied zu den Ausführungsformen, wie sie in Verbindung mit 1 beschrieben sind, können die Leuchtseiten 113 der Leuchtkörper 100 gegenüber der hinteren Fläche 108 (Druckfarbenseite) des Substrates 102 angeordnet werden und an dem Substrat 102 mit Hilfe eines dünnen transparenten Klebers 115 (11C) verankert sein, so dass das ausgesandte Licht durch die transparenten Bereiche 103 hindurchscheint. In den 11B und 11C ist dargestellt, wie flexible Brücken 114 aus Polyester mit Leiterbahnen 116 aus Silber auf der Oberfläche eingesetzt werden, um die hinteren Elektroden der unbeleuchteten Seiten 118 der Leuchtkörper 100 mit den Bahnen 112 des Substrates 102 zu verbinden. Die Verbindung zwischen den Leuchtkörpern 100 und den Leiterbahnen 110 kann unter Benutzung irgendeiner der oben beschriebenen Montageweisen erreicht werden.

Claims

Eine elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung mit folgenden Merkmalen einem Substrat mit einer relativ großen Aufnahmefläche für Leuchtkörper, das ein Feld Leiterbahnen auf der Aufnahmefläche aufweist; und eine Mehrzahl relativ kleiner Leuchtkörper, die mit Abstand zueinander entsprechend einem gewählten Beleuchtungsmuster auf und an der Aufnahmefläche angeordnet sind, wobei die Mehrzahl der kleinen Leuchtkörper einen mechanisch flexiblen, in mehreren Schichten aufgebauten elektrolumineszenten Leuchtkörper besitzt, der ein Paar blattförmige leitende Schichten aufweist, von denen eine transparent ist; eine blattförmige Schicht elektrolumineszente Partikel aufweist und diese Schicht zwischen dem Paar blattförmiger leitender Schichten angeordnet ist; Leiter aufweisen, die in Kontakt zu den Leiterbahnen auf dem Substrat treten; die elektrolumineszenten Leuchtkörper flächig zu dem Substrat angeordnet sind, so dass die Leiter zu ausgewählten Leiterbahnen auf der Aufnahmefläche für Leuchtkörper in Kontakt treten; und ein fester Leuchtkörper.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vielschichtige, blattförmige elektrolumineszente Leuchtkörper ein erstes lichtaussendendes Charakteristikum aufweist, das verschieden von einem zweiten lichtaussendenden Charakteristikum eines anderen der mehreren relativ kleinen Leuchtkörper ist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtaussendende Charakteristikum sich in der Farbe von dem zweiten lichtaussendenden Charakteristikum unterscheidet.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtaussendende Charakteristikum sich in der Intensität von dem zweiten lichtaussendenden Charakteristikum unterscheidet.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Leuchtkörper ein vielschichtiger, blattförmiger elektrolumineszenter Leuchtkörper ist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Leuchtkörper eine kleinere Fläche besitzt als der vielschichtige, blattförmige elektrolumineszente Leuchtkörper.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Leuchtkörper mit seiner Fläche an dem Substrat anliegend angeordnet ist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Leuchtkörper mit seiner Fläche an dem vielschichtigen, blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörper anliegend angeordnet ist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Haltestruktur für die Befestigung des vielschichtigen, blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörpers an der Aufnahmefläche des Substrates für Leuchtkörper aufweist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur von einem mechanisch verformten Bereich des Substrates gebildet ist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine thermische Verbindung aufweist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verbindung aus einer Ultraschallschweißung besteht.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur ein mechanisches Befestigungsmittel umfasst.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur ein lokales Klebstoffdepot an einem Kontaktbereich zwischen Leitern des vielschichtigen blattförmigen elektrolumineszenten Leuchtkörpers und ausgewählten Leiterbahnen in der Aufnahmefläche des Substrates für Leuchtkörper aufweist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat flexibel ausgebildet ist.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine zweite Aufnahmefläche für Leuchtkörper mit mehreren zweiten Leiterbahnen und mehreren relativ kleinen Leuchtkörpern aufweist, die elektrisch leitend mit mehreren Leiterbahnen verbunden sind.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat einen transparenten Bereich aufweist, durch den Licht der zweiten relativ kleinen Leuchtkörper auf die zuerst erwähnte Aufnahmefläche für Leuchtkörper fällt.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen absorbierenden Filter für Licht aufweist, der sich über den transparenten Bereich erstreckt.
Die elektrolumineszente Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Leuchtkörper Leiter aufweist, die zum Kontakt mit den Leiterbahnen bestimmt sind, dass der feste Leuchtkörper flächig an dem Substrat so anliegend angeordnet ist, dass seine Leiter die ausgewählten Leiterbahnen auf der Aufnahmefläche für Leuchtkörper kontaktieren.