DE102006037997A1

DE102006037997A1 - Dreidimensionales Bauteil und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102006037997A1
Application number: DE200610037997
Authority: DE
Inventors: Manfred Hartmann; Mark Dr. Walter; Dietmar Wechselberger
Original assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Current assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2008-02-21
Also published as: EP2052585A1; WO2008019957A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional gestalteten lichtemittierenden Bauteils mit mindestens einem elektrolumineszierenden Aufbau, bei dem der elektrolumineszierende Aufbau erwärmt und mit einem Werkstück mittels Aktivierung mindestens einer Grenzschicht zwischen den beiden Elementen verbunden wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein lichtemittierendes Bauteil mit mindestens einem elektrolumineszierenden Aufbau, bei dem der elektrolumineszierende Aufbau an mindestens einer Oberfläche mit einem Werkstück durch eine Schmelze verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensional gestaltetes lichtemittierendes Bauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Im speziellen betrifft sie ein solches Bauteil und Verfahren auf Basis mindestens einer elektrolumineszierenden Folie.
Elektrolumineszierende Folien bestehen im Grundaufbau aus mindestens folgenden Schichten: Einer Grundfolie, einer ersten Elektrodenschicht, einer Schicht mit Leuchtpigmenten, einer zweiten, transparenten Elektrodenschicht und einer transparenten Deckfolie. Zusätzliche Hilfsschichten wie Barriereschichten oder Dielektrika können vorhanden sein. Weiterhin können die Deck- und/oder Grundfolien gleichzeitig als Elektrodenschichten dienen. Durch Anlegen einer Spannung – bei anorganischen elektrolumineszierenden Aufbauten einer Wechselspannung – wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Leuchtpigmentschicht zur Lichtemission durch die transparente Elektrode hindurch anregt.
Zusätzlich zum vertikalen Schichtaufbau ist oft eine Strukturierung der Fläche notwendig: Hierzu muß eine Segmentierung der Elektrodenschicht vorgenommen werden, während die Leuchtpigmentschicht sowohl segmentiert als auch unsegmentiert strukturiert ansteuerbar ist. Eine Segmentierung der Pigmentschicht erfolgt üblicherweise durch Verdruckung unterschiedlicher Farbpigment-Segmente, während die Elektrodenschichten durch Unterbrechung der elektrischen Kontakte innerhalb der Schicht und Einzelkontaktierung der so gewonnenen Segmente erfolgt.
Ein solch flacher Folienaufbau ist aufgrund der Komplexität der Schichten und der Segmentierung ein Produkt, das sich nur bis zu einem gewissen Grade zur Verformung in die dritte Dimension eignet. Eine Verwendung elektrolumineszierender Folien ist aber auch in Anwendungen gewünscht, wo Dekor-Bauteile unebene Oberflächen aufweisen. Eine Verklebung von elektrolumineszierenden Folien auf derartige Bauteile ist jedoch nur dann möglich, wenn das Bauteil keine allzu unregelmäßigen Unebenheiten oder starke Oberflächenkrümmungen aufweist, da bei der Applikation sonst leicht Luftblasen eingeschlossen werden oder sich der klebende elektrolumineszierende Verbund am Rande aufstellt.
DE 197 17 740 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem eine elektrolumineszierende Folie im sogenannten Inmould-Verfahren in eine Spritzgussform eingelegt und mit einem heißen, flüssigen Kunststoff hinterspritzt wird. Die Folie kann hierzu im Vorfeld durch Tiefziehen bereits verformt worden sein. Hierbei stellt sich jedoch das Problem, dass der komplexe Folienaufbau durch den heißen flüssigen Kunststoff leicht beschädigt werden kann. Zudem treten lokal hohe Temperaturspitzen auf, was lokal Beschädigungen des Folienaufbaus hervorrufen und damit eine Unbrauchbarkeit des gesamten Bauteils zur Folge haben kann.
Alle beschriebenen bekannten Formen der Anpassung einer elektrolumineszierende Folie auf einen dreidimensionalen Untergrund unterliegen engen Grenzen: Die Anpassung an beliebig gestaltete, sehr unregelmäßige Topologien, d.h. auch an Oberflächen, die mehrere, in ihrer Größe und Gestalt unterschiedliche Hügel aufweisen, ist mit diesen Technologien nicht durchführbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein dreidimensionales Bauteil so mit einer elektrolumineszierenden Folie auszustatten, dass prozesssicher und auch bei komplexeren Oberflächenstrukturen ein lichtemittierender Formkörper entsteht. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung ein mit einer elektrolumineszierenden Folie ausgestattetes dreidimensionales Bauteil bereitzustellen, welches im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Stabilität und niedrigere Störungsanfälligkeit aufweist.
Die erste Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch das Verbinden einer elektrolumineszierenden Folie mit einem Werkstück, bei dem ein elektrolumineszierender Aufbau erwärmt und zur Verbindung der beiden Elemente eine Grenzschicht aktiviert wird. In den Unteransprüchen 2–19 werden besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens beansprucht. In Anspruch 20 und seinen Unteransprüchen wird ein korrespondierendes mit einer elektrolumineszierenden Folie ausgestattetes dreidimensionales Bauteil beansprucht, dessen besonders bevorzugten Ausführungsformen Gegenstand der Ansprüche 21–24 sind.
Anhand der 1–5 wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Dabei sind die Zeichnungen nicht als maßstäblich zu verstehen. Besonders die Schichtdicken von Folien sind aus Anschaulichkeitsgründen stark übertrieben dargestellt.
Es zeigen:
1 in Schnittdarstellung eine Elektrolumineszenzfolie und ein Werkstück zur Erläuterung einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses,
2 das erfindungsgemäße Produkt aus ebendiesem Herstellungsprozeß,
3 in Schnittdarstellung eine Elektrolumineszenzfolie und ein Werkstück in einer Maschine zur Erläuterung einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses,
4 ein Ablaufschema für einen erfindungsgemäßen Herstellungsprozeß in linearer Darstellung,
5 ein Werkstück, welches für eine besondere Unter-Ausführungsform des Herstellungsprozesses benötigt wird.
In 1 wird ein Werkstück 101 mit einem elektrolumineszierenden Folienaufbau 102 verbunden. Diese Folie besteht aus einer elektrolumineszierenden Folie 103 (dem einleitend beschriebenen Schichtaufbau) und einer dem Werkstück 101 zugewandten aktivierbaren Grenzschicht 104. Der elektrolumineszierende Folienaufbau 102 wird im erfindungsgemäßen Verfahren unter Zuführung von Hitze mit dem Werkstück dadurch verbunden, dass die Grenzschicht 104 durch die Hitze aktiviert wird und dadurch eine Verbindung zwischen den beiden Elementen erfolgt. Eine derartige Grenzschicht kann eine zusätzlich aufgebrachte Schicht, wie beispielsweise ein aktivierbarer Klebstoff, sein. Unter den aktivierbaren Klebstoffen sind dann vorzugsweise solche zu wählen, die speziell durch Hitze oder durch Abkühlungsprozesse nach der Applikation aktiviert bzw. vernetzt werden, zum Beispiel Heißschmelz- oder Mehrkomponentenklebstoffe oder latent reaktive Klebstoffe, die durch Wärmezufuhr reagieren und dadurch aushärten. Als Grenzschicht kann jedoch auch die letzte Folienschicht der elektrolumineszierenden Folie 103 dienen, die bei einer entsprechenden Temperatur weich wird und an der Oberfläche schmilzt, wodurch sie ebenfalls mit der Oberfläche des Werkstücks 101 verschmolzen werden kann. Umgekehrt kann als aktivierbare Grenzschicht auch die Oberfläche des Werkstücks dienen oder beide Oberflächen zusammen. Notwendig ist für den erfindungsgemäßen Prozess die Erhitzung mindestens eines der beiden zu verbindenden Elemente, die damit verbundene Aktivierung der Grenzschicht und die gleichzeitige Zusammenführung der beiden Elemente zu einem Materialverbund.
Vorzugsweise wird neben der Erhitzung, Schichtaktivierung und Zusammenführung auch ein Verformungsprozeß durchgeführt, der wiederum idealerweise wärmeinduziert ist. So kann die plan vorliegende elektrolumineszierende Folie 103 durch die Erwärmung an die dreidimensionale Oberfläche des Werkstücks angepasst und mit ihr verbunden werden. Im Vergleich mit einem Hinterspritzvorgang ist dieses Verfahren bedeutend materialschonender und weist vor allem lokal keine derart hohen Materialbeanspruchungen durch unkontrollierbare Temperaturspitzen auf. Die elektrolumineszierende Folie 103 wird vielmehr gleichmäßig erwärmt und dadurch in ihrer Konsistenz weicher und formbarer, so dass Materialschäden bei dieser Verformung praktisch auszuschließen sind.
Zwei für den Fachmann völlig überraschende Effekte des Verformungsprozesses sind erkennbar: Erstens wird trotz der Anwendung von hohen Drücken, mechanischen Kräften, beispielsweise durch Walzen und Stempel und hohen Temperaturen nahe den Schmelzpunkten der Folie 103 keine der Elektrolumineszenz-Funktionsschichten in Mitleidenschaft gezogen. Der beschriebene Kaschierprozess erweist sich überraschenderweise als schonender als das Hinterspritzen. Zudem sind in diesem Verfahren bedeutend kompliziertere Topologien des Bauteils faltenfrei und ohne Funktionsausfälle mit einer elektrolumineszierenden Folie auszustatten. Damit erweist sich ein Verfahren, das zwar aus dem Dekorfolienbereich bekannt ist, aber für Elektroluminezenz-Folien aufgrund ihres empfindlichen Aufbaus überhaupt nicht in Frage kam, überraschenderweise doch als Lösung, speziell dann, wenn es um besonders komplizierte Anwendungen geht.
In 2 ist das erfindungsgemäße Produkt aus dem eben beschriebenen Verfahren dargestellt: Ein dreidimensionales Bauteil 205 besteht aus einem Werkstück 201, auf das eine elektrolumineszierende Folie 203 mit Hilfe einer Schmelze 204 verbunden ist.
3 stellt eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses dar, anhand derer zahlreiche variable Ausführungselemente erläutert werden können. Analog nummeriert zu 1 wird auch hier ein Werkstück 301 mit Hilfe einer aktivierbaren Grenzschicht 304 mit einer elektrolumineszierenden Folie 303 verbunden. Zur Fixierung der beiden Elemente gegeneinander dienen nun zwei Werkzeuge: Ein Formwerkzeug 307 in Form eines Stempels, der eine mit dem Werkstück korrespondierende Kontur aufweist, presst die elektrolumineszierende Folie 303 gegen das Werkstück, welches wiederum von unten mit Hilfe eines Gegenwerkzeugs, hier in Form eine Bodenplatte 306 mit Luftdurchlässen, fixiert ist.
Anhand dieser Zeichnung lassen sich zahlreiche Funktionselemente erfassen:
Erstens ist für den Prozeß mindestens ein Werkzeug notwendig, welches mindestens eines der beiden zu verbindenden Elemente in einer Position hält. Ein zweites, also ein Gegenwerkzeug kann den Prozeß unterstützen. Als Methoden zur Formgebung und zum Zusammenbringen der Elemente kann eine mechanische Krafteinwirkung und/oder die Anwendung von Gas-Über- bzw. Unterdruck dienen. Zum Aufbau eines Unterdrucks dienen beispielsweise die Luftdurchlässe in der Bodenplatte 306. Zur Anwendung mechanischer Kräfte werden bevorzugterweise stempelartige Formen verwendet, in speziellen Anwendungsfällen jedoch auch Walzen (etwa in Form von rotierbaren Zylindern, Kugeln, Ellipsen oder Kegeln, beispielsweise auch mit Bürstenoberfläche zum besseren Andrücken der elektrolumineszierenden Folie auf das Werkstück).
Eine weitere Unterscheidung der bevorzugten Herstellungsmethoden besteht darin, ob vorab vereinzelte elektrolumineszierende Folienstücke auf einzelne Werkstücke taktweise appliziert werden oder ob es sich bei dem Prozeß um ein kontinuierliches Verfahren handelt.
Ein solches Verfahren ist in 4 schematisch dargestellt: Ein Werkstück, hier vorliegend in Form eines Werkstückstrangs 408, und eine elektrolumineszierende Folie 409, die bahnförmig von einer Rolle zugeführt wird, werden in eine Maschine 410 geleitet, wo sie mit Hilfe von Hitze, Über- und Unterdruck (durch die Pfeile angedeutet) zusammengeführt und miteinander in einem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden werden. Von der Maschine heraus wird ein elektrolumineszierender Formteilstrang 411 weggeführt, der nun, beispielsweise durch Stanzung, Laserschneiden oder ähnliche Verfahren zu Bauteilen vereinzelt wird. Vorteil des kontinuierlichen Verfahrens ist die schnellere Durchführbarkeit und der einfacher kontrollierbare Prozeß. Nachteilig ist, dass die Herstellung komplexerer Oberflächenstrukturen nur mit zusätzlichen Werkzeugen bewerkstelligt werden kann.
Eine Mischform zwischen diesen beiden Verfahren stellt die Zusammenführung einzelner Werkstücke, die auf einem Förderband vorgelegt wer den, mit einer elektrolumineszierenden Folie von Rolle dar. Hierzu ist es im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft erkannt worden, ein Werkstück zu verwenden, welches wie in 5 dargestellt ist: Dieses Werkstück 501 weist eine oder mehrere Luftdurchlasskanäle 512 auf. Damit wird ermöglicht, dass ein von der flachen Unterseite her aufgebautes Vakuum nicht nur an der Seite des Werkstücks ansetzt, sondern auch direkt an der Oberfläche. Die elektrolumineszierende Folie, die mit dem Werkstück verbunden wird, wird daher gleichmäßig angesaugt und verschmolzen.
Als Werkstück im Sinne der Erfindung werden nicht nur dreidimensionale Kunststoffteile verstanden, wie sie etwa im Spritzgussverfahren hergestellt werden, sondern sie können auch aus Folien oder anderen flachen Substraten hergestellt worden sein. Durch Zusammenführen mit der elektrolumineszierenden Folie spätestens wird der Verbund so stark, dass er als dreidimensionales Bauteil verwendet werden kann. Sollte eine weitere Verstärkung durch zusätzliches Material notwendig sein, kann der Gesamtverbund nach dem Zusammenführen auch hinterspritzt werden, wobei nun die elektrolumineszierende Folie im Gegensatz zum Stand der Technik durch das Werkstück an ihrer Unterseite vor der heißen Spritzgussmasse ausreichend geschützt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional gestalteten lichtemittierenden Bauteils mit mindestens einem elektrolumineszierenden Aufbau, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolumineszierende Aufbau erwärmt und mit einem Werkstück mittels Aktivierung mindestens einer Grenzschicht zwischen den beiden Elementen verbunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolumineszierende Aufbau zusätzlich während des Verfahrens verformt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolumineszierende Aufbau analog der Formoberfläche verformt wird, mit der er verbunden wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen mit Hilfe mindestens eines Werkzeugs erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen mit Hilfe mindestens eines Werkzeugs und eines Gegenwerkzeugs erfolgt
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug und/oder das Gegenwerkzeug eine zur Oberfläche des Werkstücks analoge Form aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen mit Hilfe von Walzen erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass Verformen mit Hilfe von Unter- und/oder Überdruck erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Über- und/oder Unterdruck mit Hilfe von Luftdurchlaßöffnungen im Werkzeug und/oder im Gegenwerkzeug und/oder im Werkstück erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Werkstücks und des elektrolumineszierenden Aufbaus direkt miteinander verschmolzen werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass Werkstück und elektrolumineszierender Aufbau mittels einer Hilfsschicht miteinander verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht zur Verbindung von Werkstück und elektrolumineszierendem Aufbau ein Klebstoff ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein latent reaktiver Klebstoff ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein Mehrkomponenten- und/oder ein Heißschmelzklebstoff ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein UV- oder elektronenstrahlhärtbarer Klebstoff ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in Form eines massiven Teils vorgelegt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in Form eines aus einer Folie oder einem anderen flachen Substrat hergestellten Formteils vorliegt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolumineszierende Aufbau in Form eines Einzel-Folienteils vorgelegt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–17, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolumineszierende Aufbau kontinuierlich von Rolle vorgelegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Werkstück in Form eines Einzelstücks vorgelegt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–19, dadurch gekennzeichnet dass das Werkstück in Form eines kontinuierlichen Formstrangs vorgelegt wird.
Dreidimensional gestaltetes lichtemittierendes Bauteil mit mindestens einem elektrolumineszierenden Aufbau, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolumineszierende Aufbau an mindestens einer Oberfläche mit einem Werkstück durch eine Schmelze verbunden ist.
Bauteil gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Werkstücks und des elektrolumineszierenden Aufbaus direkt miteinander verschmolzen sind.
Bauteil gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Werkstücks und des elektrolumineszierenden Aufbaus mittels einer Hilfsschicht miteinander verbunden sind.
Bauteil gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschicht, die Werkstück und elektrolumineszierenden Aufbau verbindet, ein Klebstoff ist.
Bauteil gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein Mehrkomponenten- und/oder ein Heißschmelzklebstoff ist.