DE4310082A1

DE4310082A1 - Elektrolumineszenzfolie, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE4310082A1
Application number: DE4310082A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Kochem; Peter Boening; Hermann Dr Schenk; Robert M Dr Kimmel
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1993-03-27
Filing date: 1993-03-27
Publication date: 1994-09-29

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektro lumineszenzfolie aus anorganischem(n) elektrolumi neszentem(n) Pigment(en) und thermoplastischen Kunst stoffen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Elektrolumineszente Zellen (weiterhin EL-Zellen) sind allgemein bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus zwei einander gegenüberliegenden flächigen Elektro den, wobei eine dieser Elektroden transparent sein muß, und einer optisch aktiven, elektrolumineszenten Schicht zwischen diesen beiden Elektroden. Diese Schicht enthält das eigentliche Elektrolumineszenz- Material, also eine Substanz, die die Fähigkeit be sitzt, unter Einfluß elektrischer Felder Licht einer oder mehrerer Wellenlängen zu emittieren.

Derartige Substanzen können organischer und anorga nischer Herkunft sein. Die vorliegende Erfindung be schränkt sich auf die Verwendung der heute für Dick schicht-EL-Zellen üblicherweise eingesetzten anorga nischen Elektrolumineszenz-Pigmente wie sie z. B. in den Dokumenten WO 89/12376, EP-A 0 314 507, US-A 4 684 353 und US-A 4 902 567 beschrieben sind. Dies sind Verbindungen der Gruppe II und VI des Perioden systems (z. B. ZnS, CdSe), dotiert bzw. aktiviert mit Metallen wie Cu, Mn, Ag. Die Pigmente liegen im all gemeinen als polykristalline Feststoffe vor.

Neben den Grundelementen einer EL-Zelle - nämlich zwei Elektroden und eine optisch aktive Schicht - können noch zusätzliche Schichten bzw. Strukturen im Aufbau einer EL-Zelle Verwendung finden. So z. B. wird häufig zwischen mindestens einer der beiden Elektroden und der optisch aktiven Schicht noch eine Schicht aus einem Material mit hoher Dielektrizitäts konstante (z. B. Bariumtitanat BaTiO₃) verwendet. Diese Materialien liegen häufig als Pigmente vor, die dann in einem polymeren Bindemittel eingearbeitet sind. Es können jedoch auch unpigmentierte Harze, wie Acrylharze, als Dielektrika hierfür eingesetzt wer den. Diese dielektrischen Schichten dienen im allge meinen der Erhöhung der elektrischen Feldstärke im Innern der Elektrolumineszenz-Pigmente, um die Leuchtstärke anzuheben.

Die eine Elektrode einer EL-Zelle ist eine transpa rente Elektrode aus zumeist einer dünnen Metall schicht, wie Gold oder Silber, oder aus einer metall oxidischen Halbleiterschicht, z. B. Indiumzinnoxid (ITO), die mittels eines physikalischen Vakuum beschichtungsverfahrens (PVD) (z. B. thermische Ver dampfung, Elektronenstrahlverdampfung, Sputtern etc.) oder eines CVD-Verfahrens (chemical vapour deposi tion) aufgebracht wird. Das Substratmaterial ist zu meist Glas oder Folie, wie im Falle flexibler Elektrolumineszenz-Zellen. Als Folienmaterialien wer den hierzu beispielsweise biaxial orientierte Poly esterfolien eingesetzt. Aber auch Folien aus anderen thermoplastischen Materialien, wie Polyolefine, kön nen Verwendung finden. Die andere Elektrode einer EL- Zelle ist zumeist nicht transparent und besteht im allgemeinen aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe Aluminium, Gold, Silber. Häufig werden hierfür auch Aluminiumfolien eingesetzt.

Da die meisten anorganischen Elektrolumineszenz-Pig mente (z. B. ZnS : Cu) empfindlich gegenüber Feuchtig keit sind, werden Elektrolumineszenz-Zellen häufig in ein gegenüber Luftfeuchte schützendes Gehäuse bzw. in eine Hülle eingeschlossen. Bei flexiblen Elektro lumineszenz-Zellen sind solche Hüllen Folien und Folienlaminate mit hoher Wasserdampfbarriere, vor zugsweise aus Polyolefinen, Fluorpolymeren etc. oder Folien/Folienlaminate, die mit Wasserdampfbarriere schichten wie Polyvinylidenchlorid (PVDC), Metallen, Metalloxiden, Halbleiteroxiden (z. B. Siliciumoxid) etc. ausgerüstet sind.

Da die Elektrolumineszenz-Zellen mit Wechselspannung betrieben werden, sind Metallkontakte von den einzel nen Elektroden nach außen geführt, um eine Wechsel spannungsquelle anschließen zu können.

Die übliche Vorgangsweise zum Aufbringen der optisch aktiven Schicht ist die Beschichtung einer der beiden Elektroden, z. B. einer Aluminiumfolie oder einer mit einer dielektrischen Schicht versehenen Aluminium folie, mit einer wäßrigen oder lösemittelhaltigen Dispersion oder Paste, bestehend aus einem oder meh reren Bindemitteln und einem oder mehreren verschie denen Elektrolumineszenz-Pigmenttypen, wobei der Gewichtsanteil dieser Pigmente zu den optisch nicht aktiven Bestandteilen im allgemeinen sehr hoch ist ( 50 Gew.-%) (z. B. US-A 4 684 353).

In dem Dokument EP-A 0 314 507 werden beispielsweise Elektrolumineszenz-Pasten für den Einsatz bei der Herstellung von Elektrolumineszenz-Zellen beschrie ben, bestehend aus pulverisiertem Phosphor und einer organischen Substanz mit hoher Dielektrizitätszahl ( 10 bei 1 kHz, 25°C), wie z. B. 2-(2-Cyanoeth oxy)ethylacrylat).

In der US-A 4 684 353 ist ein Verfahren zur Herstel lung eines dünnen flexiblen Elektrolumineszenz-Ele mentes beschrieben, wobei Elektrolumineszenz-Phosphor sorgfältig und gleichmäßig in eine thermoplastische Harzmatrix eingearbeitet wird und die so erhaltene Dispersion als eine Beschichtung auf ein Foliensub strat aufgebracht wird. Beispielsweise wird eine Dispersion mit einem Feststoffgehalt aus 68% Cu-ak tivierten ZnS (ZnS : Cu) und 32% Polyethylenterephtha lat-Harz auf einen Verbund aus zwei PET-Folien aufge tragen. Die Verbundhaftung dieser Folien ist durch Verwendung eines druckempfindlichen Haftklebers so niedrig, daß nach Trocknung der Dispersionen und Sputterbeschichtung mit Indiumzinnoxid die beiden PET-Folien wieder getrennt werden können. Dadurch wird erreicht, daß diejenige PET-Folie, auf die die Dispersion aufgetragen ist, sehr dünn gehalten werden kann und eine Dicke von etwa 6,35 µm hat. Die Folie kann dann als Rollenware weiterverarbeitet werden. Für den Weiterverarbeiter ist diese Form eines Elektrolumineszenz-Halbzeugs sehr nützlich, da es ihm ermöglicht, vorgegebene Größen von Elektrolumi neszenz-Zellen hieraus mit einem möglichst geringen Verschnittverlust herzustellen. Die elektrischen Kon takte und die Gegenelektrode werden den Dimensionen des Endprodukts angepaßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrolumines zenzfolie so zu verbessern, daß die optisch aktive Schicht direkt in die Kunststoffmatrix einer frei tragenden wickelfähigen Folie eingebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise ge löst, daß die Elektrolumineszenzfolie eine extru dierte oder koextrudierte Folie mit einem Pigment anteil von bis zu 70 Vol.-% am Gesamtvolumen der Folie ist. In Ausgestaltung der Erfindung ist der Pigmentanteil gleich/kleiner 50 Vol.-%. Die Pigmente sind zweckmäßigerweise elektrolumineszente Verbin dungen aus der Gruppe II und VI des Periodensystems, wie ZnS, CdSe, dotiert bzw. aktiviert mit Metallen, wie z. B. Cu, Mn, Ag.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 11.

Im Rahmen der Erfindung soll auch ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Elektrolumineszenz folien geschaffen werden. Die Herstellung einer Elektrolumineszenzfolie aus anorganischem(n), elektrolumineszentem(n) Pigment(en) und thermoplasti schem(n) Kunststoff(en) geschieht in der Weise, daß polykristalline(s), elektrolumineszente(s) Pigment(e) und Kunststoffpulver miteinander vermischt werden, daß die Pulvermischung oder das Pulvergranulat in einem Schneckenextruder unter Druck aufgeschmolzen und die Schmelze über eine Schlitzdüse auf eine tem perierte Walze in Folienform extrudiert wird und daß die abgekühlte und verfestigte Folienform von der Walze abgezogen und zu einer Rolle aufgewickelt wird. Hierbei wird die optisch aktive Schicht dadurch er zeugt, daß aus einer Mischung, bestehend aus einem oder mehreren thermoplastischen Materialien sowie an organischen Elektrolumineszenz-Pigmenten entweder mittels Extrusion eine wickelfähige Monofolie oder mittels Koextrusion ein wickelfähiger A/B- oder A/B/A-Folienaufbau hergestellt wird. Die Folie B bzw. die direkt durch Extrusion erzeugte Monofolie besteht aus einem thermoplastischen Material mit einem hohen Gehalt an anorganischen Elektrolumineszenz-Pigmenten. Die Folie A ist ein thermoplastischer Kunststoff, der gegenüber der Folie B eine geringe Haftung aufweist, so daß die Folien A und B einfach voneinander ge trennt werden können. Die direkt mittels Extrusion erzeugte Monofolie oder die über Koextrusion erzeugte Folie B können als optisch aktive Schicht in flexiblen Elektrolumineszenz-Zellen eingesetzt wer den. Die Folien A und B können dabei auch aus einer Mischung mehrerer thermoplastischer Materialien be stehen. Außerdem können in der Folie B auch mehrere verschiedene elektrolumineszente Pigmenttypen ent halten sein, ebenso in der durch Extrusion erzeugten Monofolie.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß eine das/die Elektrolumineszenz-Pigment(e) enthaltende Schicht mittels A/B/A- oder A/B-Koextrusion erzeugt wird, wobei die Folie B die die Elektrolumineszenz- Pigmente enthaltende Schicht ist und die Folie A aus einem thermoplastischen Material besteht, welches eine geringe Haftung zu Folie B aufweist, so daß die Folien A und B leicht voneinander getrennt werden können. Das Verfahren der Koextrusion ermöglicht ins besondere eine größere Variabilität im Dickenspektrum der Elektrolumineszenzfolie und den Einsatz höherer Pigmentanteile. Das koextrudierte Folienlaminat A/B/A bzw. A/B kann entweder bereits in-line, also noch in der Koextrusionsanlage, in drei (A, B, A) bzw. zwei (A, B) Folien aufgetrennt und aufgewickelt werden; dies kann jedoch auch später, z. B. durch einen Weiterverarbeiter erfolgen. Dabei besteht ein großer Vorteil des Verfahrens u. a. auch darin, daß die über schüssige Folie A einer Wiederverwertung problemlos zugeführt werden kann.

Der Pigmentgehalt in der extrudierten bzw. koextru dierten Folie kann in sehr weiten Grenzen variiert werden. Um zu einer verarbeitbaren wickelfähigen Rollenware zu gelangen, soll der Pigmentgehalt nicht über 70 Vol.-%, vorzugsweise nicht über 50 Vol.-%, liegen. Als nicht optisch aktive thermoplastische, extrudierbare Materialien, in die das oder die Pig mente eingearbeitet werden, kommen beispielsweise ohne Beschränkung der Allgemeinheit in Frage: Poly olefine (Polyethylen, Polypropylen etc.), Polyester (z . B. Polyethylenterephthalat), Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyamid, Polyacetat, Ethylenvinylace tat, Polystyrol, Cycloolefin-Copolymere (COC), Fluor polymere, Polymethylpenten sowie Flüssigkristallpoly mere (LCP).

Damit die Schichten bzw. Folien A und B ohne Beschä digung voneinander mechanisch getrennt werden können, ist eine geringe Haftung zwischen den Folien A und B erforderlich, die jedoch noch ausreichend groß sein muß, daß das Koextrudat als Folie handhabbar ist. Dies wird durch richtige Auswahl der Thermoplasten für die Folien A und B erreicht, indem z. B. A: polar, B: unpolar, A,B: unpolar gewählt werden. So ist zum Beispiel B ein Polyolefin und A ein Polyamid oder Fluorpolymer. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Zugabe von Trennadditiven, wie Tenside, Fluo ride, Fluorpolymere, Silikone, Silikonöle, Fett säuren, Fettamine zu A oder B oder A und B. Eine andere Möglichkeit ist die Modifikation des Verfah rens derart, daß eine A/A₁/B/A₂/A bzw. A/A₁/B-Koex trusion durchgeführt wird, wobei A₁ und A₂ als Trenn schichten zwischen A und B fungieren.

Die entweder durch Extrusion oder Koextrusion herge stellte Folie mit einem Elektrolumineszenz-Pigmentan teil von nicht über 70 Vol.-%, vorzugsweise nicht über 50 Vol.-% , bildet ein Halbzeug, das zur Her stellung funktionsfähiger flexibler Elektrolu mineszenz-Zellen verwendet werden kann. Der Aufbau derartiger Zellen entspricht der weiter oben be schriebenen Struktur, wobei die bisher üblicherweise eingesetzten Elektrolumineszenz-Beschichtungen durch die erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzfolien er setzt werden.

Dazu wird die Elektrolumineszenzfolie mit den übrigen Bestandteilen einer funktionsfähigen Elektrolu mineszenz-Zelle verbunden. Dies kann in einem ersten Schritt durch Laminierung der beiden Elektroden der Elektrolumineszenz-Zelle, die im allgemeinen mit di elektrischen Schichten versehen sind, sowie der Außenkontaktierungen durch Metalldrähte, -bänder, -folien mit der Elektrolumineszenzfolie mittels Kleberkaschierung oder einem sonstigen kontinu ierlichen oder diskontinuierlichen standardverfahren geschehen.

Zum Schutz vor Feuchtigkeit wird ein derartiges Lami nat in einem zweiten Schritt durch einen Laminierpro zeß in eine Folienhülle mit hoher Wasserdampfbarriere eingebracht. Für die Folienhülle sind insbesondere Folien aus Fluorpolymeren und Polyolefinen (Polypropylen, Polyethylen etc.) sowie mit speziellen Wasserdampfbarriereschichten, wie Polyvinylidenchlo rid (PVDC), Metallen, Metalloxiden, Halbleiteroxiden (z. B. Siliciumoxide), versehene Folien bzw. Folien laminate hieraus geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnun gen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Elektro lumineszenzfolie nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen A/B/A-Aufbau einer Folie, die durch Koextrusion hergestellt ist, mit der Folie B als Elektrolumineszenzfolie;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte Elektrolumineszenz-Zelle, mit einer Elektrolumineszenzfolie nach der Erfindung als optisch aktive Schicht;

Fig. 4 schematisch die Extruderanordnung zur Herstellung einer Elektrolumineszenz folie gemäß Fig. 1; und

Fig. 5 die schematische Anordnung von zwei Extrudern und eines Adapters zur Her stellung einer Folie mit A/B/A-Aufbau gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch eine Elektrolumineszenzfolie 1 gezeigt, bei der Elektro lumineszenz-Pigmente 2 einer Sorte oder mehrerer Sor ten in einem Polymer 3 eingebettet sind, das die Matrix der Elektrolumineszenzfolie 1 bildet. Das Her stellungsverfahren für die Elektrolumineszenzfolie 1 wird nachstehend in den Beispielen 1 und 2 erläutert. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen A/B/A-Aufbau eines durch Koextrusion hergestellten Folienverbundes 4. Die mittlere Folie B entspricht der Elektrolumi neszenzfolie der Fig. 1, d. h. ist eine als Elektrolu mineszenz-Pigmenten und einem Polymer, wie Polypropy len, zusammengesetzte Folie, während die beiden Folien A,A zu beiden Seiten der Folie B reine Poly merfolien sind, wobei das hierzu verwendete Polymer, z. B. Polyamid, sich von dem Polymer der Folie B unterscheidet. Das letztere Polymer wird aus der Gruppe Polyolefine, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Poly vinylbutyral, Polycarbonat, Polyacetat, Ethylen vinylacetat, Polystyrol, Cycloolefin-Copolymere (COC); Fluorpolymere, Polymethylpenten sowie Flüssig kristallpolymere (LCP) ausgewählt. Allgemein gilt für die Auswahl der Folien A mit entsprechend geringer Haftung gegenüber der Folie B, daß es sich um unter schiedliche Materialien handelt oder daß im Falle von gleichen Materialien Trennschichten vorgesehen sind. Die Herstellung des Folienverbunds 4 wird anhand des nachfolgenden Beispiels 3 beschrieben.

In Fig. 3 ist eine Elektrolumineszenz-Zelle 16 im Schnitt dargestellt, deren Kernstück die auf ein vor gegebenes Format zugeschnittene Elektrolumines zenzfolie 1 ist, die gemäß den Verfahren hergestellt wird, die anhand der Beispiele 1, 2 bzw. 3 beschrie ben sind, und die im Schnitt in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Elektrolumineszenzfolie 1 ist mit tels eines Polymerklebers 5,5, z. B. Polyvinylbuty ral, einerseits mit einer Metallfolie 10, die mit einer Bariumtitanatschicht 9 ausgerüstet ist, und andererseits mit einer elektrisch leitfähigen Folie 14 verklebt bzw. haftend verbunden. Die Metallfolie 10 ist beispielsweise eine Aluminiumfolie, die Kon takte 11 aus Kupfer mit Anschlüssen 12 für eine Wech selspannungsquelle aufweist. Als elektrisch leit fähige Folie 14 wird bevorzugt eine Polyethylen terephthalatfolie verwendet, die mit einer Indium zinnoxidschicht 6 als elektrisch leitende Schicht ausgerüstet ist, wobei die Indiumzinnoxidschicht 6 Kontakte 7 aus Kupfer mit Anschlüssen 8 für eine Wechselspannungsquelle aufweist. Zum Schutz gegen Luftfeuchtigkeit ist der Verbund aus Elektrolumines zenzfolie 1, Kleber 5, Bariumtitanatschicht 9, Folie 14 sowie Metallfolie 10 und die Indiumzinnoxidschicht 6 in einer Hülle aus einer wasserundurchlässigen Folie 15,15 wie Polychlortrifluorethylen (PCTFE) mit tels einer Siegelschicht 13,13, z. B. Polyethylen, eingesiegelt.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Her stellung der Elektrolumineszenzfolie 1. Über einen Trichter 17 wird eine Mischung aus Elektrolumi neszenz-Pigmenten und Polymerpulver bzw. -granulat in einen bekannten Schneckenextruder 18 eingebracht. An den Schneckenextruder 18 ist eine Breitschlitzdüse 19 angeschlossen, aus deren Düsenspalt ein austretender Schmelzefilm über eine Kühlwalze 20 geführt ist. Der Schmelzefilm wird auf der Oberfläche der Kühlwalze 20 abgekühlt und zu der Elektrolumineszenzfolie 1 ver festigt, die auf eine Aufwickelrolle 21 als weiter zu verarbeitendes Halbzeug aufgewickelt wird.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Folienverbunds 4 mit einem A/B/A-Aufbau schematisch dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt zwei Extruder 18 und 23, von denen der Extruder 18 dem Extruder der Fig. 4 entspricht und ebenso wie dieser über den Trichter 17 mit einer Mischung aus Elektrolumi neszenz-Pigmenten und Polymerpulver bzw. -granulat beschickt wird. Ein weiterer Extruder 23 wird über einen Trichter 22 mit einem Polymergranulat oder -pulver beschickt. Bei diesem Polymer handelt es sich beispielsweise um Polyamid. Die Schmelzeströme der beiden Extruder 18, 23 werden in einem Adapter 24 zu sammengeführt, in dem es zur Ausbildung des A/B- oder A/B/A-Aufbaus des Folienverbundes 4 kommt. An den Adapter 24 ist eine einfache Flach- oder Breit schlitzdüse 25 angeschlossen, aus deren Düsenspalt der Folienverbund 4 auf die Kühlwalze 26 austritt. Der auf der Oberfläche der Kühlwalze 26 abgekühlte und verfestigte Folienverbund 4 wird abschließend auf eine Aufwickelrolle 27 aufgewickelt. An Stelle des Adapters 24 und der Düse 25 kann auch eine bekannte Mehrschichtdüse vorgesehen werden, der die beiden Schmelzeströme der Extruder 18 und 23 zugeführt wer den, um einen A/B- oder A/B/A-Aufbau des Folienver bundes 4 auszubilden.

Die Herstellung der Elektrolumineszenzfolien wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

70 Gewichtsprozent eines anorganischen elektrolumi neszenten Pigments (Lumilux® Grün EL der Fa. Riedel de Haën, Deutschland) und 30 Gewichtsprozent Polypro pylenpulver (Hostalen® PPU der Fa. Hoechst, Deutschland) werden in einem Rotationsmischer inten siv gemischt.

An Stelle eines Rotationsmischers ist jede andere Vorrichtung, wie ein Rührer oder eine Wirbelvor richtung, geeignet, die eine starke Vermischung der einzelnen Komponenten herbeiführt.

Diese Pulvermischung wird in einem herkömmlichen für Polymerfolienextrusion geeigneten Schneckenextruder zu einer Flachfolie extrudiert. Der Zylinderdurch messer des Einschneckenextruders (Schneckenstrang presse) beträgt beispielsweise 30 mm. Die Schnecke hat eine Länge von fünfundzwanzig Durchmessern, von denen drei Durchmesser auf die Einzugszone, fünfzehn Durchmesser auf die Plastifizierzone und sieben Durchmesser auf die Ausstoßzone entfallen. Die Kom pression dieser Schneckengeometrie beträgt 1 : 2,8. Im Ausstoßteil der Schnecke sind acht Nuten mit den Ab messungen 4 mm × 3,5 mm als Mischteil eingefräst. Der Zylinder des Extruders wird in der Einzugszone auf 150°C, in den übrigen Zonen auf 240°C erwärmt. Die Schnecke dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 30 Umdrehungen pro Minute, dabei entsteht in der Schmelzeleitung ein Druck von 16 bis 18 bar. An den Extruder ist eine Breitschlitzdüse in L-Form ange baut, die eine Breite von 250 mm hat. Die austretende Schmelze wird auf einer temperierten, chrombeschich teten Walze auf 30°C abgekühlt und verfestigt. Mit einem elektrostatischen Feld, das zwischen einem über dem Schmelzfilm gespannten Draht und der geerdeten Walze wirkt, wird eine luftblasenfreie Anlegung des Schmelzefilms auf die Kühlwalze erreicht. Die mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 1,0 bis 1,4 m/min hergestellte Folie ist ca. 230 mm breit und hat eine Dicke von ca. 200 µm. Die Folie kann mittels eines angetriebenen Wickelsystems des Walzenstuhls zu einer Rolle aufgewickelt werden.

Die aufgewickelte Folie bildet ein Halbzeug mit einer Polypropylenmatrix, die einen elektrolumineszenten Pigmentanteil von 70 Gewichtsprozent aufweist, das sind, bei einer Dichte des Polypropylens von 0,905 g/cm³ und einer Dichte des Pigments von 4,0 g/cm³ 34 Volumenprozent Pigmentanteil.

Der Zusammenhang zwischen den Gewichts- und Volumen prozenten ergibt sich aus folgenden Gleichungen:

G_F = G_P + G_PIG (1)

V_F × ρ_F = V_Pρ_P + V_PIGρ_PIG (2)

mit dem Gesamtgewicht G_F der Folie, dem Gewicht G_P des Polymers und dem Gewicht G_PIG der Pigmente sowie den entsprechenden Volumina V und spezifischen Gewichten ε der Komponenten, die jeweils durch die Indizes F, P und PIG kenntlich gemacht sind. Mit

V_P = V_F - V_PIG (3)

in Gleichung (2) eingesetzt, wird erhalten

Weiterhin gilt:

Wird (4) in (5) eingesetzt, mit

Mit ρ_P (Hostalen® PPU) = 0,905 g/cm und ρ_PIG (Lumilux®) = 4,0 g/cm³ lautet der Zusammenhang

bzw. wird durch Umformung erhalten

Es ist auch möglich an Stelle von Folien, d. h. also flächigen Formkörpern, geometrisch andere Formkörper durch entsprechende Produktionsverfahren wie Spritz gießen oder Kalandrieren herzustellen.

Wird eine dünnere Folie gewünscht, so kann dies da durch erreicht werden, daß der Schmelzefilm aus einem engeren Düsenspalt abgezogen wird oder dadurch, daß die Flachfolie auf eine kleinere Dicke gebracht wird, indem sie diskontinuierlich in eine beheizte Platten presse eingelegt oder kontinuierlich zwischen zwei beheizten Walzen hindurchgeführt wird.

Zur Weiterverarbeitung ist es nötig, die Ober flächenspannung der Folienoberflächen zu erhöhen. Das geschieht mit den in der Folienherstellung bekannten Verfahren, wie z. B. der elektrischen Entladung, der sogenannten Coronabehandlung.

Ein weiteres Verfahren ist beispielsweise das Anätzen mit einer starken Säure, wie Chromschwefelsäure.

Anschließend wird das Elektrolumineszenz-Halbzeug weiter verarbeitet.

Aus der Folienrolle werden Stücke in beliebiger, ge wünschter Größe und Form herausgeschnitten. Mit einem Polyvinylbutyral-Kleber - auch andere Kleber sind ge eignet - wird das Halbzeug auf der einen Seite gegen eine mit Bariumtitanat beschichtete, mit Kupferkon takten versehene Aluminiumfolie, auf der anderen Seite gegen eine transparente, elektrisch leitfähige, kontaktierte Folie, nach den Verarbei tungsvorschriften des Klebers unter Druck und Wärme geklebt. Die elektrisch leitfähige, kontaktierte Folie ist z. B. eine PET-Folie mit einer elektrisch leitenden Beschichtung aus Indiumzinnoxid (ITO) mit Kontakten aus Kupferfolie. Hierzu werden zwei be heizte Kaschierwalzen eingesetzt, die aufein anderdrückend das Laminat beim Durchlauf durch den Kaschierspalt innig miteinander verbinden.

Da Feuchtigkeit der Lebensdauer einer Elektrolumi neszenz-Zelle abträglich ist, muß sie vor Luftfeuch tigkeit geschützt werden. Das voranstehend be schriebene Laminat wird in eine Hülle mit niedriger Wasserdampfdurchlässigkeit unter Druck und Wärme flächig eingesiegelt. Diese Hülle besteht aus einem siegelbaren Folienverbund. Dafür ist beispielsweise geeignet: Aclam® der Fa. Allied Signal, USA, ein Verbund, der sich zusammensetzt aus einer 50 µm dicken Polyethylenfolie und einer 125 µm dicken Poly chlortrifluorethylenfolie Aclar® der Fa. Allied Signal, USA).

Bei einer Spannung von 340 Volt und einer Frequenz von 400 Hertz wird eine Leuchtstärke von 1 candela pro Quadratmeter erreicht. Bei einer höheren Frequenz von 2 Kilohertz beträgt die Leuchtstärke 6 candela pro Quadratmeter.

Beispiel 2

Zur Schonung der Leuchtkraft der Pigmente wird die Extrusionstemperatur abgesenkt, indem ein anderes Polymer als Matrix für die Elektrolumineszenzfolie eingesetzt wird. Es werden 70 Gewichtsprozent eines anorganischen Elektrolumineszenz-Pigments (Lumilux® Grün EL der Fa. Riedel de Haën) und 30 Gewichts prozent mit Weichmacher angeteigtem Polyvinylbutyral (Mowital® der Fa. Hoechst) intensiv gemischt. Die Mischung wird in einem Schneckenextruder zu einer Flachfolie extrudiert. Der Zylinderdurchmesser des Einschneckenextruders (Schneckenstrangpresse) beträgt 17 mm. Die Schnecke hat eine Länge von dreizehn Durchmessern, von denen sieben Durchmesser auf die Einzugszone, zwei Durchmesser auf die Plastifizier zone und vier Durchmesser auf die Ausstoßzone entfal len. Die Kompression dieser Schneckengeometrie be trägt 1 : 3,0. Der Zylinder des Extruders wird in allen Zonen einheitlich auf 150°C geheizt. Damit ist die Schmelzetemperatur etwa 90°C geringer als im Bei spiel 1. Die Schnecke dreht sich mit einer Geschwin digkeit von 10,5 Umdrehungen pro Minute. An den Extruder ist eine Breitschlitzdüse angebaut, die eine Breite von 60 mm hat. Der austretende Schmelzefilm wird auf einer temperierten Chromwalze auf 30°C ab gekühlt und verfestigt. Die mit einer Abzugsge schwindigkeit von etwa 1 m/min hergestellte Folie ist ca. 50 mm breit und hat eine Dicke von ca. 200 µm. Die Folie kann mittels eines angetriebenen Wickel systems des Walzenstuhls zu einer Rolle aufgewickelt werden.

Die aufgewickelte Folie ist ein leicht weiter zu ver arbeitendes Halbzeug, das eine PVB-Matrix mit einem elektrolumineszenten Pigmentanteil von 70 Gewichts prozent aufweist. Bei einer Dichte des angeteigten PVB von 1,08 g/cm³ sind 39 Volumenprozent Pigment anteil.

Die weiteren Verarbeitungsschritte des Elektrolu mineszenz-Halbzeugs zu einer Elektrolumineszenz- Zelle sind ähnlich zu denjenigen des Beispiels 1.

Beispiel 3

Eine bessere Dickengleichmäßigkeit und eine dünnere Endfolie, die einen Zwischenschritt zur Auswalzung auf eine geringere Enddicke der Folie erspart sowie einen höheren Gehalt an Elektrolumineszenz-Pigmenten, extrudiert bei höheren Geschwindigkeiten zuläßt, kann dadurch erreicht werden, daß die Extrusion der Pig ment/Polymer-Mischung zugleich mit der Extrusion einer weiteren Folie aus einem anderen Polymer auf einer Seite oder zweier weiteren Folien auf jeder Seite der Pigment/Polymer-Schmelze erfolgt. Als be kanntes technisches Mittel bietet sich das Koextru sionsverfahren für Folien an, bei dem zwei Polymer ströme aus zwei Extrudern über einen bekannten, spe ziell gestalteten Adapter und eine einfache Flachdüse oder durch eine bekannte Mehrschichtdüse so aufge teilt werden, daß entweder ein Zweifachfolienverbund vom Aufbau A/B oder ein Dreifachfolienverbund des Aufbaus A/B/A erhalten wird. Dabei ist die Folie B die Pigment/Polymer-Mischung bzw. die Elektrolumines zenzfolie und die Folie A jeweils die Folie aus dem anderen Polymer.

Es werden 80 Gewichtsprozent anorganisches elektrolu mineszentes Pigment (Lumilux® Grün EL der Fa. Riedel de Haën) und 20 Gewichtsprozent Polypropylen pulver (Hostalen® PPU der Fa. Hoechst) intensiv miteinander gemischt und in einen Schneckenextruder gegeben. Der Zylinderdurchmesser des Einschnecken extruders (Schneckenstrangpresse) beträgt 30 mm. Die Schnecke hat eine Länge von fünfundzwanzig Durch messern, von denen drei Durchmesser auf die Einzugs zone, fünfzehn Durchmesser auf die Plastifizierzone und sieben Durchmesser auf die Ausstoßzone entfallen. Die Kompression dieser Schneckengeometrie beträgt 1 : 2,8. Im Ausstoßteil der Schnecke sind acht Nuten mit den Abmessungen 4 mm × 3,5 mm als Mischteil ein gefräst. Der Zylinder des Extruders wird in der Ein zugszone auf 150°C, in allen übrigen Zonen auf 240°C geheizt. Die Schnecke dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 40 Umdrehungen pro Minute, dabei entsteht in der Schmelzeleitung ein Druck von etwa 105 bar.

In einen zweiten Schneckenextruder wird ein anderes Polymer (6,6 Polyamid), das mit dem ersten Polymer (Polypropylen) keine Verbindung eingehen kann, einge füllt (Ultramid® BF4 der Fa. BASF, Deutschland). Der Zylinderdurchmesser des Einschneckenextruders (Schneckenstrangpresse) beträgt 45 mm. Die Schnecke hat eine Länge von vierundzwanzig Durchmessern, von denen sechs Durchmesser für die Einzugszone, sechs Durchmesser auf die Plastifizierzone und zwölf Durch messer auf die Ausstoßzone entfallen. Die Kompression dieser Schneckengeometrie beträgt 1 : 4,1. Der Zylinder des Extruders wird in der Einzugszone auf 215°C, in allen anderen Zonen auf 260°C geheizt. Die Schnecke dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 35 Umdrehun gen pro Minute, dabei entsteht in der Schmelzeleitung ein Druck von 120 bar.

Die Schmelzeleitungen beider Extruder werden über einen Adapter, der eine Verteilungspinole enthält, mit einer Düse in T-Form verbunden, die eine Breite von 220 mm hat. Aus dieser Düse wird der gemeinsame Schmelzefilm auf eine chrombeschichtete, temperierte Walze, die eine Temperatur von 90°C aufweist, zu einer Flachfolie extrudiert. Es wird keine elektro statische Schmelzefilmanlegung praktiziert. Die mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 10 m/min hergestellte Folie ist ca. 180 mm breit und hat eine Dicke von ca. 220 µm. Die Folie kann mittels eines angetriebenen Wickelsystems des Walzenstuhls zu einer Rolle auf gewickelt werden.

Da beide Polymere der Folien A und B nicht aneinander haften, kann der Gesamtverbund nach der Abkühlung in die Teile Polyamid, Teilverbund aus Polymer und Elektrolumineszenz-Pigment sowie Polyamid aufgetrennt werden. Der Teilverbund aus Polymer und Elektrolu mineszenz-Pigment ist ca. 100 µm dick und braucht nicht mehr ausgewalzt zu werden.

Die so erhaltene Elektrolumineszenzfolie bildet ein Halbzeug aus einer PP-Matrix mit einem elektrolumi neszenten Pigmentanteil von 80 Gewichtsprozent, das sind bei einer Dichte des Polypropylens von 0,905 g/cm³ und einer Dichte des Pigments von 4,0 g/cm³ 47,5 Volumenprozent Pigmentanteil.

Die weiteren Verarbeitungsschritte der Elektrolumi neszenzfolie zu einer Elektrolumineszenz-Zelle ähneln denen des Beispiels 1. An der fertigen Elektrolu mineszenz-Zelle wird eine Leuchtstärke von 1 candela pro Quadratmeter bei einer Spannung von 340 Volt und einer Frequenz von 400 Hertz gemessen.

Die in den Beispielen 1 bis 3 angeführten Abmessungen der Extruder und der Folien sowie die Materialangaben in den Ausgangsstoffen der Folien sind nur beispiel haft und begrenzen den Erfindungsgegenstand in keiner Weise.

Der Volumenanteil der Elektrolumineszenz-Pigmente kann bis zu 70% betragen.

Claims

1. Elektrolumineszenzfolie aus anorganischem(n), elektrolumineszentem(n) Pigment(en) und thermo plastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolumineszenzfolie eine extrudierte oder koextrudierte Folie mit einem Pigmentanteil von bis zu 70 Vol.-% am Gesamtvolumen der Folie ist.

2. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pigmentanteil gleich/ kleiner 50 Vol.-% ist.

3. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmente elektrolumines zente Verbindungen aus der Gruppe II und VI des Periodensystems, wie Zinksulfid und Cadmiumsele nid, dotiert bzw. aktiviert mit Metallen wie Cu, Mn, Ag, sind.

4. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei oder mehrere ver schiedene elektrolumineszente Pigmentarten ent hält.

5. Elektrolumineszenzfolie, nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff aus der Gruppe Polyelefine, wie Poly ethylen, Polypropylen; Polyester, wie Poly ethylenterephthalat, Polymethylen-1,4-cyclo hexylenmethylenterephthalat, Polyethylen-2,6- naphthalat (PEN), Polyethylen-(2,6-naphthalat co-4,4′-bibenzoat (PENBB) sowie Copolyester hieraus; Polyvinylchlorid; Polyvinylbutyral; Polycarbonat; Polyamid; Polyacetat; Ethylen vinylacetat; Polystyrol; Cycloolefin-Copolymere (COC); Fluorpolymere; Polymethylpenten sowie Flüssigkristallpolymere (LCP) ausgewählt ist.

6. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierte Folie eine wickelfähige, verarbeitbare Monofolie ist, bei der das/die elektrolumineszente(n) Pigment(e) in den thermoplastischen Kunststoff eingearbeitet ist/sind.

7. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koextrudierte Folie einen Aufbau A/B/A oder A/B aufweist, wobei die Schicht B das/die elektrolumineszente(n) Pig ment(e) enthält und die Schicht A aus einem thermoplastischen Material besteht, das eine ge ringe Haftung gegenüber der Schicht B besitzt, so daß A und B ohne Beschädigung voneinander me chanisch getrennt werden können.

8. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht B ein Polyolefin als thermoplastischen Kunststoff enthält und daß die Schicht A aus einem Polyamid oder Fluor polymer besteht.

9. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schicht A oder B oder den Schichten A,B Trennadditive aus der Gruppe Tenside, Fluoride, Fluorpolymere, Silikone, Silikonöle, Fettsäuren, Fettamine beigegeben sind.

10. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß A und/oder B mit Trenn schichten aus diesen Trennadditiven versehen sind.

11. Elektrolumineszenzfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstärke mindestens 2 bis 6 candela/m², bei einer Frequenz von 400 Hz bis 2 kHz und einer Spannung von 340 Volt, beträgt.

12. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumi neszenzfolie aus anorganischem(n), elektrolumi neszentem(n) Pigment(en) und thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß polykristalline(s), elektrolumineszente(s) Pig ment(e) und Kunststoffpulver bzw. -granulat mit einander vermischt werden, daß die Mischung in einem Schneckenextruder unter Druck aufgeschmol zen und die Schmelze über eine Schlitzdüse auf eine temperierte Walze in Folienform extrudiert wird und daß die abgekühlte und verfestigte Folienform von der Walze abgezogen und zu einer Rolle aufgewickelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß in der Einzugszone des Extruders die Mischung auf 150°C und in den übrigen Zonen des Extruders auf 150°C bis 260°C erhitzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die Extrusion der Schmelze aus poly kristallinem(n), elektrolumineszentem(n) Pig ment(en) und Kunststoffpulver bzw. -granulat zugleich mit der Extrusion einer Kunststoff- Schmelze auf einer Seite oder zweier Kunststoff- Schmelzen, je einer auf jeder Seite der Schmelze, vorgenommen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß der mit dem/den Pigment(en) vermischte Kunststoff einen Polymerstrom bildet, der sich von dem Polymerstrom der koextrudierten Kunst stoff-Schmelze unterscheidet, und daß die zwei zusammengeführten Polymerströme aus zwei Extru dern über einen Adapter und eine Flachdüse oder eine Mehrschichtdüse so aufgeteilt werden, daß eine Folie mit dem Aufbau A/B oder A/B/A erhal ten wird, mit der Schicht B aus elektro lumineszentem(n) Pigment(en) und einem Polymer und der Schicht A aus einem dazu unterschiedli chen Polymer.

16. Verwendung einer Elektrolumineszenzfolie nach den Ansprüchen 1 bis 11 in einer Elektro lumineszenz-Zelle als optisch aktive Schicht zwischen zwei sich gegenüberliegenden Flächen elektroden.

17. Verwendung der Elektrolumineszenzfolie nach An spruch 16, wobei die eine Seite der Elektrolumi neszenzfolie mit einer mit Bariumtitanat be schichteten Aluminiumfolie, die mit elektrischen Kontakten ausgerüstet ist, und die andere Seite mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Kunststoff-Folie, versehen mit elektrischen Kon takten, laminiert ist.

18. Verwendung der Elektrolumineszenzfolie nach An spruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Lami nat aus Aluminiumfolie-Elektrolumineszenz folie/Kunststoff-Folie in einer Folienhülle mit geringer Wasserdampfdurchlässigkeit zu einer Elektrolumineszenz-Zelle eingeschlossen wird.

19. Verwendung der Elektrolumineszenzfolie nach An spruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Folienhülle ein Laminat aus einer Folie mit ge ringer Wasserdampfdurchlässigkeit und einer heißsiegelfähigen Folie vorgesehen wird.