[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfmdung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolumineszenz-Elements,
umfassend mindestens ein Substrat und mindestens eine Elektrolumineszenz-Anordnung.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfmdung die durch dieses Verfahren erhältlichen
Elektrolumineszenz-Elemente sowie deren Verwendung.
[0002] Unter Elektrolumineszenz (im Folgenden auch als "EL" abgekürzt) versteht man die
direkte Lumineszenzanregung von Leuchtpigmenten (auch Leuchtsubtanzen, Leuchtphosphore
oder Luminophore genannt) durch ein elektrisches Wechselfeld.
[0003] Unter EL-Elementen werden im Sinne der vorliegenden Erfmdung Dickfilm-AC-EL-Elemente
verstanden. Diese werden im Allgemeinen mit einer Wechselspannung von größer 100 Volt-Spitze-Spitze,
bevorzugt größer 100 Volt-Spitze-Spitze bis 140 Volt-Spitze-Spitze, bei mehreren 100
Hz bis in den kHz-Bereich (1000 Hz), bevorzugt 250 Hz bis 800 Hz, besonders bevorzugt
250 Hz bis 500 Hz, ganz besonders bevorzugt bei 400 Hertz betrieben und emittieren
derart ein so genanntes kaltes Licht von einigen cd/m
2 bis zu einigen 100 cd/m
2 oder mehr. Grundsätzlich ist der Betrieb derartiger EL-Elemente mit einer Wechselspannung
mit harmonischer Kurvenform zu bevorzugen. Es sollten transiente Spannungsimpulse
vermieden werden.
[0004] Ein Vorteil dieser Dickfilin-AC-EL-Elemente ist, dass die Lichtemission durch die
mindestens eine durch ein elektrisches Feld anregbare Leuchtpigmente enthaltende Schicht
praktisch ohne ohmsche Verlustleistung gegeben ist. Die elektrische Leitfähigkeit
der nötigen Elektroden sollte dazu möglichst gleichmäßig sein, es tritt jedoch keine
besondere Strombelastung auf. Bevorzugt werden allerdings gut leitende Busbars eingesetzt,
um Spannungsabfälle zu reduzieren.
[0005] Im Allgemeinen erfolgt der Betrieb der erfindungsgemäßen EL-Elemente bei einer Helligkeit
von 1 cd/m
2 bis 500 cd/m
2, bevorzugt 2 cd/m
2 bis 100 cd/m
2, besonders bevorzugt 4 bis 50 cd/m
2.
[0006] Diese sogenannten Dickfilm-AC-EL-Elemente sind seit Destriau 1947 gut bekannt und
werden meist mittels Rakelverfahren, insbesondere Siebdrucken, auf ITO-PET Folien
appliziert. In diesen Elementen werden zumeist zinksulfidische Elektroluminophore
verwendet.
[0007] Die Elektrolumineszenz-Technologie 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 äußerst gering,
insbesondere in der Größenordnung eines Millimeters und darunter. Zu den typischen
Anwendungen gehört neben der Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristall-Displays auch
die Hinterleuchtung von transparenten Filmen, welche mit Beschriftungen und/oder Bildmotiven
versehen sind. Somit sind transparente EL-Elemente, wie beispielsweise EL-Leuchtplatten
auf der Basis von Glas oder transparentem Kunststoff, die beispielsweise als Informationsträger,
Werbetransparente oder zu dekorativen Zwecken dienen können, aus dem Stand der Technik
bekannt.
[0008] Wie bereits erwähnt werden EL-Elemente häufig durch Rakelverfahren erzeugt, insbesondere
durch Siebdruck. Hierzu wird ein Substrat zuerst mit einer transparenten Elektrode
beschichtet; im Allgemeinen erfolgt dies durch Sputtern oder durch Aufrakeln von leitfähigen
Pasten zu einer leitfähigen Schicht. Auf diese transparente Elektrode wird dann eine
Leuchtschicht (EL-Schicht) aufgetragen, vorzugsweise wiederum durch ein Rakelverfahren,
insbesondere durch Siebdruck. Abschließend werden dann häufig eine Isolationsschicht
(dielektrische Schicht) und eine weitere Elektrode auf der Leuchtschicht angeordnet.
[0009] Ausgangspunkt von EL-Anordungen sind somit leitfähige Elektrodenschichten, die auf
Substrate aufgebracht sind.
[0010] Die Herstellung von mit leitfähigen Elektrodenbeschichtungen versehenen Substraten,
kann sich dann als schwierig herausstellen, wenn die Substrate nur schwer durch Sputtern
oder ein Rakelverfahren mit entsprechenden elektrisch leitfähigen Beschichtungen versehen
werden können, weil sie beispielsweise dreidimensional mit einer unebenen Oberfläche
ausgebildet sind oder aber der räumliche Zugang von entsprechenden Vorrichtungen an
die Oberfläche des Substrats, wie beispielsweise die innere Oberfläche eines Hohlkörpers
(beispielsweise einer Flasche), nicht gegeben ist.
[0011] Daher besteht Bedarf nach einem Verfahren zur Herstellung von EL-Anordnungen auf
Substraten, mit welchem es möglich ist, Oberflächen von Substraten mit EL-Anordnungen
zu versehen, die kaum oder nur unter besonderem Aufwand insbesondere mittels Sputtern
oder ein Rakelverfahren zugänglich sind.
[0012] Darüber hinaus besteht Bedarf nach einem einfach durchzuführenden Verfahren zur Herstellung
von EL-Elementen, mit welchem es möglich ist, die Oberfläche eines größeren Substrats
mit mehreren beispielsweise nebeneinander angeordneten EL-Anordnungen zu versehen,
die gegebenenfalls getrennt angesteuert werden können und in ihrer Gesamtheit dann
ein optisch ansprechendes und variierendes EL-Bild ergeben.
[0013] Weiterer Bedarf besteht darüber hinaus nach einem Verfahren, mit welchem zwei- und
insbesondere dreidimensionale Gegenstände, die sich bereits im Gebrauch befinden und
beispielsweise aufgrund ihrer Größe nicht einfach in einer Industrieanlage gesputtert
oder mit einem Rakelverfahren beschichtet werden können, auf einfache Weise mit EL-Elementen
versehen werden können.
[0014] Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von EL-Elementen
erfüllen diese Anforderungen - wenn überhaupt - nur eingeschränkt.
[0015] So betrifft beispielsweise die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2006 057 653 A ein Folienelement, welches dreidimensional verformbar ist. Damit dieses Folienelement
dreidimensional verformbar ist, muss das Element einen bestimmten Schichtaufbau aufweisen.
Wesentlich für die Verformung ist, dass das Folienelement eine Metallschicht aufweist,
welche auf jeder Seite von einer kalt reckbaren Folie umgeben ist. Die Verformung
des Folienelements kann dann durch isostatische Hochdruckverformung erfolgen. Dabei
ist in der
DE 10 2006 057 653 A erwähnt, dass die Elektrode des EL-Elementes durch Sputtern oder aber durch Siebdruck
aufgebracht werden kann.
[0016] US 2003/0085383 A betrifft eine photohärtbare lumineszierende duroplastische Polyestermischung und
deren Verwendung als Gel zur Sprühapplikation. Die Zusammensetzung enthält einen duroplastischen
Polyester, einen "suspending" Füllstoff und ein elektrolumineszierendes Pigment. Das
resultierende EL-Element wird dabei so aufgebaut, dass zunächst auf einem leitenden
Substrat eine Schicht eines phosphoreszierenden Pigmentes in einem Bindemittel aufgebracht
wird. Damit geht die
US 2003/0085383 A unmittelbar von einem bereits elektrisch leitenden Substrat aus. Die Schichten, die
gemäß
US 2003/0085383 A auf dieses elektrisch leitende Substrat aufgebracht werden, können unter anderem
mittels Sprühapplikation appliziert werden.
[0017] WO 03/061350 A1 beschreibt ein EL-Element für ein Fahrzeug. Dabei wird der klassische Aufbau eines
EL-Elementes aus einem leitfähigen Substrat, einer dielektrischen Schicht, die ein
dielektrisches Additiv und EL-Pigmente enthält, sowie einer leitfähigen, darauf vorgesehenen
Beschichtung ausgewählt. Das Substrat wird ebenfalls als leitendes Substrat zur Verfügung
gestellt. Die Beschichtungen können aufgesprüht werden.
[0018] WO 03/061351 A1 betrifft ein EL-Element, welches durch elektrische Induktion unter Verwendung von
Induktionsschleifen betrieben wird. Das EL-Element weist eine Mittelschicht auf, wodurch
die Elektrolumineszenz an einigen Stellen maskiert werden kann. Hierdurch lassen sich
besondere graphische Effekte erzeugen. Die Applikation der EL-Schicht erfolgt durch
Sprühen.
[0019] In der
DE 103 19 396 A1 wird eine Beleuchtungseinrichtung mit einer EL-Schicht zur Beleuchtung von Außenkonturen
eines Kraftfahrzeuges oder von Teilen eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Kraftfahrzeug
weist eine mit einer Lackschicht versehene Karosserie auf. Die EL-Schicht zwischen
zumindest einem Teil der Karosserie und der Lackschicht wird durch Aufspritzen, Sputtern,
Aufstreichen oder Siebdruck aufgebracht.
[0020] Diesen Veröffentlichungen zum Stand der Technik ist gemeinsam, dass als Ausgangsmaterial
für die EL-Elemente Substrate verwendet werden, welche bereits eine leitfähige Beschichtung
aufweisen. Substrate, welche per se keine leitfähige Beschichtung aufweisen, wie beispielsweise
Wände oder Glasmaterialien, können mit diesen Verfahren des Standes der Technik nicht
unmittelbar mit EL-Anordnungen versehen werden, sondern müssen zunächst mit einer
elektrisch leitfähigen Schicht versehen werden.
[0021] Darüber hinaus eignet sich keines dieser Verfahren zur Herstellung von EL-Anordnungen,
bei welchen nur räumlich schwer zugängliche Oberflächen von dreidimensionalen Gegenständen,
wie beispielsweise die innere Oberfläche eines Hohlkörpers, mit einer EL-Anordnung
versehen werden soll.
[0022] Des Weiteren fehlt es im Stand der Technik insbesondere an sprühbaren Formulierungen
für Elektroden, die zumindest teilweise transparent und für EL-Anordnungen geeignet
sind.
[0023] Aufgabe der vorliegenden Erfmdung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu
überwinden.
[0024] Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
von EL-Elementen zur Verfügung zu stellen, das sich dazu eignet, die EL-Anordnungen
auf Substrate aufzubringen, welche per se nicht elektrisch leitend ausgebildet sind
und darüber hinaus aufgrund ihrer räumlichen Ausgestaltung auch nicht einfach mit
einer EL-Anordnung versehen werden können.
[0025] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfmdung ist es, sprühbare Formulierungen für
die Elektroden, die Elektrolumineszensschicht, und die Isolationsschicht(en) einer
EL-Anordnung bereitzustellen.
[0026] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe überraschenderweise durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
[0027] Gegenstand der vorliegenden Erfmdung ist daher:
- 1. Verfahren zur Herstellung eines EL-Elementes (1), umfassend mindestens ein Substrat
(8), Komponente A, und mindestens eine EL-Anordnung (2), durch Aufsprühen der Schichten
der EL-Anordnung (2), umfassend folgende Schritte:
- a) Aufsprühen der ersten Elektrode (9), auf das Substrat (8) oder auf eine oder mehrere
auf das Substrat (8) aufgebrachte Isolationsschicht(en),
- b) Aufsprühen der EL-Schicht (11),
- c) Aufsprühen der zweiten Elektrode (12).
- 2. EL-Element (1) mit einer Ebenheitstoleranz von 1 mm bis 50 mm pro Meter und/oder
einem Innenradius von 500 mm bis 20 mm, und/oder einen Außenradius von 5 mm bis 500
mm hat.
- 3. Suspension zur Herstellung der Elektroden (9;12) für ein EL-Element (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension 0,025 bis 0,9 Gew.-%, 0,05 bis 0,7 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,075
bis 0,6 Gew.-% Poly-(3,4-ethylendioxythiophen) enthält.
- 4. Suspension zur Herstellung einer Elektrolumineszensschicht (11) für ein EL-Element
(1) dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension enthält:
30 bis 90 Gew.-%, bevorzugt von 35 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 70 Gew.-%
ZnS-Kristalle,
10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% Bindemittel, ausgewählt aus Ein- und
Zweikomponentenpolyurethanen,
1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Lösemittel
ausgewählt aus Ethoxypropylacetat, Ethylacetat, Butylacetat, Methoxypropylacetat,
Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Toluol, Xylol, Solventnaphtha
100 oder beliebige Mischungen von zwei oder mehreren dieser Lösemittel,
0,1 bis 2 Gew.-% Verlaufsmittel, und
0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%
Rheologieadditive.
- 5. Suspension zur Herstellung einer Isolationsschicht (10) für ein EL-Element (1)
dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension enthält:
5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70
Gew.-% Isolationsmaterial ausgewählt aus SrTiO3, KNbO3, PbTiO3, LaTaO3, LiNbO3, GeTe, Mg2TiO4, Bi2(TiO3)3, NiTiO3, CaTiO3, ZnTiO3, Zn2TiO4, BaSnO3, Bi(SnO3)3, CaSnO3, PbSnO3, MgSnO3, SrSnO3, ZnSnO3, BaZrO3, CaZrO3, PbZrO3, MgZrO3, SrZrO3, ZnZrO3. oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Stoffe, bevorzugt ausgewählt aus BaTiO3 oder PbZrO3 oder Mischungen daraus,
10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% Bindemittel, ausgewählt aus Ein- und
Zweikomponentenpolyurethanen,
1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Lösemittel
ausgewählt aus Ethylacetat, Butylacetat, 1-Methoxypropylacetat-2, Toluol, Xylol, Solvesso
100, Shellsol A oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösemittel,
0,1 bis 2 Gew.-% Verlaufsmittel, und
0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%
Rheologieadditive.
- 6. Suspension zur Herstellung einer Isolationsschicht (10) für ein EL-Element (1)
dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension enthält:
5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70
Gew.-% Isolationsmaterial ausgewählt aus SrTiO3, KNbO3, PbTiO3, LaTaO3, LiNbO3, GeTe, Mg2TiO4, Bi2(TiO3)3, NiTiO3, CaTiO3, ZnTiO3, Zn2TiO4, BaSnO3, Bi(SnO3)3, CaSnO3, PbSnO3, MgSnO3, SrSnO3, ZnSnO3, BaZrO3, CaZrO3, PbZrO3, MgZrO3, SrZrO3, ZnZrO3. oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Stoffe, bevorzugt ausgewählt aus BaTiO3 oder PbZrO3 oder Mischungen daraus,
10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% Bindemittel, ausgewählt aus Ein- und
Zweikomponentenpolyurethanen,
1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Lösemittel
ausgewählt aus Ethylacetat, Butylacetat, 1-Methoxypropylacetat-2, Toluol, Xylol, Solvesso
100, Shellsol A oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösemittel,
0,1 bis 2 Gew.-% Verlaufsmittel, und
0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%
Rheologieadditive.
[0028] Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines EL-Elements,
umfassend zumindest eine EL-Anordnung, umfassend eine erste elektrisch leitfähige
Elektrode, gegebenenfalls, jedoch nicht zwingend, eine oder mehrere Reflexionsschicht(en),
gegebenenfalls, jedoch nicht zwingend, eine oder mehrere dielektrische Schicht(en),
mindestens eine EL-Schicht und eine zweite elektrisch leitfähige Elektrode, und ein
Substrat, wobei die EL-Anordnung auf dem Substrat aufgebracht ist.
[0029] Das EL-Element kann derart gestaltet sein, dass die Seite des Substrats, die mit
der EL-Anordnung versehen ist, leuchtet, oder dass ein zumindest teilweise transparentes
Substrat von einer rückwärtig aufgebrachten EL-Anordnung durchleuchtet wird, wie beispielsweise
bei Glashohlkörpern verfahren werden könnte. Weiterhin kann das Leuchten auch zu beiden
Seiten abstrahlen, falls das Substrat zumindest teilweise transparent ist.
[0030] In einer ersten erfindungsgemäß besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfmdung besteht das EL-Element aus folgenden Schichten (herkömmlicher Aufbau):
- a) einem zumindest teilweise transparenten Substrat, Komponente A,
- b) mindestens einer auf das Substrat aufgebrachten EL-Anordnung, Komponente B, enthaltend
die folgenden Komponenten:
ba) eine zumindest teilweise transparente Elektrode, Komponente BA, als Frontelektrode,
bb) gegebenenfalls eine Isolationsschicht, Komponente BB,
bc) eine Schicht, enthaltend mindestens ein durch ein elektrisches Feld anregbares
Leuchtpigment (Elektroluminophor), EL-Schicht oder Pigmentschicht genannt, Komponente
BC,
bd) gegebenenfalls eine Isolationsschicht, Komponente BD,
be) eine Rückelektrode, Komponente BE, die zumindest teilweise transparent sein kann,
bf) eine oder mehrere Leiterbahn(en), Komponente BF, zur elektrischen Kontaktierung
von sowohl Komponente BA als auch von Komponente BE, wobei die Leiterbahn(en) vor,
nach oder zwischen den Elektroden BA und BE aufgebracht werden kann bzw. können, wobei
vorzugsweise die Leiterbahn(en) in einem Arbeitsschritt aufgebracht wird bzw. werden.
Die Leiterbahn(en) kann bzw. können in Form eines Busbars, vorzugsweise hergestellt
aus einer Silberpaste, aufgebracht sein. Eventuell kann vor dem Aufbringen des Busbars
noch eine Graphitschicht aufgebracht werden,
- c) einer Schutzschicht, Komponente CA und/oder einer Schutzfolie, Komponente CB,
[0031] Die Isolationsschichten BB und BD können undurchsichtig, opak oder transparent sein,
wobei mindestens eine der Schichten zumindest teilweise transparent sein muss, wenn
zwei Isolationsschichten vorhanden sind
[0032] Außen auf dem Substrat A und/oder zwischen Substrat A und der EL-Anordnung können
außerdem ein oder mehrere zumindest teilweise transparente grafisch gestaltete Schichten
angeordnet sein.
[0033] Neben den genannten Schichten (Komponenten A, B und C) kann das erfmdungsgemäße EL-Element
(herkömmlicher Aufbau) eine oder mehreren Reflexionsschicht(en) aufweisen. Die Reflexionsschicht(en)
kann bzw. können insbesondere angeordnet sein:
- außen auf Komponente A,
- zwischen Komponente A und Komponente BA,
- zwischen Komponente BA und Komponente BB bzw. BC, wenn Komponente BB fehlt,
- zwischen Komponente BD und Komponente BE,
- zwischen Komponente BE und Komponente BF,
- zwischen Komponente BF und Komponente CA bzw. CB,
- außen auf Komponente CA bzw. CB.
[0034] Bevorzugt ist die Reflexionsschichtschicht, soweit vorhanden, angeordnet zwischen
Komponente BC und Komponente BD bzw. BE, wenn Komponente BD fehlt.
[0035] Die Reflexionsschicht umfasst vorzugsweise Glaskügelchen, insbesondere Hohlglaskügelchen.
Der Durchmesser der Glaskügelchen kann in weiten Grenzen verändert werden. So können
sie eine Größe d
50 von im Allgemeinen 5 µm bis 3 mm, vorzugsweise 10 bis 200 µm, besonders bevorzugt
20 bis 100 µm, aufweisen. Die Hohlglaskügelchen sind dabei vorzugsweise in ein Bindemittel
eingebettet.
[0036] In einer alternativen Ausfühnmgsform der vorliegenden Erfindung besteht das EL-Element
aus folgenden Schichten (inverser Schichtaufbau):
- a) einem zumindest teilweise transparenten Substrat, Komponente A,
- b) mindestens einer auf dem Substrat aufgebrachten EL-Anordnung, Komponente B, enthaltend
die folgenden Komponenten
be) eine Rückelektrode, Komponente BE, die zumindest teilweise transparent sein kann,
bb) gegebenenfalls eine Isolationsschicht, Komponente BB,
bc) eine Schicht, enthaltend mindestens ein durch ein elektrisches Feld anregbares
Leuchtpigment (Elektroluminophor), EL-Schicht oder Pigmentschicht genannt, Komponente
BC,
bd) gegebenenfalls eine Isolationsschicht, Komponente BD,
ba) eine zumindest teilweise transparente Elektrode, Komponente BA, als Frontelektrode,
bf) eine oder mehrere Leiterbahn(en), Komponente BF, zur elektrischen Kontaktierung
von sowohl Komponente BA als auch von Komponente BE, wobei die Leiterbahn(en) vor,
nach oder zwischen den Elektroden BA und BE aufgebracht werden kann bzw. können, wobei
vorzugsweise die Leiterbahn(en) in einem Arbeitsschritt aufgebracht wird bzw. werden.
Die Leiterbahn(en) kann bzw. können in Form eines Busbars, vorzugsweise hergestellt
aus einer Silberpaste, aufgebracht sein. Eventuell kann vor dem Aufbringen des Busbars
noch eine Graphitschicht aufgebracht werden,
- c) einer zumindest teilweise transparenten Schutzschicht, Komponente CA und/oder einer
Schutzfolie, Komponente CB.
[0037] Auf der transparenten Schutzschicht C und/oder zwischen der transparenten Schutzschicht
C und der EL-Anordnung können außerdem ein oder mehrere zumindest teilweise transparente
grafisch gestaltete Schichten angeordnet sein. Insbesondere können die grafisch gestalteten
Schichten die Funktion der Schutzschicht übernehmen.
[0038] In einer besonderen Ausfiihrungsform des inversen Schichtaufbaus können die oben
erwähnten Aufbauten B, C sowohl auf der Vorderseite des Substrates, Komponente A,
als auch auf der Rückseite, als auch auf beiden Seiten des Substrates angebracht sein
(zweiseitiger Aufbau). Die Schichten BA bis BF auf beiden Seiten können dabei identisch
sein, sie können sich aber in einer oder mehreren Schichten unterscheiden, so dass
beispielsweise das EL-Element auf beiden Seiten gleichwertig strahlt oder das EL-Element
auf jeder Seite eine andere Farbe und/oder eine andere Helligkeit und/oder eine andere
grafische Gestaltung aufweist.
[0039] Neben den genannten Schichten (Komponenten A, B und C) kann das erfmdungsgemäße EL-Element
mit inversem Schichtaufbau eine oder mehreren Reflexionsschicht(en) aufweisen. Die
Reflexionsschicht(en) kann bzw. können insbesondere angeordnet sein:
- außen auf Komponente A,
- zwischen Komponente A und Komponente BE,
- zwischen Komponente BE und Komponente BB,
- zwischen Komponente BB und Komponente BC,
- zwischen Komponente BC und Komponente BD,
- zwischen Komponente BD und Komponente BA,
- zwischen Komponente BA und Komponente BF,
- zwischen Komponente BF und Komponente CA bzw. CB,
- auf Komponente CA bzw. CB.
[0040] Bevorzugt ist die Reflexionsschichtschicht, soweit vorhanden, angeordnet zwischen
Komponente BC und Komponente BB bzw. BE, wenn Komponente BB fehlt.
[0041] Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass die für den herkömmlichen Aufbau genannten
besondere Ausführungsformen und Merkmale, soweit nicht anders bestimmt, für den inversen
Schichtaufbau und den zweiseitigen Aufbau entsprechend gelten.
[0042] Die eine oder mehreren Isolationsschicht(en) BB und/oder BD sowohl beim herkömmlichen
Aufbau als auch beim inversen Aufbau kann bzw. können insbesondere dann entfallen,
wenn die Komponente BC eine Schichtdicke aufweist, die einen Kurzschluss zwischen
den beiden Elektroden Komponenten BA und BE verhindert.
[0043] Jedoch kann das Substrat, insbesondere wenn es sich um ein elektrisch leitfähiges
Substrat handelt, vor dem Aufbringen der EL-Anordnung, d.h. in der Regel vor dem Aufbringen
der ersten Elektrode, mit einer oder mehreren zusätzlichen Isolationsschicht(en) AA
versehen werden.
[0044] Erfmdungsgemäß ist vorzugsweise vorgesehen, alle genannten Komponenten der EL-Anordnung
Schichten (BA bis BF) sowie die zusätzlichen Isolationsschicht AA und die Schutzschicht
CA sowohl beim herkömmlichen als auch beim inversen Aufbau einschließlich des zweiseitigen
Aufbaus durch Sprühapplikation auf das Substrat A aufzubringen; eine gegebenenfalls
nötige Komponente CB müsste nachträglich aufgeklebt oder auflaminiert werden. Die
Leiterbahn oder die Leiterbahnen können ebenfalls mittels Sprühapplikation aufgebracht
werden, jedoch können sie auch mit anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren,
beispielsweise mittels Siebdruck, durch Aufrollen oder Aufpinseln aufgebracht werden.
Auch ist es möglich, die Leiterbahn oder die Leiterbahnen nachträglich, beispielsweise
in Form von Metallstreifen, aufzubringen, beispielsweise aufzukleben. Die gegebenenfalls
vorhandene Graphitschicht kann auf die gleiche Weise aufgebracht werden wie die Leiterbahnen.
[0045] Die Reihenfolge, in der die Schichten aufgesprüht werden, entspricht vorzugsweise
der Folge der Schichten in der EL-Anordnung.
[0046] Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, bestehende Substrate, welche
keine elektrisch leitfähige Oberfläche besitzen, einfach mit einer EL-Anordnung zu
versehen. Eine Behandlung der Oberfläche des Substrates zur Auftragung der ersten
elektrisch leitenden Beschichtung (erste Elektrode; Komponente BA beim herkömmlichen
Aufbau, Komponente BE beim inversen Aufbau) beispielsweise mittels eines Rakel- oder
Siebdruckverfahrens zum Auftragen der elektrisch leitfähigen Beschichtung ist nicht
erforderlich, um das Substrat an seiner Oberfläche elektrisch leitfähig zu gestalten.
Das Aufbringen der entsprechenden Schicht der ersten elektrisch leitfähigen Elektrode
erfolgt einfach durch Sprühapplikation, was das Verfahren insgesamt einfach und wirkungsvoll
macht.
[0047] Erfmdungsgemäß umfasst das erfmdungsgemäße Verfahren folgende Schritte:
- 1 Aufsprühen der ersten Elektrode (BA beim herkömmlichen Aufbau bzw. BE beim inversen
Aufbau) auf Substrat A oder auf eine oder mehrere auf das Substrat A aufgebrachte
Isolationsschicht(en) AA;
- 2 Aufsprühen der EL-Schicht (BC);
- 3 Aufsprühen der zweiten Elektrode (BE beim herkömmlichen Aufbau bzw. BA beim inversen
Aufbau).
[0048] Danach wird bzw. werden die Leiterbahn(en) aufgebracht, vorzugsweise durch Aufsprühen.
[0049] Danach wird bzw. werden die Schutzschicht(en) und/oder die Schutzfolie(n)aufgebracht,
wobei die Schutzschicht(en) vorzugsweise durch Aufsprühen aufgebracht werden.
[0050] Zwischen der ersten Elektrode und der EL-Schicht sowie zwischen der EL-Schicht und
der zweiten Elektrode können unabhängig voneinander eine oder mehrere Isolationsschicht(en)
aufgebracht werden, vorzugsweise durch Aufsprühen.
[0051] Wie bereits oben ausgeführt können zusätzlich eine oder mehrere Reflexionsschicht(en)
aufgebracht werden, vorzugsweise durch Aufsprühen.
[0052] Nachfolgend werden die Merkmale der einzelnen Komponenten des EL-Elements beschrieben:
Elektrode(n)
[0053] Das erfmdungsgemäße EL-Element weist eine Frontelektrode BA und eine Rückelektrode
BE auf.
[0054] Beim herkömmlichen Aufbau muss die Frontelektrode BA, beim inversen Aufbau die Rückelektrode
BE, zumindest teilweise transparent sein. Die jeweilige Gegenelektrode (Komponente
BE beim herkömmlichen Aufbau, Komponente BA beim inversen Aufbau) muss nicht zwingend
transparent aufgebaut sein.
[0055] Unter dem Ausdruck "zumindest teilweise transparent" ist im Sinne der vorliegenden
Anmeldung eine Elektrode zu verstehen, die aus einem Material aufgebaut ist, welches
eine Transmission von im Allgemeinen mehr als 60 %, vorzugsweise mehr als 70 %, besonders
bevorzugt mehr als 80 %, insbesondere mehr als 90%, aufweist.
[0056] Erfmdungsgemäß ist es beispielsweise möglich, Indium-Zinn-Oxid-Materialien (ITO)
auf dem entsprechenden Substrat unter Sprühapplikation aufzutragen, so dass eine entsprechende
Elektrode ausgebildet wird. Die Indium-Zinn-Oxid-Materialien weisen den Vorteil auf,
dass sie einen relativ geringen Flächenwiderstand von ca. 60 bis 600 Ω bei einer recht
hohen Transparenz aufweisen und nach der Sprühapplikation in sehr dünnen Schichten
von einigen 100 Å vorliegen.
[0057] Ferner können Schichten elektrisch leitender Materialien auf Basis von ATO sprühappliziert
werden. Hierbei handelt es sich um Antimon-Zinn-Oxide.
[0058] Der Vorteil dieser Materialien auf Basis von ITO oder ATO ist, dass sie eine relativ
gute Laminierbarkeit aufweisen.
[0059] Weitere Materialien für die Elektroden sind intrinsisch leitfähige transparente Polymere.
Beispiele für intrinsisch leitfähige Polymersysteme sind die Produkte der Orgacon®-Reihe
von Agfa, der Clevios®-Reihe (Poly-(3,4-ethylendioxythiophen) von H.C. Starck GmbH,
das als organisches Metall (PEDT-conductive polymere polyethylene-dioxythiophene)
bezeichnete System von Ormecon sowie leitfähige Beschichtungs- oder Druckfarbensysteme
von Panipol OY.
[0060] Bevorzugt ist die erfmdungsgemäß eingesetzte zumindest teilweise transparente Elektrode
somit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: ITO-Siebdruckschichten, ATO (Antimon-Zinn-Oxid)-Siebdruckschichten,
Non-ITO-Siebdruckschichten (wobei der Begriff "Non-TTO" alle Siebdruckschichten umfasst,
die nicht auf Indium-Zinn-Oxid (ITO) basieren), das heißt intrinsisch leitfähigen
polymeren Schichten mit üblicherweise nanoskaligen elektrisch leitfähigen Pigmenten,
beispielsweise die ATO-Siebdruckpasten mit den Bezeichnungen 7162E oder 7164 von DuPont,
intrinsisch leitfähigen Polymersystemen wie dem Orgacon System von Agfa, dem Clevios
Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-System von H.C. Starck GmbH, dem als organisches Metall
(PEDT-conductive polymer polyethylene-dioxythiophene) bezeichneten System von Ormecon,
leitfähigen Beschichtungs- oder Druckfarbensystemen von Panipol OY und gegebenenfalls
mit hochflexiblen Bindemitteln, z.B. auf Basis von PU (Polyurethanen), PMMA (Polymethylmethacrylat),
PVA (Polyvinylalkohol), modifiziertes Polyanilin. Bevorzugt wird als Material der
zumindest teilweise transparenten Elektrode des Elektrolumineszenz-Elements ein Clevios
Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-System von H.C. Starck GmbH eingesetzt; diese sind
wässrige Dispersionen enthaltend 0,25 bis 1 Gew.-% Poly(3,4-ethylendioxythiophen stabilisiert
mit Polystyrolsulfonat.
[0061] Erfmdungsgemäß bevorzugt werden zur Formulierung einer sprühbaren Suspension zur
Herstellung der zumindest teilweise transparenten Elektrode BA 10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt
20 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
der sprühbaren Suspension, eines intrinsisch leitfähigen Polymersystems verwendet,
bestehend aus einer wässrigen Dispersion von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit Poly(3,4-ethylendioxythiophen)
mit Polystyrolsulfonat. Dieses Polymersystem ist bevorzugt ausgewählt aus Clevios
P, Clevios PH, Clevios P AG, Clevios P HCV4, Clevios P HS, Clevios PH, Clevios PH
500, Clevios PH 510 oder beliebige Mischungen davon Dies entspricht 0,025 bis 0,9
Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 0,7 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,075 bis 0,6 Gew.-% Poly(3,4-ethylendioxythiophen).
Als Lösemittel können beispielsweise Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid,
N,N-Dimethylacetamid, Ethylenglykol, Glycerin, Sorbitol, Methanol, Ethanol, Isopropanol,
N-Propanol, Acton, Methylethylketon, Dimethylaminoethanol, Wasser oder Gemische aus
zwei oder drei oder mehreren der genannten Lösemittel verwendet werden. Die Menge
an Lösemittel in der sprühbaren Suspension kann in weiten Bereichen variieren. So
können in einer erfindungsgemäßen Formulierung einer sprühbaren Suspension 55 bis
80 Gew.-% Lösemittel enthalten sein, während in einer anderen erfindungsgemäßen Formulierung
etwa 35 bis 80 Gew.-% eines Lösemittelgemischs aus zwei oder mehr Lösemitteln verwendet
werden. Weiterhin können als Grenzflächenadditiv und Haftaktivator Silquest A187 (Gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
mit Methanol), Neo Rez R986, Dynol 604 (einem auf Acetylenglycol basierenden nichtionischen
Tensid) und/oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Substanzen enthalten sein.
Deren Menge beträgt vorzugsweise 0,3 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der sprühbaren Suspension.
[0062] Als Bindemittel können in der Formulierung der sprühbaren Suspension Polyurethandispersionen
wie UD-85, Bayhydrol PR340/1, Bayhydrol PR135 oder beliebige Mischungen davon, vorzugsweise
in Mengen von etwa 0,5 bis 6 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 5 Gew.-% enthalten sein. Bei
den erfindungsgemäß eingesetzten Polyurethandispersionen, die nach dem Trocknen der
Schicht das Bindemittel für die Leitschicht bilden, handelt es sich um wässrige.
[0063] Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Formulierung einer sprühbaren Suspension
zur Herstellung der teilweise transparenten Elektrode enthält:
Substanz |
Gehalt / Gew.-% |
Gehalt / Gew.-% |
Gehalt / Gew.-% |
Gehalt / Gew.-% |
Clevios P HS (HC Starck) |
24,6 |
35,7 |
24,5 |
31,0 |
Silquest A187 (OSi Specialties) |
0,3 |
0,4 |
0,7 |
0,4 |
N-Methylpyrrolidon |
17,6 |
10,7 |
18,4 |
10,7 |
Diethylenglykol |
19,6 |
15,4 |
35,6 |
15,3 |
Proglyde/DMM |
9,4 |
9,2 |
16,7 |
9,2 |
UD-85 (Lanxess) |
3,0 |
3,0 |
4,1 |
3,0 |
Wasser |
25,5 |
25,6 |
0,0 |
30,4 |
[0064] Bestimmung der Viskosität einer zur Sprühapplikation geeigneten Formulierung:
Mit einem Rheometer MCR301 der Firma Anton Paar GmbH (A-8054 Graz, Österreich) wurde
die Viskosität bestimmt. Verwendetes Messsystem: CP50-2 (Kegel/Platte, 49,966 mm Durchmesser
und 1,994 ° Kegelwinkel, Abstand zwischen Kegelspitze und Platte: 49 um). Messung
mit konstanter Scherrate von 100 s-1. Es wurden 30 Messpunkte ermittelt, die Dauer der Messung betrug insgesamt 180 Sekunden,
die Temperatur 20 °C. Die Paste verhält sich scherverdünnend. Die Viskosität erreicht
nach 80 Sekunden einen stabilen Wert von (237 ± 5) mPa·s.
[0065] Nachdem diese Elektrodenmaterialien auf ein entsprechendes Substrat aufgebracht wurden,
werden sie anschließend bei niedrigen Temperaturen von beispielsweise 80 bis 120 °C
getrocknet. Die durch Sprühapplikation aufgebrachte Schicht der ersten elektrisch
leitfähigen Elektrode weist vorzugsweise einen Flächenwiderstand von 0,1 Ω/Quadrat
bis 5000 Ω/Quadrat, bevorzugt von 1 bis 1000 Ω/Quadrat, besonders bevorzugt von 10
bis 500 Ω/Quadrat, ganz besonders bevorzugt 50 bis 500 Ω/Quadrat auf.
[0066] Die Schicht der ersten elektrisch leitfähigen Elektrode kann in einer Ausführungsform
flächig geschlossen auf dem Substrat aufgebracht werden. In einer anderen Ausgestaltung
ist es jedoch auch möglich, dass die Schicht der ersten elektrisch leitfähigen Elektrode
nur auf Teilbereichen der Oberfläche des Substrates aufgebracht wird. Hierdurch ist
es möglich, dass auch nur Teilbereiche der Oberfläche des Substrates mit einer EL-Anordnung
versehen wird, so dass insgesamt ein Substrat resultiert, welches eine graphisch besonders
gestaltete EL-Oberfläche aufweist.
[0067] Für die Gegenelektrode, die ebenfalls durch Sprühen aufgebracht werden kann, gelten
die gleichen Ausführungen, welche bereits für die Schicht der ersten Elektrode gemacht
wurden.
[0068] Weiterhin können für diese zweite Elektrode, soweit diese nicht zumindest teilweise
transparent sein soll, auch Materialien wie Metallpasten, beispielsweise Silberpasten,
Graphitpasten, etc. verwendet werden.
Isolationsschicht(en)
[0069] Das erfmdungsgemäße EL-Element umfasst gegebenenfalls eine oder mehrere Isolationsschicht(en)
(dielektrische Schichten), Komponenten BB und BD.
[0070] Bestandteile geeigneter Isolationsschichten sind dem Fachmann an sich bekannt. Als
besonders bevorzugtes Beispiel ist Bariumtitanat (BaTiO
3) zu nennen. Weitere Isolationsmaterialien (Dielektika) sind dem Fachmann aus der
Literatur bekannt, beispielsweise: SrTiO
3, KNbO
3, PbTiO
3, LaTaO
3, LiNbO
3, GeTe, Mg
2TiO
4, Bi
2(TiO
3)
3, NiTiO
3, CaTiO
3, ZnTiO
3, Zn
2TiO
4, BaSnO
3, Bi(SnO
3)
3, CaSnO
3, PbSnO
3, MgSnO
3, SrSnO
3, ZnSnO
3, BaZrO
3, CaZrO
3, PbZrO
3, MgZrO
3, SrZrO
3, ZnZrO
3, oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Stoffe. Erfmdungsgemäß bevorzugt sind
BaTiO
3 oder PbZrO
3 oder Mischungen daraus, vorzugsweise in Füllmengen von 5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt
von 10 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70 Gew.-%.
[0071] Als Bindemittel für diese Schicht können Ein- oder bevorzugt Zweikomponentenpolyurethansysteme
verwendet werden, beispielsweise der Bayer Material Science AG, bevorzugt Desmodur
und Desmophen, vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 15
bis 35 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der sprühbaren Suspension. Als Lösemittel
können beispielsweise Ethylacetat, Butylacetat, 1-Methoxypropylacetat-2, Toluol, Xylol,
Solvesso 100, Shellsol A oder Mischungen aus zwei oder mehrere dieser Lösemittel verwendet
werden, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%,
besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der sprühbaren
Suspension. Weiterhin können noch Additive wie Verlaufsmittel und Rheologieadditvie
zur Verbesserung der Eigenschaften zugefügt werden. Beispiele für Verlaufsmittel sind
Additol XL480 in Butoxyl in einem Mischungsverhältnis von 40:60 bis 60:40. Als weitere
Additive können 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt
0,1 bis 2 Gew.-%, jeweils bezogen aus die Gesamtpastenmasse, Rheologieadditive enthalten
sein, die das Absetzverhalten von Pigmenten und Füllstoffen in der Paste vermindern,
beispielsweise BYK 410, BYK 411, BYK 430, BYK 431 oder beliebige Mischungen davon.
[0072] Die Isolationsschicht weist vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante von mehr als
5, bevorzugt mehr als 20, besonders bevorzugt mehr als 50, ganz besonders bevorzugt
mehr als 70 auf.
[0073] Erfindungsgemäß bevorzugte Formulierungen für eine Sprühapplikation enthalten beispielsweise:
Substanz |
Gehalt/ Gew.-% |
Gehalt/ Gew.-% |
Gehalt/ Gew.-% |
Gehalt/ Gew.-% |
Gehalt/ Gew.-% |
BaTiO3 |
44,7 |
50,5 |
48,7 |
52,3 |
59,8 |
Desmophen 1800 (BMS) |
21,2 |
18,0 |
21,0 |
19,9 |
13,2 |
Desmodur L67 MPA/X (BMS) |
11,8 |
10,0 |
12,0 |
11,1 |
7,3 |
Ethoxypropylacetat |
10,6 |
8,7 |
16,3 |
0,0 |
8,5 |
Additol XL480 |
1,9 |
2,2 |
2,0 |
2,0 |
1,8 |
Methoxypropylacetat (1-Methoxy-2-propylacetat) |
9,8 |
10,6 |
0,0 |
14,7 |
9,4 |
[0074] Bestimmung der Viskosität einer zur Sprühapplikation geeigneten Formulierung:
Mit einem Rheometer MCR301 der Firma Anton Paar GmbH (A-8054 Graz, Österreich) wurde
die Viskosität bestimmt. Verwendetes Messsystem: CP50-2 (Kegel/Platte, 49,966 mm Durchmesser
und 1,994 ° Kegelwinkel, Abstand zwischen Kegelspitze und Platte: 49 µm). Messung
mit konstanter Scherrate von 100 s-1. Es wurden 30 Messpunkte ermittelt, die Dauer der Messung betrug insgesamt 180 Sekunden,
die Temperatur 20 °C. Die Viskosität steigt während der Messung in etwa linear an
und liegt zwischen 1135 und 1160 mPa·s.
[0075] Wenn die Schicht der ersten elektrisch leitfähigen Elektrode nur auf Teilbereichen
der Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, ist es möglich, dass die Isolationsschicht,
die gegebenenfalls auf die Schicht dieser ersten Elektrode aufgebracht wird, ebenfalls
nur auf diesem Teilbereich aufgebracht wird.
[0076] Sollte die erfindungsgemäß vorgesehene EL-Anordnung so ausgebildet sein, dass die
Schicht der ersten elektrisch leitenden Elektrode flächig nicht geschlossen auf das
Substrat aufgebracht wird, sondern nur in Teilbereichen, so resultieren Bereiche des
Substrates, welche nicht mit der Schicht der ersten Elektrode versehen sind. In diesen
Bereich kann dann anschließend eine Isolationsschicht aufgebracht werden. Diese Isolationsschicht
kann eine separate Isolationsschicht sein oder aber auch durch die Isolationsschicht
gebildet werden, welche per se auf die Bereiche der Schicht der ersten Elektrode der
EL-Anordnung aufgebracht wird.
[0077] Aufgrund der vereinfachten Applikation ist es vorteilhaft, dass die Isolationsschicht,
die in dem Bereich des Substrats aufgebracht wird, der nicht mit einer elektrisch
leitfähigen Beschichtung durch die erste elektrisch leitfähige Elektrode versehen
ist, die gleiche Isolationsschicht ist, die auch anschließend auf die Schicht der
ersten Elektrode aufgebracht wird, d.h., dass in einer ersten Ausgestaltung der Teil
der Isolationsschicht, der in dem Bereich des Substrats aufgetragen wird, der nicht
mit der Schicht der ersten elektrisch leitfähigen Elektrode versehen ist, durch die
gleiche Isolationsschicht gebildet wird, welche auch anschließend auf die Schicht
der ersten Elektrode aufgetragen wird.
[0078] Darüber hinaus ist es in einer weiteren Ausgestaltung, wie erwähnt, möglich, dass
der Teil der Isolationsschicht, der auf dem Bereich des Substrats aufgebracht wird,
welcher nicht mit der Schicht der ersten elektrisch leitfähigen Elektrode beschichtet
ist, verschieden ist zu der dielektrischen Schicht, welche anschließend auf der Schicht
der ersten Elektrode appliziert wird.
Elektrolumineszensschicht
[0079] Das erfindungsgemäße EL-Element umfasst ferner eine EL-Schicht, Komponente BC.
[0080] Zusammensetzungen für EL-Schichten, welche im Rahmen des erfmdungsgemäßen Verfahrens
zum Aufbau der EL-Schicht verwendet werden können, werden im Allgemeinen auf Basis
anorganischer Substanzen aufgebaut. Üblicherweise handelt es sich bei dieser Schicht
um ein dielektrisches Material. Die EL-Schicht ist im Allgemeinen aus einer Bindemittelmatrix
mit darin homogen dispergierten EL-Pigmenten aufgebaut. Diese Pigmente sind vorzugsweise
ausgewählt aus Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Zn
xCd
1-xS-Verbindungen der Gruppen II und IV des Periodensystems der Elemente, wobei besonders
bevorzugt hochreines Zinksulfid eingesetzt wird. Die vorstehend genannten Substanzen
können dotiert oder aktiviert werden und gegebenenfalls zusätzlich co-aktiviert werden.
Zur Dotierung werden beispielweise Kupfer, Mangan, Silber und/oder Gold eingesetzt.
Die Co-Aktivierung erfolgt beispielweise mit Chlor, Brom, Iod und/oder Aluminium.
Der Gehalt an Alkali- und Selten-Erd-Metallen ist in den vorstehend genannten Substanzen
im Allgemeinen sehr gering, falls sie überhaupt vorliegen. Ganz besonders bevorzugt
wird Zinksulfid eingesetzt, das bevorzugt mit Kupfer und/oder Mangan dotiert bzw.
aktiviert wird und bevorzugt mit Chlor, Brom, Iod und/oder Aluminium co-aktiviert
wird.
[0081] Die Bindemittelmatrix wird im Allgemeinen so gewählt, dass ein guter Haftverbund
auf der Elektrodenschicht bzw. der darauf aufgebrachten dielektrischen Schicht gegeben
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei PVB- oder PU-basierte Systeme
verwendet.
[0082] Neben den EL-Pigmenten können gegebenenfalls 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 lichtabsorbierende
Effektpigmente wie Aluminiumflakes oder Glasflakes oder Mika-Plateletts. Im Allgemeinen
beträgt der Anteil der EL-Pigmente an der Gesamtmasse der EL-Schicht (d.h. der Füllgrad)
20 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 70 Gew.-%.
[0083] Übliche EL-Emissionsfarben sind orange, grün, grün-blau, blau-grün und weiß, wobei
die Emissionsfarbe weiß oder rot durch Mischungen geeigneter EL-Pigmente oder durch
Farbkonversion gewonnen werden kann. Die Farbkonversion kann im Allgemeinen in Form
einer konvertierenden Schicht und/oder der Beimengung entsprechender Farbstoffe und
Pigmente in dem polymeren Bindemittel der Sprüh-Zusammensetzung bzw. der polymeren
Matrix, in welche die Elektrolumineszenz-Pigmente eingebaut sind, erfolgen.
[0084] In einer weiteren Ausführungsform werden in der EL-Schicht Pigmente eingesetzt, die
eine Emission im blauen Wellenlängenbereich von 420 bis 280 nm aufweisen und mit einer
farbkonvertierenden Mikroverkapselung versehen sind. Auf diese Art kann die Farbe
imitiert werden.
[0085] In einer Ausfiihrungsform werden in der EL-Schicht EL-Pigmente eingesetzt, die eine
Emission im blauen Wellenlängenbereich von 420 bis 480 nm aufweisen. Zusätzlich weist
die EL-Pigment-Sprüh-Zusammensetzung bevorzugt Wellenlängen konvertierende anorganische
feine Partikel auf Basis von Europium (II) aktivierten Erdalkali-ortho-Silikat-Phosphoren
wie (Ba,Sr,Ca)
2SiO
4 : Eu
2+ oder YAG-Phosphoren wie Y
3Al
5O
12 : Ce
3+ oder Tb
3Al
sO
12 : Ce
3+ oder Sr
2GaS
4 : Eu
2+ oder SrS : Eu
2+ oder (Y,Lu,Gd,Th)
3(Al,Sc,Ga)
5O
12 : Ce
3+ oder (Zn,Ca,Sr)(S,Se) : Eu
2+ auf. Auf diese Weise kann eine weiße Emission erzielt werden. Entsprechend dem Stand
der Technik können die vorstehend genannten EL-Pigmente mikroverkapselt werden, um
die Lebensdauer der Leuchtsubstanz zu erhöhen. Durch die anorganische Mikroverkapselungstechnologie
sind gute Halbwertszeiten erzielbar. Diese Mikroverkapselung ist aus dem Stand der
Technik und dem Fachmann bekannt. So offenbart
EP-A-455 401 beispielsweise eine Mikroverkapselung aus Titandioxid oder Aluminiumoxid. Jedes ZnS-Partikel
ist dabei im Wesentlichen vollständig mit einer weitgehend transparenten, zusammenhängenden
Metalloxidbeschichtung versehen. Beispielhaft sei hier auch das EL-System Luxprint®
für Elektrolumineszenz der Firma E.I. DuPont de Nemours and Company genannt. Organische
Mikroverkapselungstechnologien und Folien-Hüll-Laminate auf Basis der diversen thermoplastischen
Folien sind grundsätzlich ebenfalls geeignet, haben sich jedoch als teuer und nicht
wesentlich Lebensdauer verlängernd erwiesen.
[0086] Geeignete zinksulfidische mikroverkapselte EL-Pigmente werden auch von der Firma
Global Tungsten & Powders Corp., Towanda unter dem Handelsnamen GlacierGLO®-Standard,
High Brite® und Long Life® und von der Firma Durel Devision der Rogers Corporation
unter dem Handelsnamen 1BHS001® 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.
[0087] Die mittleren Teilchendurchmesser der in der EL-Schicht geeigneten mikroverkapselten
Pigmente betragen im Allgemeinen 15 bis 60 µm, bevorzugt 20 bis 35 µm.
[0088] In der Formulierung für die sprühbare Suspension für die EL-Schicht für das erfindungsgemäßen
Verfahren können auch nicht mikroverkapselte feinkörnige EL-Pigmente, bevorzugt mit
einer hohen Lebensdauer, eingesetzt werden. Geeignete, nicht mikroverkapselte feinkörnige
zinksulfidische EL-Pigmente sind beispielsweise in der
US-A-6,248,261 und in der internationalen Patentanmeldung
WO-A-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
3 bis 25 µm, ganz besonders bevorzugt 5 bis 20 µm.
[0089] Besonders nicht mikroverkapselte EL-Pigmente können in der Zusammensetzung für die
EL-Schicht, welche im Rahmen der vorliegenden Erfmdung durch Sprühapplikation aufgetragen
wird, mit kleineren Pigmentabmessungen bis unter 10 µm verwendet werden. Dadurch kann
die Durchsichtigkeit der resultierenden EL-Schicht erhöht werden, was insbesondere
dann von Vorteil ist, wenn auch das darunter liegende Substrat eine gewisse Transparenz
aufweist, so dass die Effekte der EL-Schicht nicht nur von dem Substrat weg, sondern
auch in Richtung des Substrats bewirken.
[0090] Die Zusammensetzung zur Sprühapplikation der EL-Schicht in dem erfmdungsgemäßen Verfahren
umfasst darüber hinaus ein Bindemittel. Dabei werden im Allgemeinen Bindemittel verwendet,
die einerseits eine gute Adhäsion zu sogenannten ITO-Schichten (Indium-Zinn-Oxid)
oder zu intrinsisch leitfähigen polymeren transparenten Schichten haben, gut isolierend
wirken, das Dielektrikum verstärken und damit eine Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit
bei hohen elektrischen Feldstärken, welche zwischen den Elektroden wirken können,
bewirken und zusätzlich im ausgehärteten Zustand eine gute Wasserdampfsperre aufweisen
und die EL-Pigmente zusätzlich schützen und somit insgesamt die Lebensdauer dieser
Pigmente verlängern.
[0091] In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zusammensetzung
zur Sprühapplikation verwendet, welche die entsprechenden EL-Pigmente in Kombination
mit einem entsprechenden Bindemittel umfasst.
[0092] Die EL-Schicht enthält die oben genannten gegebenenfalls dotierten ZnS-Kristalle,
bevorzugt wie oben beschrieben mikroverkapselt, vorzugsweise in einer Menge von 30
bis 90 Gew.-%, bevorzugt von 35 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 70 Gew.-%,
jeweils bezogen auf das Gewicht der sprühbaren Suspension. Als Bindemittel können
Ein- und bevorzugt Zweikoniponentenpolyurethane verwendet werden, vorzugsweise in
einer Menge von 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 15 bis 35 Gew.-%, jeweils bezogen
auf das Gewicht der sprühbaren Suspension. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Materialien
der Bayer MaterialScience AG, beispielsweise die Lackrohstoffe der Desmophen- und
Desmodur-Reihen, vorzugsweise Desmophen und Desmodur, oder die Lackrohstoffe der Lupranate-,
Lupranol-, Pluraco- oder Lupraphen-Reihen der BASF AG. Als Lösemittel können Ethoxypropylacetat,
Ethylacetat, Butylacetat, Methoxypropylacetat, Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon,
Cyclohexanon, Toluol, Xylol, Solventnaphtha 100 oder beliebige Mischungen von zwei
oder mehreren dieser Lösemittel in Mengen von vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt
2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen aus die Gesamtmasse
der sprühbaren Suspension, verwendet werden. Weiterhin können 0,1 bis 2 Gew.-% Additive
zur Verbesserung des Fließverhaltens und des Verlaufs enthalten sein. Beispiele für
Verlaufsmittel sind Additol XL480 in Butoxyl in einem Mischungsverhältnis von 40:60
bis 60:40. Als weitere Additive können 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%,
besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%, jeweils bezogen aus die Gesamtmasse der sprühbaren
Suspension, Rheologieadditive enthalten sein, die das Absetzverhalten von Pigmenten
und Füllstoffen in der sprühbaren Suspension vermindern, beispielsweise BYK 410, BYK
411, BYK 430, BYK 431 oder beliebige Mischungen davon. Erfmdungsgemäß besonders bevorzugte
sprühbare Suspensionen enthalten folgende Zusammensetzungen:
Substanz |
Gehalt/Gew.-% |
Pigment (Global Tungsten Powders Corp.) |
47,1 |
62,5 |
54,9 |
63,5 |
65,3 |
62,0 |
71,3 |
64,8 |
Desmophen D670 (BMS) |
19,0 |
10,7 |
11,5 |
15,8 |
14,5 |
17,4 |
12,0 |
14,5 |
Desmodur N75 MPA (BMS) |
13,7 |
7,3 |
11,1 |
10,8 |
10,0 |
11,9 |
8,3 |
9,9 |
Ethoxypropylacetat |
9,6 |
9,0 |
12,1 |
9,4 |
0,0 |
0,0 |
8,0 |
4,5 |
Additol XL480 (50 Gew.-% in Butoxyl) |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,4 |
0,5 |
Methoxypropylacetat |
10,2 |
10,2 |
10,2 |
0,0 |
9,7 |
8,2 |
0,0 |
5,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[0093] Bestimmung der Viskosität einer zur Sprühapplikation geeigneten Formulierung:
Mit einem Rheometer MCR301 der Firma Anton Paar GmbH (A-8054 Graz, Österreich) wurde
die Viskosität bestimmt. Verwendetes Messsystem: PP25 (Platte/Platte, 24,940 mm Durchmesser,
Abstand zwischen Messsystem und Grundplatte: 0,5 mm). Messung mit konstanter Scherrate
von 10 s-1. Es wurden 40 Messpunkte ermittelt, die Dauer der Messung betrug insgesamt 240 Sekunden,
die Temperatur 20 °C. Die Viskosität erreicht nach 80 Sekunden Werte im Bereich von
1740 bis 1860 mPa·s, im Mittel etwa 1810 mPa·s.
[0094] In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfmdung ist es jedoch auch möglich,
dass das Bindemittelsystem zunächst auf die darunter liegende Schicht (erste Elektrode
oder gegebenenfalls Isolationsschicht) durch Sprühen aufgetragen wird und anschließend
die entsprechenden EL-Pigmente durch Sprühen in diese Bindemittelschicht eingetragen
werden.
[0095] Dazu kann ein Bindemittel mit Lösungsmitteln versetzt werden und anschließend auf
die entsprechende Schicht aufgesprüht werden. Auf diesen noch feuchten Film werden
in einem zweiten Schritt die EL-Pigmente als Feststoff aufgetragen.
[0096] Auf diese EL-Schicht wird die zweite Elektrodenschicht (Gegenelektrode) aufgesprüht,
nachdem gegebenenfalls vorher eine weitere Isolationsschicht aufgesprüht wurde. Sowohl
für die zweite Elektrodenschicht als auch für die gegebenenfalls vorhandene Isolationsschicht
gelten die gleichen Ausführungen wie oben.
Schutzschicht
[0097] Das EL-Element kann, um die entsprechende EL-Anordnung zu schützen, darüber hinaus
mit einer Schutzschicht versehen sein. Diese Schutzschicht wird auf die Schicht der
zweiten elektrisch leitenden Elektrode aufgetragen. Diese Schutzschicht sollte vorzugsweise
transparent oder zumindest lasierend ausgebildet sein, damit die entsprechende Emission
der EL-Anordnung nach draußen gelangen kann, wenn die zweite Elektrode zumindest teilweise
transparent ausgebildet ist. Geeignete Materialien der Schutzschicht sind dem Fachmann
bekannt. Geeignete Schutzschichten sind beispielsweise hochtemperaturbeständige Schutzlacke,
wie Schutzlacke, die Polycarbonate und Bindemittel enthalten, beispielsweise Noriphen®
HTR von Pröll, Weißenburg. Die Art der Applikation dieser Schutzschicht unterliegt
keiner Beschränkung, wobei eine Sprühapplikation ebenfalls bevorzugt ist.
Elektrische Anschlüsse
[0098] Zum Betrieb der erfindungsgemäß hergestellten EL-Anordnung weisen die erste und die
zweite Elektroden elektrische Anschlüsse auf. Diese sind mit einer Stromquelle verbunden.
[0099] Im Allgemeinen weist die EL-Anordnung dazu elektrische Anschlüsse auf, die an einen
Seitenrand des EL-Elements geführt werden und dort mittels Kontaktierhilfen mit einer
Stromquelle kontaktiert werden. Geeignete Kontaktierhilfen sind zum Beispiel Crimpen,
Klemmen, elektrisch leitender Kleber, Nieten, Schrauben und andere dem Fachmann bekannte
Mittel. Die Ansteuerung der EL-Anordnung kann in herkömmlicher dem Fachmann bekannter
Weise erfolgen.
[0100] Die elektrischen Anschlüsse können beispielsweise unter Verwendung von elektrisch
leitfähigen und einbrennbaren Formulierungen mit Zinn, Zink, Silber, Palladium, Aluminium
und weiteren geeigneten leitfähigen Metallen bzw. Kombinationen und Mischungen oder
Legierungen daraus hergestellt werden.
[0101] Dabei werden die elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen im Allgemeinen mittels Siebdruck,
Pinselauftrag, Ink-Jet, Rakel, Rolle, durch Sprühapplikation oder mittels Dispensierauftrag
oder vergleichbaren Verfahren, welche dem Fachmann an sich bekannt sind, auf die im
erfmdungsgemäßen Verfahren durch Sprühapplikation erzeugten Schichten der ersten und
zweiten Elektrode aufgebracht und anschließend beispielsweise in einem Ofen thermisch
behandelt, so dass üblicherweise seitlich entlang einer Substratkante angebrachte
Streifen gut mittels Löten, Klemmen, Crimpen, Nieten, Schrauben, Stecken oder Kleben
elektrisch leitend kontaktiert werden können.
[0102] In einer weiteren Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ansteuerung
des resultierenden EL-Elementes durch eine kapazitive Energieübertragung. Dies ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn die EL-Anordnung innen in einem Hohlkörper, beispielsweise
einer Vase oder einer Flasche, aufgebracht ist, und keine elektrischen Leitungen in
den Hohlkörper hineingeführt werden oder diesen durchdringen sollen, sei es aus praktischen
oder sei es aus ästhetischen Gründen.
[0103] Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte EL-Element wird mittels Wechselstrom
betrieben. Der Wechselstrom wird dabei bevorzugt mittels eines EL-Inverters erzeugt.
Durch das Anlegen einer Wechselspannung an die zwei Elektroden des EL-Elementes wird
dann die Emission einer Elektrolumineszenz erzeugt.
[0104] Je nach Ausbildung der einzelnen im erfindungsgemäßen Verfahren durch Sprühapplikation
aufgetragenen Schichten kann sich die Emission der Elektrolumineszenz über die gesamte
Oberfläche der EL-Anordnung erstrecken. Werden die Schichten der ersten und/oder zweiten
Elektrode sowie insbesondere auch die EL-Schicht nur in Teilbereichen des Substrates
aufgetragen, so findet auch nur in diesen Bereichen eine entsprechende Emission der
Elektrolumineszenz statt. Hierdurch sind besondere graphische Ausgestaltungen der
EL-Elemente möglich.
[0105] Darüber hinaus ist es möglich, auf einem Substrat mehrere EL-Anordnungen, welche
getrennt voneinander angesteuert werden, anzuordnen.
[0106] Damit ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, EL-Elemente, welche eine
homogene oder eine nicht homogene Emission (Farbe und Helligkeit) über die Oberfläche
des EL-Elementes zeigen, herzustellen.
[0107] Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Dicke der einzelnen Schichten des EL-Anordnung
eine im Wesentlichen gleiche Dicke aufweisen, so dass bei dem Anlegen einer Wechselspannung
an die Elektroden der EL-Anordnung auch eine gleichmäßige Elektrolumineszenz erzeugt
wird.
Substrat
[0108] Als Substrat kann ein beliebiges festes Material dienen. Beispiele für ein solches
Material sind: Holz, Pappe, Porzellan, Keramik, Kunststoff, insbesondere ein duroplastischer
oder ein thermoplastischen Kunststoff, Beton, Rigips, Glas, Metall, mit oder ohne
aufgebrachte Isolationsschicht, wobei die Materialien ihrerseits bereits beschichtet
und/oder oberflächenbehandelt sein können, beispielsweise durch Lackierung, Glasur,
Bedampfen, Sputtern etc.
[0109] Die Art und Form des verwendeten Substrats unterliegt keiner Beschränkung. Bei den
Substraten kann es sich beispielsweise um eine Wand oder um eine Flasche oder um einen
anderen Gebrauchsgegenstand wie beispielsweise eine Lampe, eine Vase oder ein Kunstwerk
handeln.
[0110] Das erfmdungsgemäß verwendete Substrat kann sowohl opak als auch nicht opak ausgebildet
sein.
[0111] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Substrat entweder
selbst durch eine Folie gebildet wird oder aber auf ein entsprechendes Substrat zunächst
eine Folie aufgebracht wird und anschließend auf diese Folie auf erfmdungsgemäße Weise
eine EL-Anordnung erzeugt wird.
[0112] Falls in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Folienmaterial verwendet wird, so kann
dieses beispielsweise ausgewählt sein aus mindestens einem Material ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Polycarbonaten, Polyestern, Polyolefinen, Polyhalogenolefinen
Polyurethanen, Polyamiden, Polyimiden, Polyarylaten, organischen thermoplastischen
Celluloseestern und Polyfluorkohlenwasserstoffen. Bevorzugt hiervon sind Polycarbonate,
Polyester und Polyimide, TPU (thermoplastisches Polyurethan), PVC und Polyfluorkohlenwasserstoffe.
[0113] Sowohl das Substrat oder, soweit vorhanden, die Folie als auch Substrat und Folie
zusammen können mit graphischen Darstellungen versehen sein. Dabei kann es sich um
Informationssymbole handeln, so dass auf der Oberfläche des gegebenenfalls dreidimensional
verformten Substrats beispielsweise Buchstaben, Zahlen, Symbole oder Piktogramme sichtbar
sind. Bei der graphischen Gestaltung handelt es sich bevorzugt um eine drucktechnische
graphische Gestaltung, insbesondere um einen Farbaufdruck. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform ist das Substrat oder die Folie mit graphischen Darstellungen in Form
von deckenden oder transluzenten Farbaufdrucken versehen. Diese Farbaufdrucke können
nach beliebigen, dem Fachmann bekannten, Verfahren erfolgen, zum Beispiel durch Siebdruck,
Offset-Lithographie, Serigraphie, Rotationsdruck, Tiefdruck oder Flexodruck, die alle
gebräuchlich und im Stand der Technik bekannt sind. Bevorzugt erfolgt die graphische
Gestaltung durch Farbauftrag mittels Siebdruck, Airbrush oder Sprühapplikation. Zur
graphischen Gestaltung können handelsübliche Farben eingesetzt werden.
[0114] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dabei insbesondere zur Herstellung von
anorganischen Dickfilm-AC-EL-Elementen.
[0115] Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Oberfläche von schwer zugänglichen
Gegenständen mit einer EL-Anordnung zu versehen, da es ausreichend ist, den Sprühkopf
einer Sprühvorrichtung in die Nähe der zu behandelnden Oberfläche zu bringen. Durch
die Wahl geeigneter Sprühvorrichtungen bzw. Sprühköpfe können jedwede Oberflächen
mit EL-Anordnungen versehen werden. Die dabei zu behandelnden Gegenstände können auch
unebene Oberflächen aufweisen. Insbesondere ist es mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren
möglich, die Innenseite von hohlen Gegenständen, wie beispielsweise von Flaschen,
mit EL-Anordnungen zu versehen, wenn die Gegenstände eine - wenn auch nur kleine -
Öffnung aufweisen, um den Sprühkopf der verwendeten Sprühvorrichtung in den hohlen
Gegenstand einzuführen.
[0116] Darüber hinaus ermöglicht das erfmdungsgemäße Verfahren die Herstellung von kleinflächigen
EL-Anordnungen auf Substraten, da entsprechende elektrisch leitfähige Beschichtungen
auf den Substraten durch die Sprühapplikation auch kleinflächig hergestellt werden
können. Dabei ist es auch möglich, mehrere entsprechende EL-Anordnungen auf einem
Substrat aufzutragen. Werden diese getrennten EL-Anordnungen mit unterschiedlichen
EL-Pigmenten ausgestattet und/oder getrennt angesteuert, lassen sich auf dem Substrat
besondere graphische Effekte wie beispielsweise unterschiedliche Farben und/oder unterschiedliche
Helligkeiten erzeugen.
[0117] Das EL-Element kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten weitere Komponenten
aufweisen. Beispielsweise können zwischen der Rückelektrode, Komponente BE, und der
gegebenenfalls einen weiteren Isolationsschicht, Komponente BD (bzw., falls die Isolationsschicht
nicht vorhanden ist, zwischen der Komponente BE und der Komponente BC), weitere Schichten
vorliegen. Dabei kann sich an die Komponente BD (bzw., falls diese nicht vorliegt,
an die Komponente BC) ein weiterer Aufbau umfassend eine zumindest teilweise transparente
Elektrode, eine weitere Schicht, enthaltend mindestens eine durch ein elektrisches
Feld anregbare Leuchtsubstanz, und gegebenenfalls eine weitere Isolationsschicht anschließen.
Dieser Aufbau kann sich gegebenenfalls noch einmal oder mehrmals wiederholen, wobei
die letzte Komponente des Aufbaus an die Rückelektrode, Komponente BE, anschließt.
[0118] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorzugsweise für Substrate, welche eine
nicht leitende Oberfläche aufweisen. Sollte das erfindungsgemäße Verfahren auf einem
Substrat durchgeführt werden, welches an sich selbst bereits elektrisch leitend ist
oder aber eine leitende Beschichtung aufweist, können auf dieses Substrat A eine Isolationsschicht
AA und auf die Isolationsschicht dann die erste elektrisch leitfähige Schicht durch
Sprühapplikation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht werden. In diesem
Fall wird das an der EL-Anordnung anliegende Potential von dem Substrat entkoppelt,
was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die EL-Anordnung nicht das gesamte Substrat
bedeckt. Die Isolationsschicht AA kann aber auch durch jedes andere aus dem Stand
der Technik bekannte Verfahren aufgebracht werden
[0119] Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, unebene, zwei- und dreidimensionale
Gegenstände im Wesentlichen homogen mit einer elektrisch leitenden Beschichtung zu
versehen, auf welcher dann die Schichten einer EL-Anordnung aufgebracht werden. Damit
wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine einfache Vorgehensweise zur Herstellung
von EL-Elementen auf unebenen, dreidimensionalen Gegenständen zur Verfügung gestellt.
Die Applikation der EL-Elemente kann erfindungsgemäß dabei auf einer oder mehreren
Seiten des zwei- oder dreidimensional ausgebildeten Substrates erfolgen.
[0120] Als uneben im Sinne der Erfindung werden Flächen (Substrate) angesehen, die eine
Ebenheitstoleranz (gemessen als Abstand zweier paralleler Ebenen, zwischen denen alle
Punkte der Fläche liegen müssen) von größer als 1 mm pro Meter aufweisen.
[0121] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, EL-Anordnungen auf Substraten
herzustellen, die eine Ebenheitstoleranz von 0,1 mm bis 100 mm und größer pro Meter
haben. Insbesondere ist es möglich EL-Anordnungen auf Substraten herzustellen, die
eine Ebenheitstoleranz von 1 mm bis 50 mm, bevorzugt von 2 mm bis 20 mm, besonders
bevorzugt von 5 mm bis 10 mm pro Meter haben.
[0122] Auch ist es mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren möglich, Substrate mit einem Innenradius
von 1000 mm bis 10 mm, bevorzugt von 500 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 200
mm bis 50 mm, ganz besonders bevorzugt 120 bis 80 mm Innenradius auf der Innenfläche
mit einer EL-Anordnung zu versehen.
[0123] Auch ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Substrate mit beliebigen
Außenradien auf der Außenfläche mit einer EL-Anordnung zu versehen. Vorzugsweise wird
das Verfahren auf Substraten mit einem Außenradius von über 1 mm eingesetzt, bevorzugt
auf Substraten mit einem Außenradius von 5 mm bis 500 mm, besonders bevorzugt von
10 mm bis 200 mm, ganz besonders bevorzugt von von 20 mm bis 100 mm.
[0124] Darüber hinaus ist es weiterhin möglich, Substrate in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu verwenden, die sich bereits im Gebrauch befinden oder beispielsweise aufgrund ihrer
Größe nicht mit Verfahren aus dem Stand der Technik mit EL-Anordnungen versehen werden
können.
[0125] Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere
dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichten des EL-Elements bzw. der EL-Anordnung durch eine Sprühapplikation
aufgetragen werden. Damit müssen die entsprechenden Zusammensetzungen, welche für
die Herstellung der einzelnen Schichten verwendet werden, in einer Ausgestaltung vorliegen,
die es ermöglicht, dass die Zusammensetzungen durch Sprühen aufgebracht werden können.
Dieses gilt insbesondere für die Viskosität der Zusammensetzungen sowie im Hinblick
auf die Neigung der einzelnen Bestandteile der sprühbaren Zusammensetzungen zur Sedimentation.
[0126] Die Dicke der Schichten, die beim Sprühen aufgetragen werden betragen für die Elektroden
Komponenten BA und BE 1 bis 10 µm, bevorzugt 1 bis 5 µm, für die Pigmentschicht, Komponente
BC, 10 bis 80 µm, bevorzugt 20 bis 70 µm, besonders bevorzugt 30 bis 60 µm, für die
Isolationsschicht(en) BB und/oder BD unabhängig voneinander 5 bis 50 µm, bevorzugt
15 bis 30 µm und für die Schutzschicht CA 5 bis 70 µm, bevorzugt 10 bis 60 µm.
[0127] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Auftrag
der einzelnen Funktionsschichten durch computergesteuerte Sprühapplikation, so dass
eine möglichst exakte Beschichtung der Substrate möglich ist.
[0128] Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich auch Folienformate und -größen
mit einer Elektrolumineszens-Anordnung zu versehen, die mit anderen Verfahren nicht
handhabbar oder wirtschaftlich durchführbar sind.
[0129] Die vorliegende Erfindung kann auch zur Herstellung eines EL-Elements dienen, bei
dem auf einem Substrat mehrere EL-Anordnungen auf die oben beschriebene Art und Weise
aufgebracht sind. Die einzelnen auf erfindungsgemäß aufgebrachten EL-Anordnungen können
dabei, wenn diese unterschiedlich angesteuert werden, unterschiedliche EL-Effekte
liefern. Dieses betrifft insbesondere die Erzeugung von unterschiedlichen Farben und/oder
Helligkeiten auf einem Substrat durch mehr als eine erfindungsgemäß hergestellte EL-Anordnung.
[0130] Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Elektrolumineszenz-Element,
das nach einem der dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich ist.
[0131] 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.
[0132] Die vorliegende Erfmdung wird anhand des nachstehenden Beispiels näher beschrieben,
ohne sie darauf einzuschränken:
Beispiel 1 - Herstellung einer EL-Lampe mittels Sprühapplikation
[0133] Auf eine Metallplatte (17) wurde eine Makrofol - Polycarbonatfolie als Substrat (6)
von Bayer MaterialScience mit Klebestreifen (18) an den Stirnseiten am Rand befestigt.
[0134] Die Suspension zur Herstellung der Frontelektrode (erste Elektrode) (7) wurde in
einem Kunststoffbecher angesetzt und mit Hand verrührt. Es wurde ein trockener/genebelter
Kreuzgang appliziert. Die Folie wurde anschließend in einem Trockenschrank bei 80
°C für 60 Minuten getrocknet.
[0135] Die Suspension zur Herstellung der Elektrolumineszensschicht (9) wurde in einem Kunststoffbecher
angesetzt und mit Hand verrührt. Es wurde ein trockener/genebelter Kreuzgang appliziert.
Die Folie wurde anschließend in einem Trockenschrank bei 80 °C für 60 Minuten getrocknet.
[0136] Die Suspension zur Herstellung der Isolationsschicht (8) wurde in einem Kunststoffbecher
angesetzt und mit Hand verrührt. Es wurde ein trockener/genebelter Kreuzgang appliziert.
Die Folie wurde anschließend in einem Trockenschrank bei 80 °C für 45 Minuten getrocknet.
[0137] Zum Aufbringen der Rückelektrode (zweite Elektrode) (10) wurde die gleiche Suspension
verwendet, mit der bereits die Frontelektrode (7) appliziert wurde. Es wurde ein trockener/genebelter
Kreuzgang appliziert. Die Folie wurde anschließend in einem Trockenschrank bei 80
°C für 60 Minuten getrocknet.
[0138] Die Busbars (19) wurden anschließend mit einem Pinsel auf Front- und Rückelektrode
aufgebracht. Dazu wurden Streifen von etwa 5 mm Breite mit der Silberpaste Acheson
Electrodag PM-470 (Acheson Colloiden B.V., 9679 ZG Scheemda, Holland) aufgebracht.
[0139] Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Figuren näher beschrieben.
[0140] In den Figuren haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung:
- (1)
- Elektrolumineszenz-Element
- (2)
- Elektrolumineszenz-Anordnung
- (3)
- Elektrolumineszenz-Emission
- (4)
- Elektrolumineszenz-Inverter
- (5)
- Netzgerät
- (6)
- Netzeinspeisung
- (7)
- Kapazitive kontaktlose Energieübertragung
- (8)
- Substrat
- (9)
- erste Elektrode
- (10)
- Isolationsschicht
- (11)
- Elektrolumineszenzschicht
- (12)
- zweite Elektrode
- (13)
- Schutzschicht
- (14)
- kapazitive Kopplungsfläche
- (15)
- kapazitiver Kopplungsabstand
- (16)
- Reflektionsschicht
- (17)
- graphische Gestaltung
- (18)
- Isolationsschicht
- (19)
- Metallplatte
- (20)
- Klebestreifen
- (21)
- Busbar
Figur 1zeigt eine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche EL-Element (1) umfassend
die EL-Anordnung (2), welche auf einem dreidimensionalen Substrat (8) aufgetragen
ist. Die Oberfläche des Substrats (8) ist mit entsprechenden EL-Anordnungen ausgestattet,
so dass eine EL-Emission (3) erfolgt. Die Ansteuerung der EL-Anordnung (2) (umfassend
die Schichten der ersten Elektrode (9) und zweiten Elektrode (12)) erfolgt durch eine
kapazitive kontaktlose Energieübertragung (7), wobei die Energiezufuhr über einen
EL-Inverter (4) erfolgt. Der EL-Inverter (4) ist mit einem Netzgerät (5) verbunden,
welches durch eine Netzeinspeisung (6) gespeist wird. In dem Netzgerät herrscht üblicherweise
eine Kleinspannung von weniger als 42 V-DC. In Figur 1 sind darüber hinaus die Abschnitte
A und B dargestellt, welche in den Figuren 2 bis 4 näher beschrieben werden.
Figur 2zeigt einen Ausschnitt A eines erfindungsgemäßen EL-Elements (1), welches ebenfalls
in Figur 1 dargestellt ist. In dem Ausschnitt A ist der strukturelle Aufbau der erfmdungsgemäß
erhältlichen EL-Anordnung ersichtlich. Dem gemäß wird auf ein dreidimensional ausgebildetes
Substrat (8) zunächst eine erste Elektrode (9) und anschließend eine Isolationsschicht
(10) aufgetragen. Anschließend folgt die Elektrolumineszenzschicht (11) mit EL-Pigmenten
sowie eine Schicht einer zweiten transparente Elektrode (12). Abschließend ist eine
Schutzschicht (13) vorgesehen. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, ist das Substrat
(8) dreidimensional verformt. Aufgrund der Sprühapplikation der einzelnen funktionellen
Schichten ist es möglich, dass dreidimensionale Substrat mit einer entsprechenden
EL-Anordnung (2) zu versehen.
Figur 3zeigt einen weiteren Ausschnitt A eines erfmdungsgemäßen EL-Elements, welcher in Figur
1 dargestellt ist. Auch hier wird auf einem Substrat (8), welches dreidimensional
verformt ist zunächst eine erste Elektrode (9) durch Sprühapplikation aufgetragen.
Anschließend wird eine Reflektionsschicht (16) auf die erste Elektrode (9) aufgebracht.
Unter Anwendung der Sprühapplikation werden anschließend eine EL-Schicht (11) sowie
eine entsprechende zweite Elektrode (12) aufgetragen. Auf die zweite Elektrode (12)
ist eine graphische Gestaltung (17) aufgebracht. Den Abschluss der EL-Anordnung bildet
ebenfalls eine Schutzschicht (13).
Figur 4zeigt den in Figur 1 dargestellten Ausschnitt B. Ersichtlich ist ein dreidimensional
verformtes, nichtleitendes Substrat (8). Dieses dreidimensional verformte Substrat
(8) weist eine unebene Oberfläche auf. Auf dieses dreidimensionale Substrat werden
die erste Elektrode (9), die Isolationsschicht (10), sowie eine weitere Isolationsschicht
(18) aufgetragen. Dabei erfolgt die Auftragung der ersten Elektrode (8) sowie der
Isolationsschichten (9) und (18) durch Sprühapplikation. Auf die weitere Isolationsschicht
(18) wird eine EL-Schicht (11) aufgetragen. Auf die EL-Schicht (11) wird eine zweite
Elektrode (12) sowie eine Schutzschicht (13) aufgetragen. Die Ansteuerung der ersten
Elektrode (9) sowie der zweiten Elektrode (12) erfolgt durch die kapazitive Kopplungsfläche
(14), wobei der kapazitive Kopplungsabstand (15) eingezeichnet ist.
Figur 5zeigt ein dreidimensionales verformtes EL-Element (1) mit graphischer Gestaltung umfassend
mehrere EL-Anordnungen (2), wobei der Ausschnitt E in Figur 6 näher dargestellt ist.
Figur 6zeigt ein elektrisch nicht leitendes Substrat (8), welches dreidimensional verformt
ist. Auf das dreidimensionale Substrat (8) ist die ersten Elektrode (9) aufgetragen.
Auf diese erste Elektrode (9) ist eine Isolationsschicht (10) aufgetragen. Das EL-Element
(1), das in Figur 6 dargestellt ist, zeigt einen nicht geschlossenen Auftrag der EL-Schicht
(11). So ist die nur im Mittelbereich des dargestellten Substrates vorgesehen, dass
die EL-Schicht (11) auf der Isolationsschicht (10) aufgetragen ist. Der Bereich der
Isolationsschicht (10), welcher nicht von einer EL-Schicht (11) bedeckt ist, wird
von einer weiteren Isolationsschicht (18) bedeckt. Auf die Schicht, welche dann durch
die EL-Schicht (11) bzw. die weitere Isolationsschicht (18) gebildet wird, wird anschließend
eine zweite Elektrode (12) aufgetragen. Auf die zweite Elektrode (12) wird eine Schutzschicht
(13) aufgetragen.
Figur 7zeigt eine Möglichkeit, ein mit einer EL-Anordnung versehenes beliebiges dreidimensional
verformtes Objekt über kapazitive Kopplungsflächen (14) zu kontaktieren. Die Kopplungsflächen
können dabei konzentrisch ineinander liegen, so dass ein Kontakt den anderen umschließt.
Die Kopplungsflächen können jedoch auch nebeneinander liegen. Dabei muss ihr Abstand
groß genug sein um die beiden Flächen elektrisch voneinander zu isolieren.
Figur 8zeigt die in Figur 7 beschriebene Möglichkeit der konzentrischen Kontaktierung von
oben. Der innere Kreis kann eine Elektrode der EL-Anordnung (2) versorgen (beispielsweise
die erste Elektrode (9)), der äußere Kreis kann die andere Elektrode versorgen (beispielsweise
die zweite Elektrode (12)).
Figur 9zeigt den im Beispiel 1 beschriebenen Aufbau mit Metallplatte (17), Substrat (6),
Frontelektrode (7), Elektrolumineszensschicht (9), Isolationsschicht (8), Rückelektrode
(10) und Busbars (19).
1. Verfahren zur Herstellung eines EL-Elementes (1), umfassend mindestens ein Substrat
(8), Komponente A, und mindestens eine EL-Anordnung (2), durch Aufsprühen der Schichten
der EL-Anordnung (2), umfassend folgende Schritte:
a) Aufsprühen der ersten Elektrode (9), auf das Substrat (8) oder auf eine oder mehrere
a auf das Substrat (8) aufgebrachte Isolationsschicht(en),
b) Aufsprühen der EL-Schicht (11),
c) Aufsprühen der zweiten Elektrode (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Aufsprühen der EL-Schicht (11) eine Isolationsschicht (10) aufgesprüht
wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Leiterbahn(en) (21), aufgesprüht wird bzw. werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufsprühen der zweiten Elektrode (12) eine Schutzschicht (13), aufgesprüht
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (8) eine Ebenheitstoleranz von 0,1 mm bis 100 mm pro Meter hat und/oder
einen Innenradius von 1000 mm bis 10 mm und/oder einen Außenradius von über 1 mm hat.
6. EL-Element (1) mit einer Ebenheitstoleranz von 1 mm bis 50 mm pro Meter und/oder einem
Innenradius von 500 mm bis 20 mm, und/oder einen Außenradius von 5 mm bis 500 mm hat.
7. EL-Element (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es durch kapazitive Energieübertragung ansteuerbar ist.
8. Suspension zur Herstellung der Elektroden (9;12) für ein EL-Element (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension 0,025 bis 0,9 Gew.-%, 0,05 bis 0,7 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,075
bis 0,6 Gew.% Poly-(3,4-ethylendioxythiophen) enthält.
9. Suspension nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält:
10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 60 Gew.-%
einer wässrigen Dispersion von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit Polystyrolsulfonat,
35 bis 80 Gew.-% Lösemittel ausgewählt aus Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid,
N,N-Dimethylacetamid, Ethylenglykol, Glycerin, Sorbitol, Methanol, Ethanol, Isopropanol,
N-Propanol, Acton, Methylethylketon, Dimethylaminoethanol oder Wasser oder Gemischen
aus zwei oder drei oder mehreren dieser Lösemittel,
0,3 bis 2,5 Gew.-% Grenzflächenadditiv und Haftaktivator, bevorzugt auf der Grundlage
von Gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan mit Methanol oder auf Acetylenglycol basierenden
nichtionischen Tensiden, und
0,5 bis 6 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 5 Gew.-% Bindemittel, bevorzugt auf der Grundlage
von wässrigen Polyurethandispersionen.
10. Suspension nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Viskosität von 230 bis 245 mPa·s hat.
11. Suspension zur Herstellung einer Elektrolumineszensschicht (11) für ein EL-Element
(1)
dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension enthält:
30 bis 90 Gew.-%, bevorzugt von 35 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 70 Gew.-%
ZnS-Kristalle,
10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% Bindemittel, ausgewählt aus Ein- und
Zweikomponentenpolyurethanen,
1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Lösemittel
ausgewählt aus Ethoxypropylacetat, Ethylacetat, Butylacetat, Methoxypropylacetat,
Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Toluol, Xylol, Solventnaphtha
100 oder beliebige Mischungen von zwei oder mehreren dieser Lösemittel,
0,1 bis 2 Gew.-% Verlaufsmittel, und
0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%
Rheologieadditive.
12. Suspension nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Viskosität von 1740 bis 1810 mPa·s hat.
13. Suspension zur Herstellung einer Isolationsschicht (10) für ein EL-Element (1)
dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension enthält:
5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70
Gew.-% Isolationsmaterial ausgewählt aus SrTiO3, KNbO3, PbTiO3, LaTaO3, LiNbO3, GeTe, Mg2TiO4, Bi2(TiO3)3, NiTiO3, CaTiO3, ZnTiO3, Zn2TiO4, BaSnO3, Bi(SnO3)3, CaSnO3, PbSnO3, MgSnO3, SrSnO3, ZnSnO3, BaZrO3, CaZrO3, PbZrO3, MgZrO3, SrZrO3, ZnZrO3, oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Stoffe, bevorzugt ausgewählt aus BaTiO3 oder PbZrO3 oder Mischungen daraus,
10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% Bindemittel, ausgewählt aus Ein- und
Zweikomponentenpolyurethanen,
1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Lösemittel
ausgewählt aus Ethylacetat, Butylacetat, 1-Methoxypropylacetat-2, Toluol, Xylol, Solvesso
100, Shellsol A oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösemittel,
0,1 bis 2 Gew.-% Verlaufsmittel, und
0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%
Rheologieadditive.
14. Suspension nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Viskosität von 1135 bis 1160 mPa·s hat.
15. Verwendung eines EL-Elements (1) gemäß Anspruch 6 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.