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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft stabile Elektrolumineszenzvorrichtungen.
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Allgemeiner Stand der
Technik
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In
EP-A 440 957 werden Dispersionen von Polythiophenen offenbart, aufgebaut
aus Struktureinheiten der Formel (I)
wobei R
1 und
R
2 unabhängig
voneinander ein Wasserstoffatom oder eine C1-C4-Alkylgruppe darstellen
oder zusammen einen gegebenenfalls substituierten C1-C4-Alkylenrest
bilden, in Gegenwart eines Polyanions.
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In
EP-A 686 662 werden Mischungen aus A) neutralen Polythiophenen mit
der wiederkehrenden Struktureinheit der Formel (I):
wobei R
1 und
R
2 unabhängig
voneinander ein Wasserstoffatom oder eine C1-C4-Alkylgruppe darstellen
oder zusammen einen gegebenenfalls substituierten C1-C4-Alkylenrest,
vorzugsweise einen gegebenenfalls durch Alkylgruppen substituierten
Methylenrest, einen gegebenenfalls durch C1-C12-Alkylgruppen oder
Phenylgruppen substituierten 1,2-Ethylenrest oder einen 1,2-Cyclohexenrest
darstellen, und B) Di- oder
Polyhydroxylgruppen und/oder Carbonsäuregruppen oder Amidgruppen
bzw. Lactamgruppen enthaltenden organischen Verbindungen, und elektrisch
leitfähige
Beschichtungen daraus offenbart, wobei diese Beschichtungen getempert
sind, um deren Widerstand vorzugsweise auf einen Wert unter 300
Ohm/Quadrat zu erhöhen.
Ferner wird in dieser Anmeldung die potentielle Verwendung solcher
Schichten als Elektroden in Elektrolumineszenzvorrichtungen offenbart.
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ORGACONTM EL-Folie ist ein von Agfa-Gevaert N.V.
hergestellter handelsüblicher
substrierter Polyethylenterephthalatträger, der einseitig mit einer
transparenten Schicht aus elektrisch leitendem Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonsäure) [PEDOT/PSS]
beschichtet ist. In der aktuellen Produktbroschüre wird die ORGACONTM EL-Folie als preiswerte Alternative für eine mit
einer transparenten Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO) beschichtete
Polyethylenterephthalatfolie zur Verwendung in Elektrolumineszenzlampen empfohlen.
In der erweiterten Kurzfassung der am 8.-10. November, 1999, in
San Diego veranstalteten "5th International
Conference on the Science and Technology of Display Phosphors" geben T. Cloots
et al. einen Vergleich von Elektrolumineszenzlampen, in denen statt
eines ITO-PET-Trägers eine
ORGACONTM EL-Folie verwendet wird. Unter
simulierten Alterungsbedingungen bei 60°C und 90% relativer Feuchtigkeit
weisen mit ORGACONTM EL-Folie hergestellte
Elektrolumineszenzvorrichtungen (vgl. VERGLEICHENDE BEISPIELE 3 und
4) aber eine merkliche niedrigere Lebensdauer auf als mit ITO-PET
hergestellte elektrolumineszierende Vorrichtungen (vgl. VERGLEICHENDE
BEISPIELE 1 und 2).
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Aufgaben der
vorliegenden Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist demgemäß das Bereitstellen einer Elektrolumineszenzvorrichtung,
die in wirtschaftlicherer Weise hergestellt werden kann und eine
vergleichbare Halbwertszeit und Emissionsleistung im Vergleich zu
aus dem aktuellen Stand der Technik bekannten Elektrolumineszenzvorrichtungen
aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen
von Elektrolumineszenzvorrichtungen mit gemäß Standardbeschichtungstechniken
wie z.B. Siebdruckbeschichtung aus Dispersionen, Lösungen oder
Pasten erzeugbaren Elektroden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
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Kurze Darstellung
der vorliegenden Erfindung
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Übliche Elektrolumineszenzvorrichtungen
bestehen aus einem transparenten Träger und zwei Elektroden, von
denen eine eine transparente, üblicherweise
aus Indiumzinnoxid (ITO) zusammengesetzte Schicht und die andere üblicherweise
eine Kohlenstoffschicht oder Silberschicht ist, wobei auf die nichttransparente Elektrodenschicht
wahlweise eine dielektrische Schicht aufgebracht ist und zwischen
der transparenten Elektroden und der eventuellen dielektrischen
Schicht oder aber in Abwesenheit einer dielektrischen Schicht direkt zwischen
der transparenten Elektrode und der nicht-transparenten Elektrode
in einer Sandwichstruktur eine elektrolumineszierende Leuchtstoffschicht
eingefügt
ist. Unerwartet hat man gefunden, dass wenn man statt einer der
beiden Elektroden eine ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Ethylendioxythiophens
enthaltende Schicht verwendet, zwar eine merkliche Verschlechterung
der Emissionshalbwertszeit der Vorrichtung bewirkt wird, jedoch
beim Ersatz beider Elektroden durch eine Schicht, die ein Polymer
oder Copolymer eines 3,4-Ethylendioxythiophens, z.B. Poly(3,4-ethylendioxythiophen)
(PEDOT), enthält,
eine mit der Leistung einer Vorrichtung mit ITO- und Kohlenstoffelektroden
vergleichbare Leistung erhalten wird.
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Gelöst werden
die erfindungsgemäßen Aufgaben
durch eine Elektrolumineszenzvorrichtung mit einem transparenten
oder durchscheinenden Träger,
einer transparenten oder durchscheinenden ersten Elektrode, einer
elektrisch leitfähigen
zweiten Elektrode und einer in einer Sandwichstruktur zwischen der
transparenten oder durchscheinenden ersten Elektrode und der elektrisch
leitenden zweiten Elektrode eingefügten elektrolumineszierenden
Leuchtstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode und
die zweite Elektrode je das gleiche oder ein unterschiedliches Polymer
oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens, in dem die zwei Alkoxygruppen
gleich oder verschieden sein können
oder zusammen eine gegebenenfalls substituierte Oxyalkylenoxybrücke bilden,
enthalten.
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Gelöst werden
die erfindungsgemäßen Aufgaben
ebenfalls durch ein durch die nachstehenden Schritte gekennzeichnetes
Verfahren zur Herstellung der obengenannten Elektrolumineszenzvorrichtung:
(i) Beschichtung eines transparenten oder durchscheinenden Trägers mit
einer Lösung,
Dispersion oder Paste eines Polymers oder Copolymers eines 3,4-Dialkoxythiophens
zur Herstellung der transparenten oder durchscheinenden elektrisch
leitenden ersten Schicht, (ii) Beschichtung der elektrisch leitenden
ersten Schicht mit einer Schicht, die einen elektrolumineszierenden
Leuchtstoff enthält,
(iii) wahlweise Beschichtung der einen elektrolumineszierenden Leuchtstoff
enthaltenden Schicht mit einer dielektrischen Schicht und (iv) Beschichtung
der eventuellen dielektrischen Schicht oder, wenn keine dielektrische
Schicht benutzt wird, der den elektrolumineszierenden Leuchtstoff
enthaltenden Schicht mit einer ein Polymer oder Copolymer eines
3,4-Dialkoxythiophens
enthaltenden Lösung,
Dispersion oder Paste zur Herstellung der elektrisch leitenden zweiten
Schicht, wobei das in der in Schritt (i) verwendeten Lösung, Dispersion
oder Paste verwendete Polymer oder Copolymer des 3,4-Dialkoxythiophens
und das in der in Schritt (iv) verwendeten Lösung, Dispersion oder Paste
verwendete Polymer oder Copolymer des 3,4-Dialkoxythiophens gleich
oder verschieden sein können.
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Gelöst werden
die erfindungsgemäßen Aufgaben
ebenfalls durch ein durch die nachstehenden Schritte gekennzeichnetes
Verfahren zur Herstellung der obengenannten Elektrolumineszenzvorrichtung:
(i) Beschichtung eines Trägers
mit einer Lösung,
Dispersion oder Paste eines Polymers oder Copolymers eines 3,4-Dialkoxythiophens
zur Herstellung der elektrisch leitenden zweiten Schicht, (ii) wahlweise
Beschichtung der elektrisch leitenden zweiten Schicht mit einer
dielektrischen Schicht, (iii) Beschichtung der eventuellen dielektrischen
Schicht oder, wenn keine dielektrische Schicht benutzt wird, der
elektrisch leitenden zweiten Schicht mit einer einen elektrolumineszierenden
Leuchtstoff enthaltenden Schicht, und (iv) Beschichtung der den
elektrolumineszierenden Leuchtstoff enthaltenden Schicht mit einer
ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens enthaltenden
transparenten Lösung,
Dispersion oder Paste zur Herstellung der transparenten oder durchscheinenden
elektrisch leitenden ersten Schicht, wobei das in der in Schritt
(i) verwendeten Lösung,
Dispersion oder Paste verwendete Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
und das in der in Schritt (iv) verwendeten transparenten Lösung, Dispersion
oder Paste verwendete Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
gleich oder verschieden sein können.
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Gelöst werden
die erfindungsgemäßen Aufgaben
ebenfalls durch Verwendung einer ein Polymer oder Copolymer eines
3,4-Dialkoxythiophens, einen Polyacrylat-Verdicker, ein Glycol-Derivat
und gegebenenfalls ein Tensid enthaltenden transparenten Paste zur
Herstellung einer Elektrode der obenerwähnten Elektrolumineszenzlampe.
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Gelöst werden
die erfindungsgemäßen Aufgaben
ebenfalls durch Verwendung der obenbeschriebenen Elektrolumineszenzvorrichtung
in Leuchtplakaten und Leuchtschildern.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
beschrieben.
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Ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung
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Definitionen
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Unter
dem Begriff "Alkoxy" verstehen sich alle
möglichen
Varianten für
jede Anzahl von Kohlenstoffatomen in der Alkoxygruppe, d.h. für drei Kohlenstoffatome:
n-Propyl und Isopropyl, für
vier Kohlenstoffatome: n-Butyl, Isobutyl und t-Butyl, für fünf Kohlenstoffatome:
n-Pentyl, 1,1-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl und 2-Methylbutyl
usw.
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Unter
dem Begriff „Oxyalkylenalkoxygruppe" sind zwei durch
eine Alkylengruppe verbundene Sauerstoffatome zu verstehen. Eine
Alkylengruppe ist eine gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffgruppe, z.B.
eine -(CH2)n-Gruppe,
in der n eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 ist und die durch eine
Alkoxy-, Aryloxy-, Alkyl-, Aryl-, Alkaryl-, Alkyloxyalkyl-, Alkyloxyalkaryl-,
Alkyloxyaryl-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Carboxyalkyl-, Carboxyamino-,
Sulfo- oder Alkylsulfogruppe substituiert sein kann.
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Unter
dem wie für
ein vorgegebenes Polymer verwendeten Begriff „Derivate" sind Varianten von diesem Polymer zu
verstehen, die durch eine Alkyl-, Alkoxy-, Alkyloxyalkyl-, Carboxyl-,
Alkylsulfonat- oder Carboxylestergruppe substituiert sind.
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Unter
dem wie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung benutzten
Begriff „transparent" ist die Eigenschaft
zu verstehen, dass zumindest 70% des einfallenden Lichts ohne Streuung
durchgelassen wird.
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Unter
dem wie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung benutzten
Begriff „durchscheinend" ist die Eigenschaft
zu verstehen, dass Licht durchgelassen wird, jedoch zugleich gestreut
wird, damit hinterliegende Körper
nicht deutlich sichtbar werden.
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Unter
dem wie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung benutzten
Begriff "wässrig" verstehen sich Wasser
und Gemische aus Wasser und wassermischbaren organischen Lösungsmitteln
wie Alkoholen, z.B. Methanol, Ethanol, 2-Propanol, Butanol, Isoamylalkohol,
Octanol, Cetylalkohol usw., Glycolen, z.B. Ethylenglycol, Glycerin,
N-Methylpyrrolidon, Methoxypropanol, und Ketonen, z.B. 2-Propanon
und 2-Butanon usw., in denen zumindest 50 Vol.-% Wasser enthalten
ist.
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Die
Beschichtung ist ein Prozess, in dem eine kontinuierliche oder diskontinuierliche
Schicht gebildet wird. Als Beschichtungstechniken kommen Drucktechniken
wie Siebdruck, Offsetdruck und Flexodruck in Frage.
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Unter
dem wie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung benutzten
Begriff "biegsam" ist die Eigenschaft
zu verstehen, dass der Krümmung
eines gebogenen Gegenstands wie einer Trommel z.B. ohne Beschädigung gefolgt
wird.
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Der
Begriff Stromschiene ist eine elektrisch hochleitende, in der Regel
Metallteilchen enthaltende Elektrode zu verstehen, die auf zumindest
einen Teil der Oberfläche
der ersten transparenten oder durchscheinenden Elektrode und zumindest
einen Teil der Oberfläche
der elektrisch leitenden zweiten Elektrode aufgebracht wird.
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Der
Begriff „newtonsches
Verhalten" deutet
auf eine Viskosität
mit einer maximalen Variation von 10% im Schergeschwindigkeitsbereich zwischen
1 und 80 s-1, wobei diese Variation bei
zunehmender Schergeschwindigkeit bei einem Verhältnis im verwendeten Medium
von bis zu 2 Gew.-% in Abwesenheit anderer Ingredienzien gemessen
wird.
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Der
Begriff „nicht-newtonsches
Verhalten" deutet
auf eine Viskosität
mit einer Variation von über
10% im Schergeschwindigkeitsbereich zwischen 1 und 80 s-1,
wobei diese Variation bei zunehmender Schergeschwindigkeit bei einem
Verhältnis
im verwendeten Medium unter 2 Gew.-% in Abwesenheit anderer Ingredienzien
gemessen wird.
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Die
wie in der vorliegenden Patentbeschreibung benutzte Abkürzung PEDOT
bedeutet Poly(3,4-ethylendioxythiophen).
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Die
wie in der vorliegenden Patentbeschreibung benutzte Abkürzung PSS
bedeutet Poly(styrolsulfonsäure)
oder Poly(styrolsulfonat).
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Unter
den wie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung benutzten
Begriffen „Leuchtplakate" und „Leuchtschilder" sind ebenfalls animierte
Plakate und Schilder zu verstehen, d.h. wobei ein oder mehrere Teile
bei vorgegebenen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet werden.
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Elektrolumineszenzvorrichtung
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Eine
erfindungsgemäße Elektrolumineszenzvorrichtung
enthält
einen transparenten oder durchscheinenden Träger, eine transparente oder
durchscheinende erste Elektrode, eine elektrisch leitende zweite
Elektrode und eine in einer Sandwichstruktur zwischen der transparenten
oder durchscheinenden ersten Elektrode und der elektrisch leitenden
zweiten Elektrode eingefügte
elektrolumineszierende Leuchtstoffschicht, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Elektrode und zweite Elektrode je das gleiche oder
ein unterschiedliches Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens,
in dem die zwei Alkoxygruppen gleich oder verschieden sein können oder
zusammen eine gegebenenfalls substituierte Oxyalkylenoxybrücke bilden,
enthalten.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtungen
ist zwischen der Leuchtstoffschicht und der elektrisch leitenden
zweiten Schicht eine dielektrische Schicht eingefügt.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
ist sowohl zwischen der elektrolumineszierenden Leuchtstoffschicht
und der transparenten oder durchscheinenden ersten Elektrode als
zwischen der elektrolumineszierenden Schicht und der elektrisch
leitenden zweiten Elektrode eine dielektrische Schicht eingefügt.
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Die
Stärke
der elektrolumineszierenden Leuchtstoffschicht liegt in der Regel
zwischen 5 und 40 μm.
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Die
transparente oder durchscheinende erste Elektrode kann durch Auftrag
einer Paste, Dispersion oder Lösung
gebildet werden.
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Auch
die elektrisch leitende zweite Schicht kann durch Auftrag einer
Paste, Dispersion oder Lösung gebildet
werden.
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Verfahren zur Herstellung
einer Elektrolumineszenzvorrichtung
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Die
vorliegende Erfindung verschafft ein durch die nachstehenden Schritte
gekennzeichnetes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung:
(i)
Beschichtung eines transparenten oder durchscheinenden Trägers mit
einer Lösung,
Dispersion oder Paste eines Polymers oder Copolymers eines 3,4-Dialkoxythiophens
zur Herstellung der transparenten oder durchscheinenden elektrisch
leitenden ersten Schicht, (ii) Beschichtung der elektrisch leitenden
ersten Schicht mit einer Schicht, die einen elektrolumineszierenden
Leuchtstoff enthält,
(iii) wahlweise Beschichtung der einen elektrolumineszierenden Leuchtstoff
enthaltenden Schicht mit einer dielektrischen Schicht und (iv) Beschichtung
der eventuellen dielektrischen Schicht oder, wenn keine dielektrische
Schicht benutzt wird, der den elektrolumineszierenden Leuchtstoff
enthaltenden Schicht mit einer ein Polymer oder Copolymer eines
3,4-Dialkoxythiophens enthaltenden Lösung, Dispersion oder Paste
zur Herstellung der elektrisch leitenden zweiten Schicht, wobei
das in der in Schritt (i) verwendeten Lösung, Dispersion oder Paste
verwendete Polymer oder Copolymer des 3,4-Dialkoxythiophens und
das in der in Schritt (iv) verwendeten Lösung, Dispersion oder Paste verwendete
Polymer oder Copolymer des 3,4-Dialkoxythiophens gleich oder verschieden
sein können.
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Die
vorliegende Erfindung verschafft ein durch die nachstehenden Schritte
gekennzeichnetes zweites Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung:
(i) Beschichtung eines Trägers
mit einer Lösung,
Dispersion oder Paste eines Polymers oder Copolymers eines 3,4-Dialkoxythiophens zur
Herstellung der elektrisch leitenden zweiten Schicht, (ii) wahlweise
Beschichtung der elektrisch leitenden zweiten Schicht mit einer
dielektrischen Schicht, (iii) Beschichtung der eventuellen dielektrischen
Schicht oder, wenn keine dielektrische Schicht benutzt wird, der
elektrisch leitenden zweiten Schicht mit einer einen elektrolumineszierenden
Leuchtstoff enthaltenden Schicht, und (iv) Beschichtung der elektrolumineszierenden Leuchtstoffschicht
mit einer ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
enthaltenden transparenten Lösung,
Dispersion oder Paste zur Herstellung der transparenten oder durchscheinenden
elektrisch leitenden ersten Schicht, wobei das in der in Schritt
(i) verwendeten Lösung,
Dispersion oder Paste verwendete Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
und das in der in Schritt (iv) verwendeten transparenten Lösung, Dispersion
oder Paste verwendete Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
gleich oder verschieden sein können.
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Die
erste Elektrode und zweite Elektrode enthalten je das gleiche oder
ein unterschiedliches Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
und können
aus einer Lösung,
Dispersion oder Paste aufgetragen oder aufgedruckt werden.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die transparente oder durchscheinende erste Elektrode aus einer
wässrigen
Paste aufgetragen oder aufgedruckt.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die zweite Elektrode aus einer wässrigen Paste aufgetragen oder
aufgedruckt.
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Polymer
oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens Die erste Elektrode und
zweite Elektrode der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
enthalten ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
der Formel:
in der R
1 und
R
2 unabhängig
voneinander jeweils ein Wasserstoffatom oder eine C1-C4-Alkylgruppe
darstellen oder zusammen eine gegebenenfalls substituierte C1-C4-Alkylengruppe
oder eine Cycloalkylengruppe bilden.
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Nach
einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
enthalten die erste Elektrode und die zweite Elektrode der Elektrolumineszenzvorrichtung
vorzugsweise ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens,
in dem die zwei Alkoxygruppen zusammen eine gegebenenfalls substituierte
Oxyalkylenoxybrücke
bilden.
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Nach
einer vierten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
handelt es sich bei den Polymeren oder Copolymeren eines 3,4-Dialkoxythiophens,
in dem die zwei Alkoxygruppen zusammen eine gegebenenfalls substituierte
Oxyalkylenoxybrücke
bilden, um Poly(3,4-methylendioxythiophen), Poly(3,4-methylendioxythiophen)-Derivate,
Poly(3,4-ethylendioxythiophen),
Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-Derivate, Poly(3,4-propylendioxythiophen),
Poly(3,4-propylendioxythiophen)-Derivate,
Poly(3,4-butylendioxythiophen) und Poly(3,4-butylendioxythiophen)-Derivate sowie
deren Copolymere.
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Nach
einer fünften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
sind als Substituenten für
die Oxyalkylenoxybrücke
Alkyl-, Alkoxy-, Alkyloxyalkyl-, Carboxyl-, Alkylsulfonat- und Carboxylestergruppen
zu nennen.
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Nach
einer sechsten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
bilden die zwei Alkoxygruppen in den Poly(3,4-dialkoxythiophenen)
zusammen eine gegebenenfalls substituierte Oxyalkylenoxybrücke, die
eine 1,2-Ethylengruppe, eine gegebenenfalls alkylsubstituierte Methylengruppe,
eine gegebenenfalls C1-12-alkylsubstituierte oder phenylsubstituierte
1,2-Ethylengruppe, eine 1,3-Propylengruppe oder eine 1,2-Cyclohexylengruppe
ist.
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Solche
Polymere sind beschrieben im „Handbook
of Oligo- and Polythiophenes",
herausgegeben von D. Fichou, Wiley-VCH, Weinheim (1999), von L.
Groenendaal et al. in „Advanced
Materials", Band
12, Seiten 481-494 (2000), von L.J. Kloeppner et al. in „Polymer
Preprints", Band
40 (2), Seite 792 (1999), von P. Schottland et al. in „Synthetic
Metals", Band 101,
Seiten 7-8 (1999), und von D.M. Welsh et al. in „Polymer Preprints", Band 38 (2), Seite
320 (1997).
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Polyanionverbindung
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Die
Polyanionverbindungen zur Verwendung in der ersten und der zweiten
elektrisch leitenden Elektrode der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
sind beschrieben in EP-A 440 957 und umfassen polymere Carbonsäuren, z.B.
Polyacrylsäuren,
Polymethacrylsäuren,
oder Polymaleinsäuren
und Polysulfonsäuren,
z.B. Poly(styrolsulfonsäure).
Diese Polycarbonsäuren
und Polysulfonsäuren
können
ebenfalls Copolymere von Vinylcarbonsäuren und Vinylsulfonsäuren mit
anderen polymerisierbaren Monomeren sein, z.B. Acrylsäureester,
Methacrylsäureester
und Styrol. Eine besonders bevorzugte Polyanionverbindung zur Verwendung
in der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Elektrode der
erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
ist Poly(styrolsulfonsäure)
und deren Copolymere mit Styrol.
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Paste, die ein Polymer
oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens enthält
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Geeignete
wässrige
Pasten, die ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens
enthalten, sind beschrieben in WO 99/34371, in der eine Siebdruckpaste
mit einer Viskosität
zwischen 1 und 200 dPas, enthaltend eine Lösung oder Dispersion eines
leitfähigen
Polymers und gegebenenfalls Bindemittel, Verdicker und Füllstoffe,
beschrieben wird. Freilich aber wird in WO 99/34371 im Besonderen
nur ein Acrylatbindemittel mit newtonschem Verhalten beschrieben.
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Man
hat gefunden, dass Bindemittel mit nicht-newtonschem Verhalten geeignete
Verdickungsmittel zur Verwendung in wässrigen Pasten oder Tinten
sind, z.B. mit einem Polyalkenylpolyether vernetzte hochmolekulare
Homopolymere und Copolymere von Acrylsäure, wie die CARBOPOL®-Harze
von B.F. Goodrich, z.B. CARBOPOL® ETD
2623, Xanthangummi, z.B. BIOSAN® S
von Hercules Inc., USA, und Kelzan® T
von MERCK & Co.,
Kelco Division, USA. Diese Bindemittel sind spezifische Typen von
Bindemitteln der Polyacrylat- und Polysaccharid-Klassen. Als Polysaccharid-Verdicker
sind Cellulose, Cellulose-Derivate, z.B. Carboxymethylcellulose,
Guargummi und Xanthangummi zu nennen.
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In
der Regel weisen solche Pasten oder Tinten einen pH von 2,0 auf,
denn A.N. Aleshin et al. stellten 1998 in „Synthetic Metals", Band 94, Seiten
173-177, unter Beweis, dass mit einem pH über 3 eine erhebliche Senkung
der elektrischen Leitfähigkeit
einhergeht. Ferner hat man gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit von
mit einer Dispersion eines Polymers oder Copolymers eines 3,4-Dialkoxythiophens
hergestellten elektrisch leitenden Schichten in der Regel eine erhebliche
Senkung erleidet, wenn eine Dispersion mit einem pH über 3 verwendet
wird.
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Andererseits
hat man gefunden, dass Pasten oder Tinten mit einem pH bis 7, die
mit einem Polymer oder Copolymer eines 3,4-Dialkoxythiophens, Bindemitteln des
CARBOPOL-Typs mit nicht-newtonschem
Verhalten, die einen pH von mindestens 4 erfordern, um ihre maximale
verdickende Wirkung in einem wässrigen Medium
zu erhalten, einem Glycol-Derivat und gegebenenfalls einem Tensid
hergestellt sind, zur Herstellung einer transparenten Elektrode
für eine
Elektrolumineszenzlampe mit einem Oberflächenwiderstand von höchstens
1.000 Ω/Quadrat
bei einer Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht von mehr als 75% geeignet sind. Ein solcher Oberflächenwiderstand
ist vergleichbar mit dem üblicherweise
bei Pasten mit einem pH von höchstens
3 gemessenen Oberflächenwiderstand.
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Geeignete
Pasten können
ebenfalls Bindemittel mit newtonschem Verhalten, Pigmente und Farbstoffe,
Vernetzungsmittel, Entschäumer
und Tenside enthalten.
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Nicht-transparente
Pasten können
zum Beispiel durch Verwendung eines Pigments wie LEVACRYL® A-SF,
ein Schwarzpigment von BAYER, in der obengenannten, zur Herstellung
transparenter Elektroden verwendeten Paste hergestellt werden und
zwar in einem zulänglichen
Gewichtsverhältnis,
um die Schicht bei der gegebenen Schichtstärke nicht-transparent zu machen.
Weitere geeignete Schwarzpigmente sind KL1925, eine Russdispersion
von DEGUSSA, MHI Black 8102M, eine Russdispersion von MIKUNI, und
Titandioxid-Pigmente.
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Transparente
gefärbte
Zusammensetzungen können
durch Verwendung gefärbter
Farbstoffe oder Pigmente, z.B. Rhodamine 6G, und von Kupferphthalocyanin-
und Phthalocyanin-Pigmenten wie Flexonyl® Blau
BZG, ein Blaugrün-Pigment
von BAYER, hergestellt werden.
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Geeignete
Vernetzungsmittel sind Epoxysilane (z.B. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan),
Hydrolyseprodukte von Silanen (z.B. Hydrolyseprodukte von Tetraethyoxysilan
oder Tetramethoxysilan), wie beschrieben in
EP 564 911 , und Di- oder Oligoisocyanate,
gegebenenfalls in blockierter Form.
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Ein
geeignetes Entschäumungsmittel
ist das Entschäumungsmittel
auf Silikonbasis X50860A.
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Bevorzugte
Tenside sind anionische und nicht-ionische Tenside, wobei nicht-ionische
Tenside besonders bevorzugt werden. Als nichtionische Tenside werden
ethoxylierte Fluroralkyl-Tenside, polyethoxylierte Silikon-Tenside,
Polysiloxan/Polyether-Tenside, Ammoniumsalze von Perfluoralkylcarbonsäuren, polyethoxylierte
Tenside und fluorhaltige Tenside bevorzugt. Geeignete nicht-ionische
Tenside sind in folgender Liste aufgelistet:
Tensid Nr. 01
= ZONYL® FSN,
eine 40 gew.-%ige Lösung
von F(CF2CF2)1-9CH2CH2O(CH2CH2O)xH
in einer 50 gew.-%igen
wässrigen
Lösung
von Isopropanol, wobei x = 0 bis etwa 25/vertrieben von DuPont,
Tensid
Nr. 02 = ZONYL® FSN
100: F(CF2CF2)1-9CH2CH2O(CH2CH2O)xH, wobei
x = 0 bis etwa 25/vertrieben von DuPont,
Tensid Nr. 03 = ZONYL® FS300,
eine 40 gew.-%ige wässrige
Lösung
eines Fluor-Tensids/vertrieben von DuPont,
Tensid Nr. 04 =
ZONYL® FSO,
eine 50 gew.-%ige Lösung
von F(CF2CF2)1-7CH2CH2O(CH2CH2O)yH,
wobei y = 0 bis etwa 15, in einer 50 gew.-%igen wässrigen
Lösung
von Ethylenglycol/vertrieben von DuPont,
Tensid Nr. 05 = ZONYL® FSO
100, ein Gemisch aus ethoxyliertem nicht-ionischem Fluor-Tensid
der Formel F(CF2CF2)1-7CH2CH2O(CH2CH2O)yH,
wobei y = 0 bis etwa 15/vertrieben von DuPont,
Tensid Nr. 06
= TEGOGLIDE® 410,
ein Polysiloxan-Polymer-Copolymer-Tensid/vertrieben
von Goldschmidt,
Tensid Nr. 07 = TEGOWET®, ein
Polysiloxan-Polyester-Copolymer-Tensid/vertrieben
von Goldschmidt,
Tensid Nr. 08 = FLUORAD® FC431:
CF3(CF2)7SO2(C2H5)N-CH2CO-(OCH2CH2)nOH/vertrieben
von 3M,
Tensid Nr. 09 = FLUORAD® FC126,
ein Gemisch aus den Ammoniumsalzen von Perfluorcarbonsäuren/vertrieben
von 3M,
Tensid Nr. 10 = Polyoxyethylen-10-laurylether.
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Ein
besonders bevorzugtes nicht-ionisches Tensid ist ZONYL® FSO
100. Geeignete anionische Tenside sind:
Tensid Nr. 11 = ZONYL® 7950,
ein Fluor-Tensid von DuPont,
Tensid Nr. 12 = ZONYL® FSA,
eine 25 gew.-%ige Lösung
von F(CF2CF2)1-9CH2CH2SCH2CH2COOLi in einer
50 gew.-%igen wässrigen
Lösung
von Isopropanol/vertrieben von DuPont,
Tensid Nr. 13 = ZONYL® FSE,
eine 14 gew.-%ige Lösung
von [F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O)(ONH4)y, wobei x = 1 oder 2, y = 2 oder 1 und x
+ y = 3, in einer 70 gew.-%igen wässrigen Lösung von Ethylenglycol/vertrieben von
DuPont,
Tensid Nr. 14 = ZONYL® FSJ,
eine 40 gew.-%ige Lösung
eines Gemisches aus F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O)(ONH4)y, wobei x = 1 oder 2, y = 2 oder 1 und x
+ y = 3, und einem Kohlenwasserstoff-Tensid in einer 25 gew.-%igen
wässrigen
Lösung
von Isopropanol/vertrieben von DuPont,
Tensid Nr. 15 = ZONYL® FSP,
eine 35 gew.-%ige Lösung
von [F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O)(ONH4)y, wobei x = 1 oder 2, y = 2 oder 1 und x
+ y = 3, in einer 69,2 gew.-%igen wässrigen Lösung von Isopropanol/vertrieben von
DuPont,
Tensid Nr. 16 = ZONYL® UR:
[F(CF2CF2)1-7CH2CH2O]xP(O)(OH)y, wobei
x = 1 oder 2, y = 2 oder 1 und x + y = 3/vertrieben von DuPont,
Tensid
Nr. 17 = ZONYL® TBS:
eine 33 gew.-%ige Lösung
von F(CF2CF2)3-8CH2CH2SO3H in einer 4,5 gew.-%igen wässrigen
Lösung
von Essigsäure/vertrieben
von DuPont,
Tensid Nr. 18 = Ammoniumsalz von Perfluorcaprylsäure.
-
Schichten
aus den genannten Pasten warten mit einer hervorragenden Haftung
an Leuchtstoffschichten, Polyacrylathaftschichten, Polycarbonat
und Polyestern, z.B. Poly(ethylenterephthalat), und einem Oberflächenwiderstand
von höchstens
1.000 Ω/Quadrat
bei einer Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht von mehr als 75% auf, wobei eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von mindestens
85% erzielbar ist.
-
Zusammensetzungen
geeigneter Pasten sind in Tabelle 1 aufgelistet.
-
-
Die
Zusammensetzungen von mit einer Handpresse mit einem P48-Maschraster und P79-Maschenraster
gedruckten und anschließend
5 Minuten lang bei 110°C
getrockneten Kopien sind in Tabelle 2 für PEDOT-Paste 02, 03 und 04
aufgelistet. Der Oberflächenwiderstand
dieser Kopien wird wie folgt gemessen: die gedruckte Schicht wird
mit parallelen, 35 mm langen, in einem Abstand von 35 mm zueinander
angeordneten, durch einen TEFLON-Isolator getrennten Linienkontakt-Kupferelektroden
in Kontakt gebracht. Diese Anordnung erlaubt eine direkte Messung
des zu erzielenden Oberflächenwiderstands
pro Quadrat.
-
Die
Oberflächenwiderstandswerte
und die in Durchsicht mit einem MacBethTM TR924-Densitometer hinter
einem optischen Filter gemessenen optischen Dichten dieser Schichten
sind in Tabelle 2 aufgelistet. Bei den mit der PEDOT-Paste 02 bedruckten
Kopien erfolgt die Messung der optischen Dichte auf 10 Streifen
und wird die optische Dichte erhalten, indem man zunächst die
optische Dichte des PET-Trägers
abzieht und dann die erhaltene optische Dichte durch 10 teilt.
-
-
Elektrolumineszierende
Leuchtstoffe
-
Nach
einer siebten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
handelt es sich beim elektrolumineszierenden Leuchtstoff um einen
Leuchtstoff der Klasse der II-VI-Halbleiter,
z.B. ZnS, oder eine Kombination von Elementen der Gruppe II mit
oxidischen Anionen, wobei als üblichste
solche Anionen Silikate, Phosphate, Carbonate, Germanate, Stannate,
Borate, Vanadate, Tungstate und Oxysulfate zu nennen sind. Typische
Dotiermittel sind Metalle und all die Seltenerdmetalle, z.B. Cu,
Ag, Mn, Eu, Sm, Tb und Ce.
-
Nach
einer achten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
ist der elektrolumineszierende Leuchtstoff in einer transparenten
Feuchtigkeitssperrschicht aus z.B. Al
2O
3 und AlN eingekapselt. Solche Leuchtstoffe
sind erhältlich
durch Sylvania, Shinetsu Polymer KK, Durel, Acheson und Toshiba.
Als Beispiele für
eine Beschichtung mit solchen Leuchtstoffen sind das durch Sylvania/GTE
erhältliche
72X und die in
US 4 855 189 beschriebenen
Beschichtungen zu nennen.
-
Nach
einer neunten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
ist der elektrolumineszierende Leuchtstoff mit Mangan, Kupfer oder
Terbium dotiertes ZnS, mit Cer dotiertes CaGa2S4, eine der durch DuPont erhältlichen
elektrolumineszierenden Leuchtstoffpasten, z.B. LUXPRINT® Typ
7138J, ein weißer
Leuchtstoff, LUXPRINT® Typ 7151J, ein grünblauer
Leuchtstoff, und LUXPRINT Typ 7174J, ein gelbgrüner Leuchtstoff, oder das durch
Acheson erhältliche
ELECTRODAG® EL-035A.
Nach einer zehnten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
ist der elektrolumineszierende Leuchtstoff ein mit Mangan dotierter
und mit AlN eingekapselter Zinksulfid-Leuchtstoff.
-
Dielektrische
Schicht
-
Es
kann ein beliebiges dielektrisches Material in der dielektrischen
Schicht verwendet werden. Bevorzugt werden Yttrium und Bariumtitanat,
z.B. die durch DuPont erhältliche
dielektrisch isolierende Bariumtitanat-Paste mit hoher Dielektrizitätskonstante
LUXPRINT® Typ
7153E und die durch Acheson erhältliche
Bariumtitanat-Paste
ELECTRODAG® EL-040.
Die dielektrische Schicht kann einen Positivionenaustauscher, durch
den jegliche sich vom Leuchtstoff der lichtemittierenden Schicht
lösende
und aus dem Leuchtstoff entweichende Ionen eingefangen werden, enthalten.
Die Menge Ionenaustauscher in der dielektrischen Schicht ist optimal
einzustellen und zwar um ohne Beeinträchtigung der Anfangshelligkeit
die Menge schwarzer Punkte in zweckmäßiger Weise maximal zu verringern.
Deshalb werden vorzugsweise 0,5 bis 50 Gewichtsteile Ionenaustauscher
zu 100 Gewichtsteilen der Gesamtmenge Harz und dielektrisches Material
in der dielektrischen Schicht gegeben. Als Ionenaustauscher kann
ein organischer oder anorganischer Ionenaustauscher verwendet werden.
-
Geeignete
anorganische Ionenaustauscher sind hydratiertes Antimonpentoxidpulver,
Titanphosphat, Phosphorsäuresalze
und Kieselsäuresalze
und Zeolith.
-
Transparenter
oder durchscheinender Träger
-
Ein
geeigneter transparenter oder durchscheinender Träger zur
Verwendung in der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
kann hart oder biegsam sein und aus Glas, einem Glas-Polymer-Verbundwerkstoff,
einem Polymerverbundwerkstoff, einem thermoplastischen Polymer oder
einem duroplastischen Polymer zusammengesetzt sein. Beispiele für dünne biegsame
Träger
sind Träger
aus einem Celluloseester, Cellulosetriacetat, Polypropylen, Polycarbonat
oder Polyester, wobei Polyethylenterephthalat oder Polyethylennaphthalin-1,4-dicarboxylat
besonders bevorzugt werden.
-
Einsatzgebiete
von Elektrolumineszenzvorrichtungen
-
Die
erfindungsgemäßen polymeren
Dickfilm-Elektrolumineszenzvorrichtungen sind besonders geeignet
zur Verwendung in Leuchtplakaten und Leuchtschildern, insbesondere
nicht-flachen Plakaten oder Schildern sowie sich während deren
Einsatz biegenden Plakaten und Schildern. Plakate und Schilder,
die Elektrolumineszenzvorrichtungen enthalten, sind im Handel mit
einem Vierfarbplakat auf einer Seite des Trägers und einer Elektrolumineszenzvorrichtung
auf der anderen Trägerseite
erhältlich.
Die Herstellung solcher Plakate erfolgt aber durch Zusammenlaminieren
der zwei Anordnungen, was die Registergenauigkeit zwischen Plakat und
Elektrolumineszenzvorrichtung beeinträchtigt. Ferner werden die Plakate
durch Siebdruck mit opaken Tinten und Pasten hergestellt, wodurch
Bilder mit verhältnismäßig niedriger
Auflösung
erhalten werden und die Beleuchtungsmöglichkeiten beschränkt werden.
-
Der
Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
in Kombination mit biegsamen transparenten Trägern erlaubt die Anwendung
von Vierfarbdrucktechniken mit ausgezeichneter Abbildungsqualität und verbesserter
Registergenauigkeit.
-
Durch
Verwendung von Animation, d.h. wobei ein oder mehrere Teile bei
vorgegebenen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet werden, kann
das Schild gegenüber
nicht-beleuchteten Schildern viel lebendiger gemacht werden. Als
Vorteile solcher Schilder sind die Dünnheit, das niedrige Gewicht,
die Biegsamkeit und der niedrige Stromverbrauch zu nennen.
-
Industrielle
Anwendung
-
Eine
erfindungsgemäße Elektrolumineszenzvorrichtung
kann in Lampen, Anzeigen, Hintergrundbeleuchtung, z.B. Flüssigkristallanzeigen,
Hintergrundbeleuchtung für
PKW-Armaturenbrette und Schlüsselschalter,
Notbeleuchtung, Mobiltelefonen, Minicomputern, Haushaltselektronik,
Anzeigeleuchten sowie bei anderen Anwendungen mit Lichtemission
zur Anwendung kommen. Erfindungsgemäße Elektrolumineszenzvorrichtungen
werden bei einer Wechselspannung von 30 bis 3.000 V, in der Regel
von 80 bis 120 V, und einer Frequenz von 50 bis 10.000 Hz, in der
Regel von 400 bis 1.200 Hz, betrieben.
-
Die
vorliegende Erfindung wird im Nachstehenden anhand VERGLEICHENDER
BEISPIELE und ERFINDUNGSGEMÄßER BEISPIELE
veranschaulicht. Die Prozentsätze
und Verhältnisse
in diesen Beispielen sind in Gewicht ausgedrückt, wenn nichts anders vermerkt
ist. Für
die in den die vorliegende Erfindung veranschaulichenden VERGLEICHENDEN
BEISPIELEN und ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELEN
verwendeten Lampen werden die in Tabelle 3 aufgelisteten Träger verwendet. Tabelle
3:
- * ITO 60 von Innovative Specialty Films
(ISF) mit einem Oberflächenwiderstand
von 60 Ω/⎕,
- # ORGACONTM EL, ein von Agfa-Gevaert
N.V. hergestellter substrierter Polyethylenterephthalatträger, der
aus einer wässrigen
Dispersion mit einer transparenten Schicht aus elektrisch leitendem
Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonsäure) [PEDOT/PSS]
beschichtet ist, wobei der Oberflächenwiderstand an der PEDOT/PSS-beschichteten
Seite mehr als 2.500 Ω/⎕ beträgt,
- ** AUTOTYPETM V200.
-
Haftschicht
Nr. 01 (V671/02) hat folgende Zusammensetzung:
-
Haftschicht
Nr. 02 (V664/14) hat folgende Zusammensetzung:
-
Haftschicht
Nr. 03 (V957/02) hat folgende Zusammensetzung:
-
Haftschicht
Nr. 04 (T787) hat folgende Zusammensetzung:
beschichtet
mit
-
Das
für die
Herstellung der in den ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELEN beschriebenen
PEDOT-Pasten verwendete Ausgangsmaterial ist eine wie in EP-A 440
957 beschrieben hergestellte, etwa 1,2 gew.-%ige wässrige Dispersion
von PEDOT/PSS mit einem PEDOT:PSS-Gewichtsverhältnis von 1:2,4 und einer typischen,
mit einem AR1000 Kegel-Platte-Rheometer (Durchmesser 4 cm, Kegelwinkel
2°) bei
20°C gemessenen
Viskosität
von 38 mPa·s
bei einer Schergeschwindigkeit von 5 s-1,
die bei einer Schergeschwindigkeit von 35 mPa·s auf 33,5 mPa·s zurückfällt, und
weist in de Regel einen pH von 1,9 auf. Dieses Ausgangsmaterial
ist entweder BAYTRON P von BAYER AG oder ein Produkt von AGFA-GEVAERT
NV.
-
ERFINDUNGSGEMÄßE BEISPIELE
1 und 2 und VERGLEICHENDE BEISPIELE 1 bis 6
-
Herstellung der PEDOT-Paste
01
-
PEDOT-Paste
01 ([Poly(3,4-ethylendioxythiophen)])-Paste), mit der die Gegenelektroden
durch Siebdruck auf die dielektrische Schicht der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2 und der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 5 und 6 gedruckt werden,
wird wie folgt hergestellt: eine handelsübliche wässrige Dispersion von PEDOT/PSS
(BAYTRON® P
von BAYER AG mit einem PEDOT:PSS-Gewichtsverhältnis von 1:2,46) mit einem
Feststoffgehalt von 1,3 Gew.-% wird auf einen Feststoffgehalt von
3,0 Gew.-% konzentriert, wonach 160 g dieses Konzentrats, 33,0 g
N-Methylpyrrolidon, 4,8 g 3 Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 15,3
g einer Polyurethandispersion und 87,0 g Dipropylenglycoldimethylether
10 Minuten bei 8.000 TpM gerührt
werden. Dabei wird PEDOT-Paste 01 mit einer Viskosität von etwa
8 Pas bei 25°C
und einer Schergeschwindigkeit von 10 s-1 erhalten.
-
Herstellung von Elektrolumineszenzvorrichtungen
-
Die
Elektrolumineszenzvorrichtungen der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2 und der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 1 bis 6 werden wie folgt
entweder mit Träger
Nr. 01 oder Träger
Nr. 02 (siehe oben) hergestellt:
- – zunächst wird
eine elektrolumineszierende Leuchtstoffpaste LUXPRINT® Typ
7151) von DuPont durch Siebdruck als transparente Elektrode aufdruckt,
- – anschließend werden
2 oder 3 Schichten der dielektrisch isolierenden Tinte mit hoher
Dielektrizitätskonstante
LUXPRINT® Typ
7153E (Bariumtitanat) von DuPont aufgedruckt,
- – anschließend wird
als zweite Elektrode eine Schicht aus der Kohlenstoffleiterbahntinte
LUXPRINT® Typ 7144E
(Oberflächenwiderstand
80 Ω/⎕)
von DuPont aufgedruckt und
- – schließlich wird
als Rückelektrode
entweder eine Schicht aus der
- Silberleitertinte LUXPRINT® Typ 7145L (Oberflächenwiderstand
1 Ω/⎕)
von DuPont oder unter Verwendung von PEDOT-Paste 01 eine PEDOT/PSS-Schicht
(Oberflächenwiderstand
1.100 Ω/⎕)
aufgebracht.
-
Mittels
der als Rückelektrode
dienenden Silberleitertinte LUXPRINT
® Typ
7145L von DuPont werden auf die transparente Elektrode sowie auf
die zweite Elektrode, insofern diese kein Silber enthält, Stromschienen
angebracht. Die Konfigurationen der Elektrolumineszenzvorrichtungen
der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2 und der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 1 bis 6 sind in Tabelle
4 aufgelistet. Tabelle
4:
- * VB: vergleichendes Beispiel
- ° EB:
erfindungsgemäßes Beispiel
- ** KS: Kohlenstoff
-
Träger Nr.
02 (ORGACON® EL-Folie)
kann nach herkömmlichen
Beschichtungstechniken hergestellt werden und ist aus diesem Grund
viel wirtschaftlicher in Herstellung als Träger Nr. 02, ITO-60, der durch
Zerstäubung
von Indiumzinnoxid auf Polyethylenterephthalatfolie erhalten wird.
-
Auswertung
der Elektrolumineszenzvorrichtungen
-
Die
Auswertung der Leistung der Elektrolumineszenzvorrichtungen der
ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2 und der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 1 bis 6 erfolgt jeweils
in simulierten Dauerprüfungen
durch Überwachung
der Emission der Vorrichtungen mittels eines in Kontakt mit der
nicht-beschichteten Seite des Trägers
angeordneten Siliciumfotovervielfachers Seriennummer 67146 von United
Detector Technology in einem Klimaprüfraum, in dem bei einer Temperatur
von 60°C
und einer relativen Feuchtigkeit von 90% eine Wechselspannung von
100 V bei 400 Hz an die Elektrolumineszenzvorrichtungen angelegt
wird. Die Anfangsemission in cd/m
2 und die
Emissionshalbwertszeiten der Vorrichtungen sind in Tabelle 5 aufgelistet.
Der in ausgedrückte
Restwert des Anfangsoberflächenwiderstands
nach 5 Tagen wird mit einem Paar von Vorrichtungen gemessen, wobei
nur an eine Vorrichtung eine Spannung angelegt und der Widerstand
dieser bestromten Vorrichtung gegenüber dem Widerstand einer identischen
nicht-bestromten Vorrichtung überwacht wird.
Die Ergebnisse als relativer Prozentsatz, bezogen auf die Vorrichtung,
an die keine Spannung angelegt wird, sind in der letzten Spalte
von Tabelle 5 aufgelistet. Tabelle
5:
- * VB: vergleichendes Beispiel
- ° EB:
erfindungsgemäßes Beispiel
-
Die Elektrolumineszenzvorrichtungen
der VERGLEICHENDEN
-
BEISPIELE
1 und 2 mit einer transparenten Elektrode aus zerstäubtem ITO
und einer nicht-transparenten Kohlenstoffelektrode weisen eine Konfiguration
für elektrolumineszierende
Vorrichtungen auf. Es wurde unerwartet gefunden, dass der Ersatz
der Kohlenstoffelektrode oder der ITO-Elektrode in dieser herkömmlichen
Konfiguration durch eine PEDOT/PSS-haltige Elektrode zu einer erheblichen
Verringerung der Lebensdauer der elektrolumineszierenden Vorrichtung
von mehr als 100 Stunden auf 6 bis 20 Stunden im Falle des Ersatzes
der ITO-Elektrode durch eine PEDOT/PSS-haltige Elektrode (vgl. Ergebnisse
für die
VERGLEICHENDEN BEISPIELE 3 und 4) und von mehr als 100 Stunden auf
10 Stunden im Falle des Ersatzes der Kohlenstoffelektrode durch
eine PEDOT/PSS-haltige Elektrode (vgl. Ergebnisse für die VERGLEICHENDEN
BEISPIELE 5 und 6) führt.
-
Daraufhin
wurde unerwartet gefunden, dass zwar der Ersatz einer der beiden
Elektroden in der herkömmlichen
elektrolumineszierenden Vorrichtungskonfiguration durch eine ein
Polymer oder Copolymer eines 3,4-Ethylendioxythiophens enthaltende
Schicht eine merkliche Verringerung der Emissionshalbwertszeit der Vorrichtung
mit sich bringt, andererseits aber beim Ersatz beider Elektroden
durch eine ein Polymer oder Copolymer eines 3,4-Ethylendioxythiophens
wie z.B. PEDOT enthaltende Schicht eine Leistung erzielt wird, die mit
einer Vorrichtung mit sowohl einer ITO-Elektrode als Kohlenstoffelektrode
vergleichbar ist.
-
Aus
Tabelle 5 lässt
sich ersehen, dass die Anfangsemission und die Halbwertszeiten der
Lampen der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 1 und 2, in denen die zwei Elektroden
eine ITO-Elektrode und eine Kohlenstoffelektrode sind, vergleichbar
sind mit den Halbwertszeiten der Elektrolumineszenzvorrichtungen
der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2, in denen die zwei Elektroden erfindungsgemäße PEDOT-haltige Elektroden
sind. Außerdem
kann ORGACON® EL-Folie
nach herkömmlichen
Beschichtungsverfahren hergestellt werden und ist deren Herstellung
also viel preisgünstiger
als die Herstellung von durch Zerstäubung mit ITO-60 beschichteten
Folien.
-
Eine
wichtige Ursache des Versagens von Elektrolumineszenzvorrichtungen
ist ein Anstieg der Betriebstemperatur infolge der Erhitzung der
Elektrolumineszenzvorrichtung, der das Durchfließen elektrischen Stroms durch
die Vorrichtung zugrunde liegt. Dieser Anstieg entspricht i2R und ist also proportional zum Widerstand
der Lampe. Der Anstieg des Widerstands während des Lampenbetriebs ist
deshalb ein Indiz für
die Betriebstemperatur der Elektrolumineszenzvorrichtungen und daher
auch die potentielle Lebensdauer solcher Vorrichtungen, insofern
keine anderen Fehlermechanismen auftreten. Der Anstieg des Widerstands
während des
Lampenbetriebs ist viel niedriger bei Lampen mit zwei PEDOT-Elektroden
(vlg. die ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2) als bei Lampen mit einer PEDOT-Elektrode und einer Kohlenstoffelektrode
(vgl. die VERGLEICHENDEN BEISPIELE 3 und 4), was auf eine potentiell
längere
Lebensdauer von Lampen mit PEDOT-Elektroden deutet.
-
ERFINDUNGSGEMÄßE BEISPIELE
3 bis 8 und VERGLEICHENDE BEISPIELE 7 bis 12
-
Herstellung von PEDOT-Paste
02
-
PEDOT-Paste
02, die eine transparente PEDOT-Paste ist, wird bei 25°C hergestellt,
indem vorsichtig bei 800 TpM 1 g CARBOPOL® ETD-2623, 15 g Diethylenglycol
und 10 g n-Propanol in 100 g einer 1,2 gew.-%igen wässrigen
PEDOT/PSS-Dispersion in einem Auflösebehälter (Dissolver) eingerührt werden
und schließlich
nach 1stündigem
Rühren
die Geschwindigkeit auf 1.200 TpM gebracht und eine zureichende
Menge einer 25%igen wässrigen
Ammoniaklösung
(etwa 0,5 ml) zugesetzt wird, um den pH auf einen Wert von 5 zu
bringen. Anschließend
wird 5 Minuten weiter gerührt.
-
Die
PEDOT-Paste 02 weist eine Viskosität von 13 Pa·s bei 25°C und einer Schergeschwindigkeit
von 10 s-1 auf. Die Paste wird durch Siebdruck
mit einer P79-Rastermasche angebracht und anschließend 5 Minuten
bei 110°C
getrocknet. Es wird eine Schicht mit einem Oberflächenwiderstand
von 800 Ω/⎕ und
einer optischen Dichte von 0,06 erhalten.
-
Herstellung von PEDOT-Paste
03
-
PEDOT-Paste
03, die eine opake PEDOT-Paste ist, wird bei 25°C hergestellt, indem vorsichtig
bei 800 TpM 1 g CARBOPOL® ETD-2623, 15 g Diethylenglycol,
10 g n-Propanol und 3,6 g LEVANYLTM A-SF,
ein Schwarzpigment von BAYER, in 100 g einer 1,2 gew.-%igen wässrigen
PEDOT/PSS-Dispersion in einem Auflösebehälter (Dissolver) eingerührt werden
und schließlich
nach 1stündigem
Rühren
die Geschwindigkeit auf 1.200 TpM gebracht und eine zureichende
Menge einer 25%igen wässrigen
Ammoniaklösung
(etwa 0,5 ml) zugesetzt wird, um den pH auf einen Wert von 5 zu
bringen. Anschließend
wird 5 Minuten weiter gerührt.
-
Die
PEDOT-Paste 03 weist eine Viskosität von 13 Pa·s bei 25°C und einer Schergeschwindigkeit
von 10 s-1 auf. Die Paste wird durch Siebdruck
mit einer P79-Rastermasche angebracht und anschließend 2 Minuten
bei 130°C
getrocknet. Es wird eine Schicht mit einem Oberflächenwiderstand
von 700 Ω/⎕ und
einer optischen Dichte von 0,50 erhalten.
-
Herstellung
von Elektrolumineszenzvorrichtungen
-
Die
VERGLEICHENDEN BEISPIELE 7 bis 12 werden durch Siebdrucken der folgenden
Schichtenanordnung durch einen P79-Maschenraster auf die Träger Nr.
3 bis 8 (siehe oben) hergestellt
- – zur Bildung
einer Stromschiene für
die erste Elektrode wird zunächst
als Rückelektrode
eine Schicht der Silberleiterbahntinte LUXPRINT® Typ
7145L von DuPont (Oberflächenwiderstand
1 Ω/⎕)
aufgebracht,
- – danach
wird als erste (transparente) Elektrode eine Schicht aus Paste 02
in einer Trockenstärke
von 200 bis 300 nm aufgebracht,
- – anschließend wird
eine Schicht der Zinksulfidleuchtstoffdispersion LUXPRINTTM 7151) von Dupont in einer Trockenstärke von
20 μm aufgebracht,
- – anschließend werden
3 Schichten der dielektrisch isolierenden Tinte mit hoher Dielektrizitätskonstante LUXPRINT® Typ
7153E von DuPont (Bariumtitanat) aufgebracht, wobei zwischen jeder
Beschichtung eine Trocknung vorgenommen wird und jede der 3 Schichten
eine Trockenschichtstärke
von etwa 7 μm
aufweist,
- – anschließend wird
als Gegenelektrode in einer Trockenstärke von etwa 8 μm eine Schicht
aus der Kohlenstoffleiterbahntinte LUXPRINT® Typ
7144E von DuPont (Oberflächenwiderstand:
80 Ω/⎕)
aufgebracht und
- – schließlich wird
mittels der Silberleiterbahntinte LUXPRINT® Typ
7145L von DuPont (Oberflächenwiderstand:
1 Ω/⎕)
eine Rückelektrodenschicht
aufgebracht und zwar über
einen genügend
großen
Teil der Oberfläche
der elektrisch leitenden Rückschicht,
um eine Stromschiene für
die Rückelektrode
zu bilden.
-
Die
Schichtanordnung der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE 3 bis 8 unterscheidet
sich nur darin von der Schichtanordnung der VERGLEICHENDEN BEISPIELE
7 bis 12, dass die Schicht aus der Tinte LUXPRINT® Typ
7144E von DuPont durch eine Schicht aus der PEDOT- Paste 03 (Oberflächenwiderstand
700 Ω/⎕)
mit einer Trockenstärke
von etwa 8 μm
ersetzt wird, wobei letztere Schicht 2 Minuten lang bei 120°C getrocknet
wird, um die erfindungsgemäße zweite
PEDOT-haltige Elektrode zu bilden.
-
Auswertung
der Elektrolumineszenzvorrichtungen
-
Die
Ergebnisse einer Auswertung der Leistung der Elektrolumineszenzvorrichtungen
der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
3 bis 8 und der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 7 bis 12 in simulierten,
wie für
die ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2 und die VERGLEICHENDEN BEISPIELE 7 bis 12 beschriebenen
Dauerprüfungen
sind in Tabelle 6 aufgelistet.
-
Aus
Tabelle 6 lässt
sich ersehen, dass für
auf den gleichen Träger
aufgebrachte Lampenplatten die Lampen der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
3 bis 8, bei denen sowohl die erste Elektrode als die zweite Elektrode
mit PEDOT-Pasten hergestellt sind, eine hervorragende Emissionshalbwertszeit
und einen hohen prozentualen Restwert der Anfangsemission nach 5
Tagen in simulierten Lebensdauerprüfungen aufweisen gegenüber den
Lampen der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 7 bis 12, bei denen die erste
Elektrode eine Elektrode aus PEDOT-Paste 02 und die zweite Elektrode
(Gegenelektrode) eine mit Tinte LUXPRINT® Typ 7144E
von DuPont hergestellte Kohlenstoffelektrode ist. Ferner ist bei
den Lampen der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
3 bis 8 eine Verringerung von Emissionsfehlern im Vergleich zur
Emission der Lampen der VERGLEICHENDEN BEISPIELE 7 bis 12 zu beobachten.
-
Mit
dieser Verbesserung der Emissionshalbwertszeit und des prozentualen
Restwertes der Anfangsemission nach 5 Tagen in simulierten Lebensdauerprüfungen geht
bei allen verwendeten Trägern
ein niedriger Anstieg des Lampenwiderstands über 120 Emissionsstunden einher.
-
Im
Vergleich zu Lampen mit einer einzelnen PEDOT-Elektrode weisen Elektrolumineszenzvorrichtungen
mit zwei, auf den gleichen Träger
aufgebrachten PEDOT-Elektroden einen merklich niedrigeren Anstieg des
Lampenwiderstands auf, was auf eine niedrigere Betriebstemperatur
und daher auch eine potentiell höhere
Lebensdauer deutet, insofern keine anderen Fehlermechanismen auftreten.
-
Dieser
Effekt ist besonders merkbar bei den Elektrolumineszenzvorrichtungen
des VERGLEICHENDEN BEISPIELS 8 mit einer einzelnen PEDOT-Elektrode
und des ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELS
4 mit zwei auf den gleichen Träger
Nr. 04 aufgebrachten PEDOT-Elektroden, wobei für die Lampe des VERGLEICHENDEN
BEISPIELS 8 der Lampenwiderstand nach 120stündiger Emission bei 60°C und einer
relativen Feuchtigkeit von 90% auf 1.562% seines Anfangswertes angestiegen
ist im Vergleich zu einem Anstieg auf 212% für die Lampe des ERFINDiNDUNGSGEMÄßEN BEISPIELS
4.
-
Diese
Ergebnisse stellen den unerwarteten Vorteil der Verwendung einer
erfindungsgemäßen PEDOT-haltigen
ersten transparenten oder durchscheinenden Elektrode in Kombination
mit einer erfindungsgemäßen zweiten
PEDOT-haltigen Elektrode dar. Tabelle
6:
- *
VB: vergleichendes Beispiel
- ° EB:
erfindungsgemäßes Beispiel
- + AE: Anfangsemission
- ** AW: Anfangswiderstand
-
ERFINDUNGSGEMÄßE BEISPIELE
9 bis 14
-
Die
ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
9 bis 14 werden durch Siebdrucken der folgenden Schichtenanordnung
durch einen P79-Maschenraster
auf die Träger
Nr. 3 bis 8 (siehe oben) hergestellt
- – zur Bildung
einer Stromschiene für
die „zweite" Elektrode wird zunächst als
Rückelektrode
eine Schicht der Silberleiterbahntinte LUXPRINT® Typ
7145L von DuPont (Oberflächenwiderstand
1 Ω/⎕)
aufgebracht,
- – danach
werden die silberbeschichteten Träger Nr. 3 bis 8 in einer nach
2minütiger
Trocknung bei 130°C gemessenen
Trockenstärke zwischen
200 und 500 nm mit einer Schicht der PEDOT-Paste 03 beschichtet, um
die erfindungsgemäße „zweite
PEDOT-haltige Elektrode" zu
bilden,
- – anschließend werden
3 Schichten der dielektrisch isolierenden Tinte mit hoher Dielektrizitätskonstante LUXPRINT® Typ
7153E von Dupont (Bariumtitanat) aufgebracht, wobei zwischen jeder
Beschichtung eine Trocknung vorgenommen wird und jede der 3 Schichten
eine Trockenschichtstärke
von etwa 7 μm
aufweist,
- – anschließend wird
eine Schicht der Zinksulfidleuchtstoffdispersion LUXPRINTTM 7151) von Dupont in einer Trockenschichtstärke von
etwa 10 μm
aufgebracht,
- – anschließend wird
eine Schicht aus PEDOT-Paste 02 (Oberflächenwiderstand 800 Ω/⎕)
mit einer nach Trocknung bei 90°C
gemessenen Trockenschichtstärke
von etwa 8 μm
aufgebracht, um die erfindungsgemäße „erste PEDOT-haltige Elektrode" zu bilden, und
- – schließlich wird
als Rückelektrode
eine Schicht der Silberleiterbahntinte LUXPRINT® Typ
7145L von DuPont (Oberflächenwiderstand
1 Ω/⎕)
aufgebracht und zwar über
einen genügend
großen
Teil der Oberfläche
der zweiten Elektrode, um eine Stromschiene für die zweite Elektrode zu bilden.
-
Auswertung
der Elektrolumineszenzvorrichtungen
-
Die
Ergebnisse einer Auswertung der Leistung der Elektrolumineszenzvorrichtungen
der ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
9 bis 14 in simulierten, wie für
die ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELE
1 und 2 und die VERGLEICHENDEN BEISPIELE 7 bis 12 beschriebenen
Dauerprüfungen
sind in Tabelle 7 aufgelistet.
-
Aus
Tabelle 7 lässt
sich ersehen, dass je nach verwendetem Trägertyp mit der sogenannten
umgekehrten Lampenkonfiguration Emissionshalbwertszeiten bis zu
51 Stunden erzielbar sind, wobei die Emission vielmehr durch die
Deckschicht als, wie das in der herkömmlichen Elektrolumineszenzlampenkonfiguration
der Fall ist, durch den Träger
zu beobachten ist und wobei in diesen ERFINDUNGSGEMÄßEN BEISPIELEN
eine PEDOT-haltige erste transparente oder durchscheinende Elektrode
in Kombination mit einer zweiten PEDOT-haltigen Elektrode verwendet
wird. Tabelle
7:
- * EB: erfindungsgemäßes Beispiel
- ° AE:
Anfangsemission
- ** AW: Anfangswiderstand
-
Die
vorliegende Erfindung kann implizit oder explizit jegliche hierin
beschriebene Eigenschaft, jegliche Kombination von hierin beschriebenen
Eigenschaften oder Verallgemeinerung davon umfassen, in der Unabhängigkeit
davon ob sie sich auf die hierin beanspruchte Erfindung bezieht.
Aufgrund der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung dürfte es
den Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein, dass hier innerhalb
des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zahlreiche Modifikationen
möglich
sind.