DE69332780T2

DE69332780T2 - Elektrolumineszente lampvorrichtungen und ihre herstellung

Info

Publication number: DE69332780T2
Application number: DE1993632780
Authority: DE
Inventors: J. Robert KRAFCIK; T. Douglas WHEELER; J. Walter PACIOREK; Ralph Mcguigan; T. Rodney ECKERSLEY; Lynn Dee JOHNSON; T. Harold MUNSON
Original assignee: Durel Corp
Current assignee: Durel Corp
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2013-12-15
Also published as: US5565733A; EP0678216A4; WO1994014180A1; DE69332780D1; EP0678216B1; US5811930A; JPH08505000A; JP2005108844A; EP0678216A1; JP2004095533A

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Erreichen kostengünstiger und vielseitiger elektrolumineszenter Lampenprodukte.
Wie Fachleuten wohlbekannt ist, ist eine elektrolumineszente Lampe eine Oberflächen-Lichtquelle, die aus einem geeigneten, zwischen Elektroden angeordneten Leuchtstoff bzw. Phosphor besteht, wobei eine der Elektroden im wesentlichen transparent ist. Wenn ein Wechselstrom zwischen den Elektroden angelegt wird, emittiert der Leuchtstoff Licht, wobei die Farbe des Lichts von der Auswahl des Leuchtstoffs abhängt.
Solche Lampen sind für eine große Vielzahl von Anwendungen, einschließlich beleuchteter Instrumentenfelder, Wählanzeigen, Zeichen und dergleichen, geeignet. Solche elektrolumineszenten Lampenfelder können durch Aufbringen einer allgemeinen Beschichtung aus leitfähigem Material, wie Indiumzinnoxid, auf das gesamte Substratfeld hergestellt werden, wobei die Beschichtung das Material für eine der Elektroden bereitstellt, worauf die Leuchtstoffschicht und die hintere Elektrodenschicht aufgebracht werden. Bei vielen Anwendungen ist es nicht erforderlich, daß die gesamte Oberfläche des Felds Licht emittiert, und der nicht leuchtende Abschnitt wird durch Drucken einer lichtundurchlässigen Tinte auf die vordere Fläche der Lampe maskiert. Alternativ wird, wie in der Druckschrift US-A-4 904 901 beschrieben ist, ein Material (Indiumzinnoxid), das der transparenten Schicht entspricht, auf die gesamte Oberfläche des Felds aufgebracht und danach vom größten Teil der Oberfläche mit einem Säureätzen entfernt, woraufhin Bereiche zurückbleiben, die diskreten Beleuchtungsbereichen entsprechen. Die Leuchtstoffschicht und die hintere Elektrodenschicht werden dann auf die diskreten Bereiche aufgebracht. Ebenso kann entweder der Leuchtstoff oder die hintere Elektrode unter Verwendung auf dem Fachgebiet wohlbekannter Techniken auf die gewünschten Bereiche aufgebracht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung werden zum Bilden einer modularen Lampeneinheit flache, flexible elektrolumineszente Lampen mit einer gewählten begrenzten Größe unter Verwendung von Oberflächenmontagetechniken auf ein größeres Substrat einer gedruckten Schaltung aufgebracht und daran befestigt. Das Substrat und die befestigten Lampen können nachfolgend zu einer gewünschten Gestalt verformt werden oder unverändert in ein Produkt aufgenommen werden. Alternativ können die Lampe und das Substrat getrennten Vorformungsoperationen unterzogen werden und dann miteinander verbunden werden. In all diesen Fällen ist die von der Lampe belegte Fläche ausschließlich auf den Bereich begrenzt, der beleuchtet werden soll. Demgemäß verringert die Erfindung die Herstellungskosten durch erhebliches Verringern der von der Lampe abgedeckten Fläche. Wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist, können leitfähige Materialien (beispielsweise Indiumzinnoxid), die zum Bereitstellen einer Elektrode der Lampe verwendet werden, verhältnismäßig kostspielig sein. Weiterhin verbrauchen kleinere segmentierte und individuell adressierbare Lampen weniger elektrische Leistung, erzeugen weniger Wärme und sind zuverlässiger als große Vollflächenlampen mit lichtundurchlässigen Mustern über Leuchtabschnitten der Lampe. Es werden auch lichtundurchlässige Muster zum Bedecken von Leuchtlinienbahnen zwischen gewünschten Beleuchtungsbereichen beseitigt. Die Automation des Prozesses zum Anordnen und Befestigen einzelner Lampen wird vorzugsweise durch programmierte aufnehmende und anordnende Roboter zum Auswählen und Anordnen der Lampe auf der Oberfläche eines empfangenen Substrats einer gedruckten Schaltung gemäß zuvor spezifizierten Instruktionen erreicht, woraufhin automatisierte Schritte zum Verbinden der Lampen mit dem Substrat und zum Befestigen der Lampen am Substrat ausgeführt werden.
Das Formen der Lampen und des Substrats ermöglicht ihre Verwendung in einer großen Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise zum Ermöglichen spezieller ästhetischer Entwürfe oder in Fällen, in denen der Platz begrenzt ist. Zusätzlich ermöglichen die flexible Natur der Lampen und die Verwendung eines flexiblen Substrats ihre Verwendung bei Anwendungen, bei denen das flexible Substrat betätigt wird, beispielsweise beim Öffnen und Schließen einer Kassettenrecordertür. Neue Thermoformungstechniken ermöglichen das Formen eines vorgeformten Lampenelements zu einer stabilen, gewünschten dreidimensionalen Gestalt, ohne daß die Funktion der Lampe beeinträchtigt wird.
Die Erfindung ermöglicht es auch, daß eine Anzahl von Lampen auf dem Substrat einer gedruckten Schaltung bereit gestellt wird, wobei jede Lampe oder getrennte Gruppen unabhängig adressierbar sind und unterschiedliche Farben oder Helligkeitseigenschaften aufweisen. Individuell adressierbare Lampen der Einheit können individuell angesteuert werden oder von einer einzigen Leistungs- versorgung gespeist werden.
Gemäß einem ersten Aspekt sieht die Erfindung ein elektrolumineszentes Lampenmodul mit einer Vielzahl von mehrschichtigen blattförmigen elektrolumineszenten Lampen, von denen jede eine blattförmige, elektrolumineszente Teilchen enthaltende Schicht aufweist, vor, wobei die Schicht zwischen einem Paar von blattförmigen, leitfähigen Schichten angeordnet ist, von denen eine transparent ist, um von den Teilchen emittiertes Licht durchzulassen, wobei jede der Lampen Leiter aufweist, die zum Herstellen eines elektrischen Kontakts freigelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolumineszente Lampenmodul weiterhin ein Substrat mit einer Lampen aufnehmenden Oberfläche und einem Feld von Leiterbahnen aufweist, die auf der Oberfläche angeordnet sind, wobei jede der Lampen eine geringere Fläche hat als das Substrat und darauf angeordnet ist, wobei die Lampen jeweils permanent direkt an dem Substrat durch Mittel befestigt sind, die zwischen passenden Oberflächen jeder Lampe und des Substrats wirken, und wobei die Leiter in die Leiterbahnen auf dem Substrat eingreifen, um einen elektrischen Kontakt damit herzustellen.
Ausführungsformen dieser Aspekte der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Eine erste der Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen hat eine erste lichtemittierende Charakteristik, die von der licht emittierenden Charakteristik einer zweiten der Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen verschieden ist. Beispielsweise umfassen die lichtemittierenden Charakteristiken der ersten und der zweiten Lampen Farben, wobei die Farbe der ersten Lampe von der Farbe der zweiten Lampe verschieden ist. Alternativ oder zusätzlich zu verschiedenen Farben umfassen die lichtemittierenden Charakteristiken der ersten und der zweiten Lampe Lampenintensitäten, wobei die Intensität der ersten Lampe von der Intensität der zweiten Lampe verschieden ist.
Die Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen sind unabhängig voneinander adressierbar. Das Substrat ist ein flexibles Substrat. Die Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen sind flexibel. Die transparente, blattförmige, leitfähige Schicht von mindestens einer der elektrolumineszenten Lampen ist nahe der Lampen aufnehmenden Oberfläche des Substrats angeordnet, wobei das Substrat transparente Abschnitte enthält, um das Licht, das von der mindestens einen elektrolumineszenten Lampe emittiert wird, durch das Substrat zu lassen.
Das elektrolumineszente Lampenmodul weist weiterhin flexible leitfähige Verbinder auf, die freigelegte Leiter, die auf dem anderen des Paars der blattförmigen leitfähigen Schichten der mindestens einen elektrolumineszenten Lampe angeordnet sind, mit den Leiterbahnen auf dem Substrat elektrisch verbinden. Das Substrat ist ein mechanisch verformtes Blattelement. Das Blattelement weist einen Verformungsbereich auf, der zwischen Lampen, die daran befestigt sind, angeordnet ist. Der Verformungsbereich weist einen Übergangsbereich zwischen Bereichen des Blattelements auf, die auf unterschiedlichen Niveaus liegen. Ein Bereich des Blattelements und ein Bereich der blattförmigen Lampe, die daran gesichert ist, sind entsprechend verformt.
Das Mittel, das zwischen einer Lampe und dem Substrat wirkt, umfaßt eine zueinander lokalisierte Verformung der passenden Flächen der blattförmigen Lampe und des Substrats. Das Mittel, das zwischen einer Lampe und dem Substrat wirkt, umfaßt eine thermische Verbindung zwischen einer Substanz der Lampe und einer Substanz des Substrats, beispielsweise eine Ultraschallschweißung. Die Lampe und das Substrat sind an der Schweißstelle wechselseitig verformt. Das Mittel, das zwischen einer Lampe und dem Substrat wirkt, umfaßt eine mechanische Anbringvorrichtung, die sich durch die Dicke entsprechender Abschnitte der blattförmigen Lampe und des Substrats erstreckt. Das Mittel, das zwischen einer Lampe und dem Substrat wirkt, umfaßt eine lokalisierte Ablagerung von Klebstoff an dem Eingriffsbereich zwischen den Leitern der Lampe und den Leiterbahnen auf dem Substrat.
Der Schritt des elektrischen Verbindens der Lampe mit den Leiterbahnen und des Befestigens der Lampe an dem tragenden Substrat wird in einem einzigen Schritt ausgeführt. Die Lampe weist freiliegende leitfähige Zuleitungen auf, die durch Ultraschallschweißen mit den Leiterbahnen des tragenden Substrats verbunden sind. Die blattförmige Lampe ist mit einer mechanischen Vorrichtung (beispielsweise einer mechanischen Öse), die durch die kombinierte Dicke der Lampe und des Substrats angeordnet ist, elektrisch mit dem tragenden Substrat verbunden. Die blattförmige elektrolumineszente Lampe weist eine Zugentlastung auf, und die gewünschte Endkonfiguration des verformten Substrats und der befestigten Lampe ist eine komplexe Form.
Wenn mehrere Lampen eingesetzt werden, weist eine erste der elektrolumineszenten Lampen eine Lichtemissionscharakteristik (beispielsweise die Farbe oder die Intensität) auf, die von einer Lichtemissionscharakteristik einer zweiten der elektrolumineszenten Lampen verschieden ist.
Beim Herstellen eines dreidimensionalen Leuchtobjekts mit einem geformten Lampenelement ist das Trägersubstrat ein zweiachsig orientiertes Blatt und kann aus einem Polyesteroder Polycarbonatmaterial bestehen, und die thermoplastischen Schichten bestehen aus Polyvinylidenfluorid. Vor dem Druckformen des Lampenelements wird das Lampenelement auf eine Formungstemperatur unter den Glasübergangstemperaturen des thermoplastischen Materials des Trägersubstrats und des thermoplastischen Materials der überlagerten Schichten erwärmt, und das Lampenelement wird danach in der gebildeten dreidimensionalen Form abgekühlt. Die Formungstemperatur liegt unterhalb einer Temperatur, bei der ein erhebliches Schrumpfen des Trägersubstrats auftritt. Die Formungstemperatur liegt im Bereich zwischen 87,8°C (190°F) und 132,2°C (270°F), und sie liegt vorzugsweise zwischen 110°C (230°F) und 126,7°C (260°F).
Im allgemeinen ist das Erreichen eines einzigen Lampen-Gesamtmoduls, das praktisch und kostengünstig herzustellen ist und das selektiv verschiedene Lichtqualitäten an frei wählbaren Orten emittiert, eine besonders wichtige praktische Errungenschaft der vorliegenden Erfindung. Eine andere wichtige Errungenschaft ist das praktische Erreichen dreidimensionaler elektrolumineszenter Lampen und von Strukturen, die diese Lampen tragen.
Andere Vorteile und Merkmale der. Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung und der Ansprüche verständlich werden.
Zeichnung
1 zeigt eine Einzelteilansicht einer handgehaltenen Fernsteuereinheit mit erfindungsgemäßen oberflächenmontierten elektrolumineszenten Lampen.
2 zeigt eine Schnittansicht entlang Linien 2–2 aus 1.
3A – 3D zeigen Schnittansichten einer mit einem Substrat verbundenen oberflächenmontierten Lampe.
4A – 48 zeigen Drauf sichten mit einem Substrat verbundener oberflächenmontierter Lampen.
5 zeigt eine Draufsicht einer Montagestation für oberflächenmontierte Lampen.
6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit oberflächenmontierten Lampen.
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer flexiblen Schaltung aus 6.
8A zeigt eine Einzelteilansicht eines Zeichens mit erfindungsgemäßen oberflächenmontierten Lampen.
8B zeigt eine zusammengesetzte Ansicht des Zeichens aus 8A.
8C zeigt eine seitliche Schnittansicht einer elektrolumineszenten Lampe entlang Linien 8C–8C aus 8B.
9 zeigt eine Schnittansicht einer unter Verwendung einer mechanischen Öse an einem flexiblen Substrat angebrachten oberflächenmontierten Lampe.
10 zeigt eine Schnittansicht einer unter Verwendung eines Klebestreifens an einem flexiblen Substrat angebrachten oberflächenmontierten Lampe.
11A zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung zum Formen einer elektrolumineszenten Lampe.
11B zeigt eine Draufsicht der von der Anordnung aus 11A bereitgestellten geformten elektrolumineszenten Lampe.
11C zeigt eine Seitenansicht der von der Anordnung aus 11A bereitgestellten geformten elektrolumineszenten Lampe.
12A zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrolumineszenten Lampe mit geformten Feder-Feststellvorrichtungen.
12B zeigt eine seitliche Schnittansicht der elektrolumineszenten Lampe entlang Linien 12B–12B aus 12A.
12C zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrolumineszenten Lampe mit geformten Feder-Feststellvorrichtungen zum Einführen in eine passende Aufnahme.
13A zeigt eine Seitenansicht einer veränderlichen Lichtquelle in Gestalt einer elektrolumineszenten Lampe in ihrer vollkommen gestreckten Position.
13B zeigt eine Seitenansicht einer veränderlichen Lichtquelle in Gestalt einer elektrolumineszenten Lampe in ihrer vollkommen zusammengedrückten Position.
13C zeigt eine perspektivische Ansicht der veränderlichen Lichtquelle in Gestalt einer elektrolumineszenten Lampe aus den 13B und 13C, die als ein Anzeigeelement in einem Geschwindigkeitsmesser verwendet wird.
14A zeigt eine Einzelteilansicht eines handgehaltenen Telefons mit einer erfindungsgemäßen geformten elektrolumineszenten Lampe.
14B – 14C zeigen seitliche Schnittansichten der elektrolumineszenten Lampe entlang Linien 14B–14B bzw. 14C–14C aus 14A.
15A zeigt eine Draufsicht einer dekorativen Figur mit geprägten elektrolumineszenten Lampen.
15B zeigt eine Vorderansicht einer geprägten elektrolumineszenten Lampe aus 15A.
15C zeigt eine Seitenansicht einer geprägten elektrolumineszenten Lampe aus 15A.
15D zeigt eine Draufsicht einer geprägten elektrolumineszenten Lampe aus 15A.
16 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer alternativen Anordnung zum Formen einer elektrolumineszenten Lampe.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf 1 sei bemerkt, daß eine handgehaltene Fernsteuervorrichtung 10 zum Steuern einer Anzahl von Tonbzw. Sichtinstrumenten (beispielsweise eines Fernsehgeräts, eines Videorecorders oder eines Stereoempfängers) ein Gehäuse 12 mit einem Hohlraum 14 aufweist, wodurch eine Batterie 16 und eine Steuerplatine 18 gehalten werden. Die Steuerplatine 18 weist Komponenten 20 auf, die zum Verteilen von Leistung und Signalen zum Erzeugen eines Infrarotsteuersignals, das von den Instrumenten zu empfangen ist, verwendet werden. Zusätzlich sind innerhalb des Hohlraums 14 in vertikaler Folge ein Schalt-Tastenfeld 22, eine modulare Lampenschaltung 24 und ein Graphikanzeigefeld 26 angeordnet. Das Graphikanzeigefeld 26 weist eine Graphik mit Bereichen 27, 28, 29 auf, die jeder gesteuerten Komponente zugeordnet sind. Jeder Bereich 27, 28, 29 weist weiterhin Bereiche 27a–27a, 28a–28n, 29a, 29n auf, die bestimmte Funktionen (beispielsweise Ein/Aus, Lautstärke, Kanalauswahl) bezeichnen, die der für diesen Bereich vorgesehenen Komponente zugeordnet sind. Ein Deck- bzw. Deckelring (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um das Graphikanzeigefeld 26 an dem Gehäuse 12 zu befestigen. Bei dieser Anordnung hat die Fernsteuereinheit 10 ein beleuchtetes Tastmembran-Tastenfeld, das durch Herunterdrücken von Bereichen betätigt wird, die einem ausgewählten Ton- bzw. Sichtinstrument zugeordnet sind.
Das Schalt-Tastenfeld 22 weist eine flexible Polyesterplatine 30a mit Leiterbahnen 32 auf, die mit der Steuerplatine 18 verbunden sind, wobei sich dazwischen eine Schaltplatine 30b befindet. Die Schaltplatine 30b weist Kurzschlußschalter 34 auf, wobei jeder Schalter einer bestimmten Funktion einer bestimmten Komponente entspricht und so über einem Bereich der Schaltungsplatine 30a angeordnet ist, daß das Ausüben einer nach unten gerichteten Kraft auf den Schalter Leiterbahnen 32 entsprechend einer bestimmten Funktionen effektiv "kurzschließt".
Die unter Verwendung der Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte modulare Lampeneinheit 24 ist zwischen dem Schalt-Tastenfeld 22 und dem Graphikanzeigefeld 26 angeordnet und weist ein flexibles gedrucktes Schaltungssubstrat 35 mit Leiterbahnen 36 aus leitfähiger Tinte auf, worauf eine Anzahl flexibler elektrolumineszenter Lampen 40 angeordnet worden ist. Jede elektrolumineszente Lampe 40 hat ein Paar leitfähiger Auflagen 41a (4A), die durch leitfähige Tintenablagerungen auf dem Kunststoffsubstrat gebildet sind. Diese leitfähigen Auflagen bieten elektrische Verbindungspunkte zu Leiterbahnen 36, die zu Leistungs- und Erdungsbussen führen. Abschnitte der Leiterbahnen 36, die keine Verbindungspunkte zu leitfähigen Auflagen 41a der Lampen 40 sind, sind im allgemeinen mit einer dielektrischen Schicht bedeckt, um eine elektrische Isolation bereitzustellen, eine Silbermigration zu verringern und einen Feuchtigkeitsschutz bereitzustellen. Ein Verfahren zum Bereitstellen einer solchen dielektrischen Schicht besteht darin, eine UV-härtbare Tinte, beispielsweise mit der Produktnummer 5014, hergestellt von E. I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE, durch Siebdruck auf Abschnitte der Leiterbahnen 36 auf dem flexiblen Substrat 35 aufzubringen. Das flexible Substrat 35 besteht aus einem Material auf Polyesterbasis, einem Produkt von ICI Corp., Wilmington, DE, Modellnummer ST505, mit einer Dicke von etwa 0,018 cm (0,007 Zoll), das eine Fläche aufweist, auf die nachfolgend eine Beschichtung von Indiumzinnoxid aufgebracht wird.
In 2 ist eine als Beispiel dienende elektrolumineszente Lampe 40 dargestellt. Sie ist in der Größe auf eine zu beleuchtende spezifische Fläche begrenzt und weist eine Anzahl von Schichten auf, die mit einem transparenten Substrat 42 beginnen (beispielsweise einem Blatt eines Polyesterfilms mit einer Dicke von etwa 0,018 cm (0,007 Zoll)). Das Substrat 42 weist auf einer Seite eine zuvor aufgebrachte Beschichtung aus einem transparenten leitfähigen Material, vorzugsweise Indiumzinnoxid (ITO), auf, wenngleich auch Aluminiumoxid, Gold und Silber oder andere zusammengesetzte Beschichtungen verwendet werden können. Das ITO-Material wird vorzugsweise im Vakuum auf die Substratplatte aufgesputtert, um eine transparente Frontbeschichtung 44 zu bilden, die in etwa 1000 Å dick ist. Die transparente Frontbeschichtung 44 ist mit einer Phosphor- bzw. Leuchtstoffschicht 46 bedeckt, die aus elektrolumineszenten Leuchtstoffteilchen, beispielsweise mit Kupfer oder Mangan, die in einem Polymerbindemittel verteilt sind, dotiertem Zinksulfid gebildet ist. Die Leuchtstoffschicht 46 ist durch Siebdruck auf die transparente Frontbeschichtung 44 aufgebracht und hat eine Dicke von etwa 0,001 Zoll. Eine etwa 0,001 Zoll dicke dielektrische Schicht 48 ist aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten, wie in einem Polymerbindemittel verteiltem Bariumtitanat, gebildet. Die dielektrische Schicht 48 ist durch Siebdruck auf die Leuchtstoffschicht 46 aufgebracht, so daß sie sich bis zu den Rändern der Lampe 40 erstreckt. Auf die dielektrische Schicht 48 ist eine hintere Elektrode 50 aufgebracht, die aus leitenden Teilchen, beispielsweise Silber oder Kohlenstoff, gebildet ist, die in einem Polymerbindemittel verteilt sind, um eine durch Siebdruck aufbringbare Tinte zu bilden. Die Tinte wird durch Siebdruck auf die dielektrische Schicht 48 aufgebracht, um die hintere Elektrode 50 in einer etwa 0,0013 cm (0,0005 Zoll) dicken Schicht zu bilden. Bei manchen Anwendungen der Lampe 40 kann eine zusätzliche Isolierschicht (nicht dargestellt) auf die hintere Elektrode 50 aufgebracht werden, um mögliche Stoßgefahren zu vermeiden oder um eine Feuchtigkeitssperre bereitzustellen, um die Lampe zu schützen. Ein geeignetes Polymerbindemittel für diese Schichten ist PVDF, wie in der Druckschrift US-A-4 816 717 beschrieben ist.
Wiederum mit Bezug auf 1 sei bemerkt, daß jede der vorgeformten elektrolumineszenten Lampen 40 zwischen bestimmten Kurzschlußschaltern 34 des Schalt-Tastenfelds 22 und entsprechenden Bereichen 27, 28, 29 des Graphikanzeigefelds 26 positioniert ist. Die flexible Natur der Lampen 40 ermöglicht es, daß die auf die Deckplatte 26 ausgeübte nach unten gerichtete Kraft auf die Kurzschlußschalter 34 übertragen wird, ohne die Lampen 40 zu beschädigen. Gemäß dieser Ausführungsform haben die elektrolumineszenten Lampen 40, die bestimmten Bereichen des Graphikanzeigefelds 26 zugeordnet sind, verschiedene ausgewählte Farben. Beispielsweise wird der Bereich 27, der Fernsehfunktionen zugeordnet ist, mit einer oranges Licht emittierenden elektrolumineszenten Lampe 40a beleuchtet, während der Bereich 29, der dem Steuern eines Videorecorders (VCR) zugeordnet ist, mit einer blaues Licht emittierenden Lampe 40b beleuchtet wird.
In den 3A – 3D ist ein Prozeß zum Verbinden der kleinen vorgeformten elektrolumineszenten Lampen 40 mit dem flexiblen Substrat 35 der modularen Einheit dargestellt.
Wie in 3A dargestellt ist, ist die Lampe 40 mit der nach oben weisenden Leuchtseite 33 so auf dem flexiblen Substrat 35 angeordnet, daß die leitfähigen Auflagen 41a, 41b der Lampe den Leiterbahnen 36 des Substrats überlagert sind. Ein kleiner Klebstofftropfen oder, wie hier dargestellt, ein doppelseitiger, druckempfindlicher Klebestreifen 52 ist zwischen dem flexiblen Substrat 35 und der hinteren Elektrode 50 der Lampe 40 in einem Bereich zwischen den leitfähigen Auflagen 41a, 41b angeordnet, um die Lampe 40 leicht am flexiblen Substrat 35 zu befestigen. Wie in 2 dargestellt ist, ist die leitfähige Auflage 41b direkt mit der hinteren Elektrode 50 verbunden, während die leitfähige Auflage 41a über ein Durchgangsloch (nicht dargestellt) mit der transparenten Frontbeschichtung 44 verbunden ist. Der Klebestreifen 52 ermöglicht das Umklappen der Kombination aus der Lampe 40 und dem flexiblen Substrat 35 im Laufe der Herstellung, so daß sich Lampen 40 aus den nachstehend erklärten Gründen unterhalb der Platine befinden.
Wie in 3B dargestellt ist, ist die Lampe 40 unter Verwendung einer Ultraschallschweißeinrichtung 54 (5) in der Art des Modells 901AE IW Integrated Welder, hergestellt von Branson Ultrasonics Corp., Danbury, CT, elektrisch und mechanisch mit dem flexiblen Substrat 35 verbunden. Wie vorstehend in Zusammenhang mit 3A beschrieben wurde, kann die Kombination aus der Lampe 40 und dem flexiblen Substrat 35 umgeklappt und der Schweiß einrichtung 54 zugeführt werden, so daß die untere Fläche 37 des flexiblen Substrats 35 einem gerändelten Schweißwerkzeug 56 gegenübersteht, das über dem Bereich der leitfähigen Auflage 41a der Lampe 40 positioniert ist. Das gerändelte Schweißwerkzeug 56 hat einen Durchmesser von etwa 0,64 cm (0,25 Zoll) und eine Spitze mit einer Gitteranordnung verhältnismäßig scharfer Zinken 60, die etwa 0,051 cm (0,020 Zoll) lang sind und 0,030 Zoll voneinander beabstandet sind. Bei dieser Anordnung ist die transparente Beschichtung 44 der Lampe 40 mit der Außenfläche nach unten einer X-Y-Grundplatte 58 der Schweißeinrichtung 54 zugewandt. Die Schweißeinrichtung 54 wird elektronisch programmiert, um die Schweißspitze 56 über einer zur Grundplatte 58 parallelen Ebene zu positionieren.
Wie in 3C dargestellt ist, wird die Schweißeinrichtung 54 programmiert, um das gerändelte Schweißwerkzeug 56 mit einer vorbestimmten Kraft und für eine präzise Zeitdauer auf die Unterfläche 37 abzusenken, so daß die Zinken 60 durch das flexible Substrat 35 und in die Lampe 40 eindringen. Die Zinken 60 erstrecken sich durch die hintere Elektrode 50, den Leuchtstoff 46 und in das transparente Substrat 42 der Lampe 40. Wie Fachleuten bekannt ist, ist das Vibrationsschweißen eine Technik zum Erzeugen starker struktureller oder Hochdruckdichtungen zwischen thermoplastischen Materialien. Elektrische Hochfrequenzenergie (20 Kilohertz) wird durch eine Festkörper-Leistungsversorgung einer Wandlereinheit (nicht dargestellt) der Schweißeinrichtung 54 zugeführt. Die Wandlereinheit ändert die elektrische Energie in mechanische Schwingungsenergie bei Ultraschallfrequenzen. Die Schwingungsenergie wird durch das Schweißwerkzeug 56 auf den Verbindungsbereich übertragen und an den Zinken des Werkzeugs durch Reibung in Wärme umgewandelt. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Unterfläche 37 des flexiblen Substrats 35 unter einem Druck von 68,9–137,9 kN/m² (10–20 lbs/Zoll²) für 25–75 Millisekunden gegen die hintere Elektrode 50 der Lampe 40 in Schwingung versetzt. Die im Grenzflächenbereich erzeugte Reibungswärme bewirkt das Verschmelzen des Polyestermaterials des flexiblen Substrats 35 und des transparenten Substrats 42, so daß zwischen ihnen eine starke molekulare Bindung bereitgestellt wird.
Mit Bezug auf 3D sei bemerkt, daß zum Abschließen des Schweißvorgangs das gerändelte Schweißwerkzeug 56 von dem flexiblen Substrat 35 abgehoben wird, so daß mechanische Kontaktpunkte 62 aus geschmolzenem Polyester des flexiblen Substrats 35 und des transparenten Substrats 42 der Lampe 40 verbleiben. Die Schweißstärke der mechanischen Kontaktpunkte 62 nähert sich derjenigen des Ausgangsmaterials. Gleichzeitig zwingen die lokalisierte Wärme und die Schwingungen, die von dem gerändelten Schweißwerkzeug 56 bereitgestellt werden, die durch Siebdruck aufbringbare leitfähige Polymertinte der hinteren Elektrode 50 von den Eindringstellen fort, um elektrische Kontaktwege 64 zwischen den mechanischen Kontaktpunkten 62 zu bilden, so daß ein elektrischer Durchgang gewährleistet ist.
Wie in den 4A und 4B dargestellt ist, weist die Lampe 40 ein Paar leitfähiger Auflagen 41a auf, die an Leiterbahnen 36 der flexiblen Schaltung 35 angebracht sind. Die Gitteranordnung der Zinken 60 des Schweißwerkzeugs 56 wird verwendet, um das Gitter geschmolzener mechanischer Kontaktpunkte 62 und leitfähiger Tinte zu elektrischen Kontaktwegen 64 aus leitender Tinte zwischen der gedruckten hinteren Elektrode 40 und gedruckten Leiterbahnen 36 bereitzustellen. Eine Unterbrechungslinie 69 ist durch Laserritzen durch die hintere Elektrode 50 ausgebildet, um eine elektrische Isolation zwischen der hinteren Elektrode 50 und der vorderen Elektrode 44 bereitzustellen. Die elektrische Isolation ist bereitgestellt, weil eine Verbindung der hinteren Elektrode 50 mit dem flexiblen Substrat 35, wie in den 3A – 3D beschrieben (oder wenn die nachstehend beschriebenen Verfahren verwendet werden), bewirken kann, daß die vordere Elektrode 44 mit der hinteren Elektrode 50 kurzgeschlossen wird.
Es sei bemerkt, daß die kleinen, vorgeformten Lampen 40 auch unter Verwendung anderer Anbringungsmittel mit dem flexiblen Substrat 35 verbunden werden können. Beispielsweise ist in 9 eine mechanische Öse 120 dargestellt, die einen mit einem Kopf versehenen Stiftabschnitt 122 aufweist, der durch die Lampe 40 und das flexible Substrat 35 verläuft und an einer unteren Fläche 39 des Substrats 35 abgeflacht ist, um die Lampe 40 fest an dem Substrat anzubringen. Alternativ wird, wie in 10 dargestellt ist, ein Streifen eines starken, leitfähigen Klebstoffilms 130, beispielsweise vom Modell Nr. 9703, ein Produkt von 3M Corporation, Minneapolis, MN, zum sicheren Befestigen der Lampe 40 und des Substrats 35 verwendet.
Der Prozeß des Befestigens vorgeformter Lampen 40 mit einer ausgewählten geringen Größe an dem flexiblen Substrat 35 ist vorteilhafterweise zur Verwendung in einer automatisierten Produktionsstraßenumgebung ausgelegt. Mit Bezug auf 5 sei bemerkt, daß einer automatisierten Lampenmontagestraße 70 ein Vorrat flexibler Substrate 35 mit vorbestimmten Leiterbahnen 36 und vorbestimmten Bereichen zum Befestigen von Lampen 40 zugeführt wird. Die flexiblen Substrate 35 werden entlang einer Straße an einer Reihe von Produktionsstationen vorbeigeführt. An einer Vorbereitungsstation 72 werden die Substrate 35 beispielsweise gereinigt und zur Aufnahme von Lampen 40 vorbereitet, bevor sie zu einer Ladestation 73 befördert werden. Jedes Substrat 35 wird im allgemeinen auf einer starren Schablone getragen, um das flexible Substrat zu halten, während es von Station zu Station bewegt wird, und um eine Lagegenauigkeit für die Schweißprozedur bereitzustellen. Montagehilfen, wie Klebeband 52, 130 (in Zusammenhang mit den 3A und 10 beschrieben) oder Epoxidklebstoffe sind an geeigneten Stellen auf dem flexiblen Substrat 35 an einer Klebstoffspendestation 74 angeordnet. Die Spendestation 74 umfaßt hier eine Spritze, die gesteuert wird, um einen "Punkt" eines schnell trocknenden Epoxidharzes, der zum Halten einer Lampe 40 ausreicht, auf einen Bereich der Lampe abzugeben, der von den leitfähigen Auflagen 41a entfernt ist.
Die Lampen 40 werden an einer numerisch gesteuerten Lampenmontagestation 75 mit einem Roboterarm 76 durch Aufgreifen und Anordnen auf Substrate 35 gebracht. Eine große Vielfalt von Lampen 40 mit unterschiedlichen Größen, Farben und Intensitäten wird von Auswahlkörben oder einer Spule flexibler elektrolumineszenter Lampen zugeführt. Eine Anweisungsvorschrift, die die Anzahl, den Typ und die Position der mit dem flexiblen Substrat 35 zu verbindenden Lampen 40 definiert, wird der Montagestraße 70 zugeführt, um den Roboterarm 76 anzuweisen, die Lampen 40 auszuwählen und richtig auf dem flexiblen Substrat 35 zu positionieren. Der Roboterarm 76 verwendet einen Vakuumaufnahmemechanismus zum Aufgreifen einer Lampe 40, auf die ein ungehärtetes Epoxidharz aufgebracht wurde, er positioniert die Lampe und er drückt für eine ausreichende Zeit gegen die Lampe, um zu ermöglichen, daß das Epoxidharz teilweise härtet, und er kehrt zurück, um die nächste Lampe aufzugreifen.
Es kann für bestimmte modulare Lampenanordnungen erforderlich sein, eine Umklappstation 77 zu verwenden, um die Kombination aus dem flexiblen Substrat und der Lampe so umzudrehen, daß die Unterseite 37 (die hintere Elektrode 50) mit der Außenseite nach oben einer Reihe von Schweißstationen 78a–78c präsentiert wird. Bei diesen Anwendungen wird die Schablone verwendet, um die flexible Schaltung 35 umzuklappen.
Jede der Schweißstationen 78a–78c arbeitet, wie vorstehend in Zusammenhang mit den 3B – 3D beschrieben wurde, um eine bestimmte Lampe 40 mechanisch und elektrisch an einer vorgewählten Position an den flexiblen Substraten 35 zu befestigen. Bei einer alternativen Anordnung kann eine einzige Schweißstation mit einem numerisch gesteuerten Roboterarm verwendet werden, um Schweißoperationen für alle auf dem Substrat 35 angeordneten Lampen 40 auszuführen.
Schließlich werden fertige modulare Lampeneinheiten einer Entladestation 79 zugeführt, wo sie gereinigt, inspiziert, getestet und zur Auslieferung verpackt werden.
Andere Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche. Beispielsweise ist in 6 das Innere eines Automobils dargestellt, das ein Automobil-Armaturenbrett 80 mit einem Instrumentenfeld 82 zum Tragen einer Instrumententafel 88 und von Meßinstrumenten 84–87 aufweist. Das Instrumentenfeld 82 hat eine konkave Form, die mit dem gekrümmten Armaturenbrett des stilisierten Automobilcockpits übereinstimmt. Die Meßinstrumente 84–87 umfassen beispielsweise den Geschwindigkeitsmesser, ein Tachometer, eine Temperaturangabe und Kraftstoff-Meßfunktionen. Die Instrumententafel 88 weist eine gedruckte Graphik für Warnhinweise 89–94 in der Art von Sicherheitsgurt-, Tür/Kofferraum-Offen-, Fernlicht- und Blinkerfunktionen auf.
Wie in 7 dargestellt ist, ist eine in der vorstehend beschriebenen Art hergestellte vorgeformte, flexible Moduleinheit mit mehreren Lampen innerhalb des Instrumentenfelds 82 und hinter sowohl den Meßinstrumenten 84–87 als auch der Instrumententafel 88 angeordnet. Die flexible Schaltung 95 des Moduls weist wie dargestellt elektrolumineszente Lampen 84a–87a und 89a–94a auf, die mit Leiterbahnen 96 des Substrats an eine elektrische Leistungsquelle (nicht dargestellt) angeschlossen sind. Die elektrolumineszenten Lampen 84a–87a und 89a–94a weisen Größen und Formen auf, die mit entsprechenden Meßinstrumenten 84–87 und Warnhinweisen 89–94, die zu beleuchten sind, übereinstimmen. Jede elektrolumineszente Lampe 84a–87a und 89a–94a ist unabhängig adressierbar und, sofern geeignet, mit einem Schalter zum Verbinden der Lampe mit der Leistungsquelle, wenn ein bestimmter Fehler (beispielsweise Sicherheitsgurt nicht befestigt) erkannt wird, verbunden. Das flexible Mehrlampenmodul kann in dem Maße verformt oder gebogen werden, daß Bereiche mit kleinen Krümmungsradien auftreten. In diesen Bereichen können die flexible Schaltung 95 und die angebrachten Lampen 84a, 87a Zugentlastungs- bzw. Spannungsentlastungseinschnitte 97 aufweisen, um die Biegebeanspruchung 40 zu verringern, die auf die Lampen 84a, 87a und die flexible Schaltung 95 wirkt.
Bei einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform kann die in 7 dargestellte flexible Mehrlampen-Moduleinheit gebildet werden, indem als ein Trägersubstrat ein verhältnismäßig dickes selbsttragendes Substrat aus einem thermoplastischen Material verwendet wird, das nach Herstellung in flacher Gestalt durch Ausüben von Druck und Erwärmen mit Lampen am Verwendungsort zu einer gewünschten Konfiguration geformt wird.
Im Fall des Formens der Lampen selbst zu dreidimensionalen Objekten wurde herausgefunden, daß es vorteilhaft ist, einen Prozeß zu verwenden, den wir als "Thermoformen" bezeichnen. Das Thermoformen ist von dem wohlbekannten Prozeß des Wärmeformens unterscheidbar, bei dem ein Kunststoffilm auf seine Glasübergangstemperatur erwärmt wird und einsacken gelassen wird, bevor er durch Vakuum und/oder Druck über oder in eine Form gezogen wird. Das Thermoformen ist ein völlig verschiedener Prozeß, der bei niedrigeren, gesteuerten Temperaturen unter der Glasübergangstemperatur ausgeführt wird, wobei eine Druckformungswirkung verwendet wird, um die Lampe an eine Form anzupassen, ohne die Betriebsintegrität der Schichten der Lampen zu stören. Demgemäß kann die Lampe in ihrer neuen dreidimensionalen Form noch als eine Lampe wirken. Beispielsweise werden bestimmte Typen elektrolumineszenter Lampen, wie die elektrolumineszente Lampe Durel-3^TM, die von Durel Corporation, Tempe, AZ, hergestellt wird, auf einem Trägersubstrat gefertigt, das einen zweiachsig orientierten Polyesterfilm aufweist, von dem herausgefunden wurde, daß er dafür geeignet ist, zu einer großen Vielzahl dreidimensionaler Konfigurationen thermogeformt zu werden. Alternativ können diese elektrolumineszenten Lampen auf Polycarbonatfilmen bereitgestellt werden. Im allgemeinen liegen die Temperaturgrenzen zum Thermoformen von Lampen, die auf solchen Substraten bereitgestellt werden, zwischen 87,8°C (190°F) und 132,2°C (270°F), wobei ein bevorzugter Bereich zwischen 110°C (230°F) und 126,7°C (260°F) liegt. Die Obergrenze ist durch die Temperatur, bei der die thermoplastischen Schichten der elektrolumineszenten Lampe beschädigt werden, und weiter, im Fall orientierter Polymersubstrate, durch die Temperatur, bei der das Trägersubstrat schrumpft, festgelegt. Die thermoplastischen Schichten der Lampe bestehen im allgemeinen aus Polyvinylidenfluorid und umfassen eine Leuchtstoffteilchen enthaltende Schicht, um eine Leuchtstoffschicht zu bilden, eine Isolierschicht und eine beispielsweise leitfähige Teilchen enthaltende Schicht, um eine hintere leitfähige Elektrode zu bilden. Es ist wichtig zu bemerken, daß der Bereich der für das Thermoformen geeigneten Temperaturen deutlich unter den Glasübergangstemperaturen von Polyester und Polycarbonat liegt. Die untere Temperaturgrenze ist durch die zum permanenten Verformen der Lampe erforderliche Temperatur gegeben. Das Thermoformen bei diesen verhältnismäßig niedrigen Temperaturen erhält die Integrität des Trägersubstrats und der thermoplastischen Schichten aufrecht. Insbesondere liefert die Leuchtstoffschicht nach dem Thermoformen über die Lampe eine gleichmäßige Lichtverteilung, und es wird über die leitende Schicht eine zuverlässige elektrische Stetigkeit aufrechterhalten. Zusätzlich wird das Schrumpfen des Trägersubstrats während des Thermoformungsprozesses verhindert.
Mit Bezug auf 11A sei bemerkt, daß ein Verfahren zum Thermoformen einer elektrolumineszenten Lampe das Erwärmen passender positiver und negativer Aluminiumformen 140, 142 in einem Ofen (nicht dargestellt) auf 121,1°C (250°F) umfaßt. Eine Durel-3-EL-Lampe 144 wird zwischen den Formen 140, 142 angeordnet, und eine "C"-Klemme 146 wird verwendet, um einen leichten Druck bereitzustellen, um die sandwichförmig angeordneten Teile zusammenzuhalten. Die Lampe 144 und die Klemme 146, die sandwichförmig angeordnet sind, werden bei der gleichen Temperatur für etwa acht Minuten in den Ofen zurückgeführt, daraus entfernt, und die Klemme 146 wird festgezogen. Nach einem 15 minütigen Kühlen wird die Klemme 146 entfernt, um die thermogeformte Lampe 144a bereitzustellen. Wenn die thermogeformte Lampe 144 an eine Leistungsversorgung angeschlossen wird, leuchtet sie mit einer gleichmäßigen Beleuchtung, die sowohl in den thermogeformten als auch in den flachen Bereichen der Lampe bereitgestellt wird. Wie in den 11B und 11C dargestellt ist, versieht die Gestalt der Aluminiumformen 140, 142 die Lampe 144a mit einer kreisförmigen Rille 148, und sie wurde verwendet, um den Grad der thermischen Verformung zu demonstrieren, den die Lampe 144 während der Thermoformung erfahren kann, ohne daß ihre Funktion beeinträchtigt wird.
Gemäß einer in den 12A – 12B dargestellten anderen Anwendung werden die planaren Auflagenabschnitte 150 einer elektrolumineszenten Durel-3-Lampe 151 zum Halten elektrischer Kontakte 152 in der vorstehend in Zusammenhang mit den 11A – 11C beschriebenen Weise thermogeformt, um Feder-Feststellvorrichtungen bereitzustellen. Die Auflagenabschnitte werden vorzugsweise so verformt, daß sie über die Ebene der Oberfläche der Elektrode etwa 0,025 cm (0,010 Zoll) vorstehen, wenngleich bei bestimmten Anwendungen 0,005 cm (0,002 Zoll) ausreichen können, um die erforderliche Federwirkung bereitzustellen. Bei Anwendungen, bei denen elektrische Leistung Kontakten auf entgegengesetzten Flächen einer elektrolumineszenten Lampe zugeführt wird, werden typischerweise leitende Klebstoffe verwendet, um an den Kontaktpunkten einen guten elektrischen Kontakt zu erhalten. Die Feder-Feststellvorrichtungen üben am Verbindungspunkt einen konstanten Druck auf den leitenden Klebstoff aus, wodurch ein elektrischer Durchgang zur Lampe und ihrer Leistungsquelle gewährleistet wird.
Bei einer in 12C dargestellten weiteren Ausführungsform weist eine elektrolumineszente Lampe 154 integriert bzw. integral ausgebildete angehobene Polymer-Feder-Feststellvorrichtungen 153 auf, die an Kontaktauflagen thermogeformt sind, um sie in eine Aufnahme 155 einzuführen. Die Aufnahme 155 weist einen passenden Verbinder mit Federfingern 157 auf, deren Abmessung etwas geringer ist als die Höhe der Feststellvorrichtungen 153. Die aus dem Polymer der Lampe selbst gebildeten Feder-Feststellvorrichtungen 153 werden während des Einführens komprimiert, so daß zwischen den Kontakten eine Wischwirkung erzeugt wird. Es sei bemerkt, daß auch Konstruktionen möglich sind, bei denen sich die Feststellvorrichtungen auf der gleichen Fläche der Lampe befinden, wenngleich in den 12A – 12B die Feststellvorrichtungen auf entgegengesetzten Seiten der Lampe dargestellt sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine thermogeformte Lampe so hergestellt werden, daß eine Lampe 156 mit einer veränderlichen Lichtausgabe bereitgestellt wird. Mit Bezug auf die 13A – 13B sei bemerkt, daß ein einen Zoll breiter und acht Zoll langer Streifen 158 aus Durel-3-EL-Lampenmaterial zu einer schraubenförmigen Spirale von Wicklungen 160 geformt wird, klebend um einen zylindrischen Dorn geklemmt wird und 5 Minuten in einen 121,1°C (250°F) aufweisenden Wärmeofen eingebracht wird. Das geklemmte Lampenmaterial 158 wird von dem Dorn entfernt und 7 Minuten lang abkühlen gelassen. Nach dem Entfernen bleibt die EL-Lampe 156 als eine schraubenförmige Feder zurück, die zusammengedrückt werden kann, jedoch so vorgespannt ist, daß sie in ihre langgestreckte Form zurückkehrt. Wie in 13B dargestellt ist, emittiert die EL-Lampe 156 die maximale Lichtmenge von den schraubenförmigen Wicklungen 160, wenn sie in ihre vollkommen gestreckte Form ausgefahren ist. Umgekehrt werden die schraubenförmigen Wicklungen 160, wie in 13A dargestellt ist, zum Verringern des emittierten Lichts zusammengedrückt, so daß durch das Maskieren zwischen den einzelnen Wicklungen das von der Lampe 156 emittierte Gesamtlicht reduziert wird. Wie in 13C dargestellt ist, kann die Lampe mit einer veränderlichen Lichtausgabe beispielsweise in einem Automobil-Geschwindigkeitsmesser verwendet werden. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Lampe mit einer veränderlichen Lichtausgabe innerhalb des Armaturenbretts montiert und an dem Geschwindigkeitsmesserkabel des Automobils angebracht, um den Druck bereitzustellen, der erforderlich ist, um zu ermöglichen, daß die beleuchteten Wicklungen gestreckt werden, wenn die Geschwindigkeit des Automobils zunimmt, und daß sie verkürzt werden, wenn die Geschwindigkeit abnimmt.
In 14 ist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine thermogeformte elektrolumineszente Lampe 170 dargestellt, die dazu dient, die Frontgraphik 172 eines handgehaltenen Mobiltelefons 174 zu beleuchten. Das Telefon weist ein von hinten beleuchtetes Tastenfeld 176 auf zwei Ebenen und eine einzige thermogeformte Lampe 170 auf, die gefaltet ist, damit sie mit dem Übergangsbereich der Graphik übereinstimmt. In diesem Maße auftretende thermische Verformungen können bei bestimmten Anwendungen ein Reißen der leitfähigen Indiumzinnoxid-(ITO)-Beschichtung und der Kohlenstofftintenbeschichtung der hinteren Elektrode der Lampe 170 entlang Leiterbahnen 178, die von Lampenkontakten 180 ausgehen, bewirken. Eine Beschädigung der ITO-Schicht der Leiterbahnen 178 kann zu einem verringerten Lichtaustritt aus diesen Bereichen der Lampe nach dem Falten führen. Dementsprechend werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Silberträgerauflagen 182 in Form einer Silbertinte verwendet, um die gefalteten Abschnitte zu überbrücken und dadurch eine zuverlässige elektrische Verbindung über die Oberfläche der Lampe 170 aufrechtzuerhalten. Mit Bezug auf die 14B und 14C werden Schnittansichten der gefalteten Abschnitte der vorderen bzw. der hinteren Elektrode der thermogeformten elektrolumineszenten Lampe dargestellt. Wie in 14B dargestellt ist, wird bei einem Polyesterträgersubstrat 181 mit einer darauf angeordneten IT0-Schicht 183 auf die einer Thermoformung zu unterziehenden Abschnitte durch Siebdruck eine Silberträgerauflage 182 aufgebracht. Eine Leuchtstoffschicht 184, eine dielektrische Schicht 185 und eine hintere Elektrodenschicht 186 werden nachfolgend der Reihe nach auf die Silberträgerauflage und die IT0-Schicht aufgebracht. Mit Bezug auf 14C sei bemerkt, daß der gleiche Prozeß verwendet wird, um eine Silberträgerauflage durch einen hinteren Elektrodenbereich der thermogeformten Lampe bereitzustellen, wobei jedoch die IT0-Schicht 183 vor dem Aufbringen der Leuchtstoffschicht, der dielektrischen Schicht und der hinteren Elektrodenschicht in einem Bereich 187 einem Laserätzen unterzogen wird, um zwischen der vorderen und der hinteren Elektrode eine Isolation bereitzustellen.
Weil die mechanische Kraft, die zum Verformen eines strukturellen thermoplastischen Schaltungsplatinenelements erforderlich ist, im allgemeinen größer ist als diejenige, die zum Verformen der verhältnismäßig dünnen flexiblen elektrolumineszenten Lampe auf Polyesterbasis erforderlich ist, kann es bei manchen Anwendungen wünschenswert sein, die Lampe einer Thermoformung zu unterziehen, bevor sie auf dem dreidimensional geformten Aufnahmeflächenabschnitt der zu ihr passenden gedruckten Schaltung angeordnet wird. Demgemäß wird die Lampe einer Thermoformung unterzogen, um ein dreidimensional geformtes Lampenelement bereitzustellen, das zusammenwirkend bemessen und geformt ist, so daß es mit dem dreidimensional geformten Abschnitt der passenden Schaltung übereinstimmt, ohne daß die Lampe den mechanischen Spannungen ausgesetzt wird, die erforderlich sind, um den dreidimensional strukturierten Abschnitt zu bilden.
Das Verfahren zum Thermoformen kann verwendet werden, um beleuchteten Objekten eine Dreidimensionalität zu geben, um bestimmte Merkmale hervorzuheben und um die ästhetische Natur eines Produkts zu verbessern. Embleme oder Abzeichen, die als dekorative oder Werbegegenstände mit beleuchteten Abschnitten verwendet werden, können von einem solchen Verfahren profitieren. Beispielsweise ist in 15A dargestellt, daß ein Weihnachtsbaum 190 elektrolumineszente Lampen 192 aufweist, die an dem Baum angeordnete Zierkugeln darstellen. Jede Lampe kann unter Verwendung eines Prozesses in der Art des vorstehend in Zusammenhang mit den 11A – 11C beschriebenen Verfahrens thermogeformt werden, um zu bewirken, daß sich die Zierkugeln in halbkugelförmiger Form von der Oberfläche des Blatts erheben. Die 15B, 15C und 15D zeigen eine thermogeformte Lampe in Vorderansicht, Seitenansicht bzw. Draufsicht. Die auf diese Weise geprägten Lampen sind stärker hervorgehoben und stellen echte Weihnachtsornamente, die von einem Baum herabhängen, getreuer dar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Paar zueinander benachbart auf einem verhältnismäßig dünnen Substrat angeordneter halbkugelförmiger elektrolumineszenter Lampen durch ein durch das Substrat gebildetes Verbindungsgelenk verbunden sein, so daß durch Falten einer Lampe über die andere eine einzige beleuchtete kugelförmige Lampe bereitgestellt wird.
Es sei bemerkt, daß das Thermoformen elektrolumineszenter Lampen angewendet werden kann, um ein erhöhtes oder geprägtes Bild in der Art der vorstehend beschriebenen Zierkugeln bereitzustellen, oder daß ein "Eindrücken" vorgenommen werden kann, um das Bild in einer heruntergedrückten Form bereitzustellen. Beide Verfahren stellen die zusätzliche Dimensionalität bereit, um die von den Lampen dargestellten Bilder hervorzuheben und die Ästhetik der normalerweise flachen Lampe zu erhöhen. Das Prägen oder das Eindrücken der elektrolumineszenten Lampen kann unter Verwendung des vorstehend in Zusammenhang mit 11A beschriebenen Verfahrens erreicht werden. Alternativ weist ein in 16 dargestellter alternativer Mechanismus ein Formwerkzeugelement 202 mit konkaven Abschnitten 203 auf, welche die Form des geprägten oder eingedrückten Bilds darstellen. Eine blattförmige elektrolumineszente Lampe 204 ist über dem Formwerkzeug 202 angeordnet, und ein pneumatisches Druckelement 206 mit einer an einer starren Rückenplatte 210 angebrachten elastomeren Membran 208 wird zum Thermoformen der Lampe 204 verwendet. Beim Betrieb wird das Formwerkzeugelement 202 auf die gewünschte Temperatur erwärmt und das pneumatische Druckelement 206 abgesenkt, bis die Randabschnitte der starren Rückenplatte 210 in die Oberfläche der Lampe eingreifen. Es kann bei manchen Ausführungsformen wünschenswert sein, zusätzliche Wärme durch die starre Rückenplatte 210 zuzuführen. Ein pneumatischer Druck wird auf einen Aufblasanschluß 210 ausgeübt, um die elastomere Membran 208 mit einer ausreichenden Kraft zum Verformen der Lampe 204 innerhalb der konkaven Abschnitte des Formwerkzeugelements 202 auszudehnen. Die Wärme wird von dem Formwerkzeugelement 202 abgeführt, und die Luft wird nach einer ausreichenden Kühlperiode aus dem pneumatischen Druckelement abgelassen, und die thermogeformte Lampe wird aus dem Formwerkzeugelement 202 entfernt.
Es wird erkannt, daß bei Anwendungen, bei denen für das Formen einer elektrolumineszenten Lampe keine genau definierten Kanten erforderlich sind, die Lampe unter kühleren Druckformungsbedingungen druckgeformt werden kann. Hierdurch wird auch die Betriebsintegrität des Trägersubstrats und der thermoplastischen Schichten der geformten Lampe aufrechterhalten. Die vorstehend in Zusammenhang mit den 11B, 12A und 14C beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele von Anwendungen, bei denen das Druckformen verwendet werden kann, um eine geformte Gestalt zu erzeugen, die Licht emittieren kann. Andererseits ist für jene Ausführungsformen, bei denen eine höhere Definition und komplexere Formen erforderlich sind (beispielsweise geprägte alphanumerische Symbole), das Thermoformen innerhalb der beschriebenen Temperaturbereiche bevorzugt. Die "C"-Klemme und die pneumatischen Druckerzeugungseinrichtungen, die vorstehend in Zusammenhang mit den 11A bzw. 16 beschrieben wurden, sind jeweils für das Druckformen elektrolumineszenter Lampen geeignet.
Mit Bezug auf die 8A – 8C ist dargestellt, daß elektrolumineszente Lampen 100 verwendet werden, um ein Zeichen 99 zu beleuchten. Ein Polycarbonatsubstrat 102 mit einer Dicke von etwa 0,051 cm (0,020 Zoll) weist eine Graphik 104 an einer Vorderfläche 106 mit teilweise transparenten Bereichen 103 auf, die durch eine Schablone gezeichnete Buchstaben, beispielsweise das Wort "EXIT", darstellen. Auf einer entgegengesetzten hinteren Oberfläche 108 des Substrats 102 sind entlang dem Außenrand des Substrats 102 Leiterbahnen 110 zum Übertragen von Leistung zu den Lampen 100 bereitgestellt, die Verbindungsauflagen 112 zum Anbringen von Lampen 100 aufweisen. Die Lampen 100 werden hier unter Verwendung des in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Prozesses hergestellt. Weil die Lampen 100 im Zeichen 99 jedoch nicht flexibel sein müssen, können alternativ starre Lampen verwendet werden, wobei weiterhin Oberflächenmontagetechniken in der Art der vorstehend beschriebenen verwendet werden. Anders als bei den vorstehend in Zusammenhang mit den 1 und 8 beschriebenen Ausführungsformen sind die Leuchtseiten 113 der Lampen 100 der hinteren Fläche 108 (der Tintenseite) des Substrats 102 gegenüberstehend angeordnet und werden unter Verwendung einer dünnen Schicht transparenten Klebstoffs 115 (8C) an dem Substrat 102 gehalten, so daß das emittierte Licht durch die transparenten Bereiche 103 hindurchtritt. Wie in den 8B und 8C dargestellt ist, werden flexible Polyesterbrücken 114 mit Silberbahnen 116 auf einer Fläche verwendet, um die hinteren Elektroden auf den nicht leuchtenden Seiten 118 der Lampen 100 mit Verbindungsauflagen 112 des Substrats 102 zu verbinden. Die Verbindung zwischen den Lampen 100 und den Leiterbahnen 110 kann unter Verwendung beliebiger der vorstehend in Zusammenhang mit den 3A – 3E, 9 und 10 beschriebenen Anbringungsverfahren erreicht werden.

Claims

Elektrolumineszentes Leuchtkörper- bzw. Lampenmodul (24) mit einer Vielzahl von mehrschichtigen tafel- bzw. blattförmigen elektrolumineszenten Lampen (40), von denen jede eine blattförmige elektrolumineszente Teilchen enthaltende Schicht (46) aufweist, wobei die Schicht zwischen einem Paar von blattförmigen leitfähigen Schichten (44, 50)angeordnet ist, von denen eine für ein transmittierendes Licht transparent bzw. durchlässig ist, das von den Teilchen emittiert wird, wobei jede der Lampen Leiter (41a, 41b) aufweist, die zum Herstellen eines elektrischen Kontakts angeordnet bzw. bloßgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolumineszente Lampenmodul weiterhin ein Substrat (35) mit einer Lampen aufnehmenden Oberfläche und einem Feld von leitfähigen Bahnen bzw. Spuren (36) aufweist, die auf der Oberfläche angeordnet sind, wobei jede der Lampen eine geringere Fläche hat als das Substrat und darauf angeordnet ist, wobei die Lampen jeweils permanent direkt an das Substrat durch Mittel (52) gesichert ist, die zwischen passenden Oberflächen jeder Lampe und des Substrats wirken, und wobei die Leiter in die leitfähigen Spuren auf dem Substrat eingreifen, um einen elektrischen Kontakt damit herzustellen.
Elektolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 1, bei dem eine erste von der Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen (40) eine erste lichtemittierende Charakteristik hat, die sich von der lichtemittierenden Charakteristik ei ner zweiten der Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen unterscheidet.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 2, bei dem die lichtemittierenden Eigenschaften bzw. Kenndaten der ersten und der zweiten Lampe (40) Farben umfassen, wobei die Farbe der ersten Lampe von der Farbe der zweiten Lampe verschieden ist.
Elektrolumineszentes Modul (24) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die lichtemittierenden Kenndaten der ersten und der zweiten Lampe (40) Lampenintensitäten umfassen, wobei die Intensität der ersten Lampe von der Intensität der zweiten Lampe verschieden ist.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen unabhängig voneinander ansprechbar bzw. adressierbar sind.
Elektrolumineszentes Modul (24) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat (35) ein flexibles Substrat ist.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Vielzahl von elektrolumineszenten Lampen (40) flexibel ist.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die transparente blattförmige leitfähige Schicht (44) von mindestens einer der elektrolumineszenten Lampen (40) nahe der Lampen aufnehmenden Oberfläche des Substrats (35) angeordnet ist, wobei das Substrat transparente Abschnitte enthält, um das Licht, das von der zumindest einen elektrolumineszenten Lampe emittiert wird, durch das Substrat zu lassen.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 8, das weiterhin flexible leitfähige Verbinder (41a, 41b) aufweist, die bloßgelegte Leiter, die auf dem anderen des Paars der blattförmigen leitfähigen Schichten (50) der zumindest einen elektrolumineszenten Lampe (40) angeordnet sind, mit den leitfähigen Spuren (36) auf dem Substrat elektrisch verbinden.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (35) ein mechanisch verformtes Blattelement ist.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 10, bei dem das Blattelement einen Bereich der Deformation umfaßt, der zwischen Lampen (40), die daran gesichert sind, angeordnet ist.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 11, bei dem der Bereich der Deformation einen Übergangsbereich zwischen Bereichen des Blattelements umfaßt, die auf unterschiedlichen Höhen bzw. Niveaus liegen.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 10, bei dem ein Bereich des Blattelements und ein Bereich der blattförmigen Lampe (40), die daran gesichert ist, entsprechend deformiert sind.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Mittel, das zwischen einer Lampe (40) und dem Substrat (35) wirkt, eine gegenseitig lokalisierte Deformation der passenden Oberflächen der blattförmigen Lampe und des Substrats enthält.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Mittel, das zwischen einer Lampe (40) und dem Substrat (35) wirkt, eine thermische Verbindung zwischen einer Substanz der Lampe und einer Substanz des Substrats enthält.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 15, bei dem die thermische Verbindung eine Ultraschallschweißung aufweist.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach Anspruch 16, bei dem die Lampe (40) und das Substrat (35) beiderseitig bzw. gegenseitig deformiert sind.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Mittel, das zwischen einer Lampe (40) und dem Substrat (35) wirkt, eine mechanische Anbringvorrichtung aufweist, die durch die Dicke korrespondierender Abschnitte der blattförmigen Lampe und des Substrats reicht.
Elektrolumineszentes Lampenmodul (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Mittel, das zwischen einer Lampe (40) und dem Substrat (35) wirkt, einen lokalisierte Ablagerung von Klebstoff bei dem Bereich des Eingriffs zwischen den Leitern (41a, 41b) der Lampe und den leitfähigen Spuren (36) auf dem Substrat aufweist.