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HINTERGRUND
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Diese
Erfindung bezieht sich auf elektrolumineszente (EL-)Lampen und insbesondere
auf einen kostengünstigen
Prozess zum Herstellen eines EL-Paneels mit einer großen Fläche. So
wie hier verendet ist ein EL-"Paneel" ein einziges Substrat,
das ein oder mehrere leuchtende Bereiche umfasst, wobei jeder leuchtende Bereich
eine "EL-Lampe" ist.
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Eine
EL-Lampe ist im Wesentlichen ein Kondensator mit einer dielektrischen
Schicht zwischen zwei leitfähigen
Elektroden, von denen eine transparent ist. Die leitfähige Schicht
kann ein Phosphorpulver umfassen, oder es kann eine separate Schicht
aus Phosphorpulver benachbart der dielektrischen Schicht geben. Das
Phosphorpulver strahlt Licht in der Anwesenheit eines starken elektrischen
Felds ab, wobei sehr wenig Strom verbraucht wird.
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Eine
moderne EL-Lampe (nach 1980) umfasst typischerweise ein transparentes
Substrat aus Polyester- oder
Polykarbonatmaterial mit einer Dicke von ungefähr 7,0 tausendstel Zoll (0,178
mm). Eine transparente Vorderelektrode aus Indiumzinnoxyd oder Indiumoxyd
wird auf das Substrat bis auf eine Dicke von ungefähr 1000 Å im Vakuum
abgelagert. Eine Phosphorschicht wird auf die Vorderelektrode siebgedruckt,
und eine dielektrische Schicht wird auf die Phosphorschicht siebgedruckt.
Eine Rückelektrode
wird auf die dielektrische Schicht siebgedruckt.
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Die
Farben, die für
das Siebdrucken verwendet werden, umfassen ein Bindemittel, ein
Lösungsmittel und
einen Füllstoff,
wobei der Füllstoff
die Natur der aufgedruckten Schicht bestimmt. Ein typisches Lösungsmittel
ist Dimethylacetimid (DMAC) oder Ethylbutylacetat (EP-Acetat). Das
Bindemittel ist typischerweise ein Fluorpolymer, wie typischerweise
Polyvinylidenfluorid/Hexafluorpropylen (PVDF/HFP), Polyester, Vinyl
oder Epoxyharz. Eine Phosphorschicht wird typischerweise aus einer
fest-flüssig
Dispersion siebgedruckt, die ein Lösungsmittel, ein Bindemittel
und Zinksulfidpartikel enthält.
Eine dielektrische Schicht wird typischerweise aus einer fest-flüssig Dispersion
siebgedruckt, die ein Lösungsmittel,
ein Bindemittel und Bariumtitanat-(BaTiO3-)Partikel
enthält.
Eine opake Rückelektrode
wird typischerweise aus einer fest-flüssig Dispersion siebgedruckt,
die ein Lösungsmittel,
ein Bindemittel und leitfähige
Partikel, wie beispielsweise aus Silber oder Kohlenstoff, enthält. Da das
Lösungsmittel
und das Bindemittel für
jede Schicht chemisch, identisch oder gleichartig sind, gibt es
eine chemische Kompatibilität
und gute Haftung zwischen den benachbarten Schichten.
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Die
jeweiligen Schichten müssen
im Register vorliegen, und der Siebdruckprozess beschränkt ein
Paneel auf maximale Dimensionen von ungefähr 45 × 60 cm. Siebgedruckte Schichten
in großflächigen Paneelen neigen
dazu, Problem mit der Gleichmäßigkeit
der Dicke zu haben. EL-Lampen jeglicher Größe, die eine siebgedruckte
Schicht aufweisen, entwickeln eine charakteristische Körnigkeit,
wenn sie leuchten, was für
kleine, aus der Nähe
betrachtete Lampen, wie beispielsweise in Zifferblättern, unerwünscht ist.
Für viele
Anwendungen ist die Präzision,
die durch Siebdruck erreicht werden kann, nicht nötig, und
an Paneel mit Dimensionen größer als
45 cm × 60
cm ist erwünscht.
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Obwohl
Siebdruck eine gut entwickelte Technologie und deshalb relativ kostengünstig ist,
ist ein noch weniger kostspieliger Prozess für das Herstellen von EL-Lampen
erwünscht.
Weiterhin gibt es Nachteile beim Siebdruck. Die Auflösung beim
Siebdruck ist nicht so gut wie erwünscht. Z. B. kann das Drucken
eines feinen linienförmigen
Spalts, von z. B. 0,03 mm Breite, zwischen Leitern nicht zuverlässig durch
Siebdruck von benachbarten Leitern ausgeführt werden. Siebdruck erfordert
umfangreiches Handling des Substrats, auf das die Schichten gedruckt
werden, was in Kratzer in der äußeren Oberfläche des
Substrats resultiert. Bei EL-Lampen ist die äußere Oberfläche des Substrats die Vorderseite
der Lampe, und Kratzer sind hochgradig unerwünscht.
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Es
ist im Stand der Technik bekannt, temporäre Substrate für die Herstellung
einer EL-Lampe zu verwenden und die Schichten der Lampe von dem
temporären
Substrat abzuziehen oder anderweitig zu entfernen. Z. B. offenbart
das US-Patent 3,341,915 (Knochel et al.) das Ablagern einer transparenten
leitfähigen Schicht
aus Kupferjodid auf einem Polyacrylatsubstrat, das Ablagern einer
dielektrischen Phosphorschicht auf dem Kupferjodid und dann das
Ablagern einer Aluminiumrückelektrode.
Die Vorderelektrode haftet nicht gut an dem Substrat, und die Lampe
wird von dem Substrat abgezogen.
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Es
ist auch im Stand der Technik bekannt, eine EL-Lampe zu laminieren.
Das US-Patent 4,560,902 (Kardon) offenbart das Ablagern eines dielektrischen
Films auf einem Bogen aus Aluminiumfolie, das Ablagern einer Phosphorschicht
auf einem Mylar®-Bogen
beschichtet mit Indiumzinnoxyd und dann das Zusammenlaminieren der
beiden Bogen bei 1000 kPa und 150°C.
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Das
US-Patent 4,684,353 (deSouza) offenbart einen Trägerfilm mit einem Basisfilm
befestigt durch einen hitzeempfindlichen lösbaren Klebstoff. Eine Phosphorschicht
wird auf den Basisfilm siebgedruckt, und nach dem Aushärten werden
die Phosphorschicht und der Basisfilm von dem Stützfilm entfernt, und Elektroden
werden an den einander gegenüberliegenden
Hauptflächen
der Phosphorschicht angebracht.
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Das
US-Patent 5,469,109 (Mori) offenbart das Zusammenlaminieren von
zwei beschichteten transparenten Bögen, wobei ein erster Bogen
eine transparente Elektrode, eine Phosphorschicht und eine dielektrische
Schicht umfasst und ein zweiter Bogen eine Klebstoffschicht und
eine Rückelektrode,
die über
der Klebstoffschicht liegt, umfasst. Die Klebstoffschicht ist größer als
die Rückelektrode
und kontaktiert den ersten Bogen, wodurch die Phosphorschicht und
die dielektrische Schicht eingeschlossen werden, um die Lampe abzudichten.
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Die
US 4,513,023 offenbart einen
Prozess zum Herstellen einer EL-Lampe, wobei aufeinander folgende
Schichten (Isolationskissen, leitfähige Schicht, dielektrische
Matrix, nicht-transparenter Leiter) auf einer transparenten leitfähigen Schicht
aufgebaut werden (die die "Lichtseite" der Lampe definiert).
Alternativ offenbart sie das Aufbauen der aufeinander folgenden
Schichten auf der nicht transparenten leitfähigen Schicht (die die "dunkle" Seite der Lampe)
definiert. Bei keinem der Prozesse wird die Verwendung eines temporären Substrats
in Betracht gezogen.
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Im
Hinblick auf die voran stehenden Ausführungen ist es deshalb ein
Ziel der Erfindung, einen Prozess zur Herstellung von EL-Lampen
zu niedrigen Kosten bereitzustellen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Prozess zur Herstellung
EL-Lampen bereitzustellen, die eine große Fläche aufweisen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Prozess zur Herstellung
von EL-Lampen aufzuzeigen, bei dem die Lampen weniger körnig sind
als Lampen, die eine oder mehrere siebgedruckte Schichten aufweisen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Prozess zum
Herstellen von EL-Lampen unter Verwendung von bestehenden Materialien
aufzuzeigen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, EL-Lampen mit feinen Liniengeometrien
bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Prozess zum Herstellen
von EL-Lampen bereitzustellen, bei dem Kratzer minimiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorangehenden Ziele werden durch die Erfindung erreicht, bei der
eine Rückelektrode
auf ein temporäres
Substrat aufgetragen, zumindest teilweise getrocknet oder gehärtet und
dann mit einer dielektrischen Schicht und einer Phosphorschicht
beschichtet wird. Eine transparente Vorderelektrode auf einem transparenten
Substrat wird auf die Phosphorschicht laminiert. Die Schichten werden
aus einer fest-flüssig
Dispersion oder einer Farbe aufgetragen und auf eine gleichmäßige Schichtdicke über die
Breite des temporären
Substrats ausgestrichen. Der Prozess kann bei Verwendung von Materialrollen
für das
temporäre
Substrat kontinuierlich sein. Die Länge einer Lampe ist durch die
Länge des
temporären Substrats
beschränkt.
Die Breite der Lampe wird durch die Größe der Rakeln bestimmt, die
verwendet werden, um die Schichten auszubreiten. Es ist herausgefunden
worden, dass der erfundene Prozess eine EL-Lampe mit weniger körnigem Erscheinungsbild
als die Lampen produziert, die eine siebgedruckte Schicht aufweisen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein temporäres Substrat mit einer dielektrischen Schicht
und einer Phosphorschicht beschichtet und dann auf eine transparente
Vorderelektrode auf einem transparenten Substrat laminiert. Das
temporäre
Substrat wird entfernt, und eine Rückelektrode wird auf die dielektrische
Schicht laminiert. Die Rückelektrode
wird vorzugsweise vor der Laminierung auf ein temporäres Substrat
walzaufgestrichen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Erfindung kann durch Berücksichtigen
der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
erzielt werden, in denen:
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1 ein
Flussdiagramm zum Herstellen einer EL-Lampe gemäß dem Stand der Technik ist;
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2 ein
Flussdiagramm zum Herstellen einer EL-Lampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist;
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3 sequenzielle
Walzaufstrichschichten auf einem temporären Substrat illustriert;
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4 das
Laminieren der Vorderelektrode auf die beschichteten Schichten illustriert;
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5 das
Entfernen des temporären
Substrats von der Rückseite
eines Lampenpaneels illustriert;
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6 das
sequenzielle Walzaufstreichen einer dielektrischen Schicht und einer
Phosphorschicht auf ein temporäres
Substrat illustriert.
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7 das
Laminieren der beschichteten Schichten auf eine Vorderelektrode
illustriert;
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8 das
Walzaufstreichen einer Rückelektrode
auf ein temporäres
Substrat illustriert;
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9 das
Laminieren der Rückelektrode
auf eine dielektrische Schicht illustriert;
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10 einen
Prozess nach dem Stand der Technik zur Herstellung einer Mehrzahl
von EL-Lampen zu
relativ niedrigen Kosten illustriert; und
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11 einen
Prozess zur Herstellung einer Mehrzahl von EL-Lampen zu noch niedrigeren
Kosten als die in 10 illustrierten Lampen illustriert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
ein Flussdiagramm zum Herstellen eines EL-Paneel gemäß dem Stand
der Technik. Mit einem transparenten leitfähigen Film beschichtete transparente
Substrate sind kommerziell erhältlich.
Im Stand der Technik wird eine Lampe durch Siebdrucken eines geeigneten
EL-Phosphors auf den leitfähigen
Film, Siebdrucken einer dielektrischen Schicht über die Phosphorschicht und
dann Siebdrucken einer Rückelektrode über die
dielektrische Sicht hergestellt. Durch den Prozess hindurch ist
das transparente Substrat die Basis, auf der die Lampe aufgebaut
wird.
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Gemäß der Erfindung,
wie sie in 2 illustriert ist, werden eine
Phosphorschicht, eine dielektrische Schicht und eine Rückelektrode
auf eine temporäres
Substrat in der zu dem Flussdiagramm der 1 entgegen
gesetzten Reihenfolge aufgetragen. Das temporäre Substrat wird auf ein transparentes
Substrat laminiert, und dann wird das temporäre Substrat von der Rückelektrode
abgezogen. Geeignete Farben für
die jeweiligen Schichten werden im Wesentlichen auf das temporäre Substrat
gegossen oder geschüttet
und dann bis auf eine gleichmäßige Schichtdicke
ausgebreitet. Das Resultat ist eine Lampe, die erkennbar weniger
körnig
als eine Lampe ist, die durch Siebdruck hergestellt ist, und die
weniger teuer in der Herstellung ist als eine siebgedruckte Lampe.
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Für den Schritt 10 wird
eine leitfähige
Farbe auf ein temporäres
Substrat aufgetragen und mit einer Rakel oder eine Walzstreichvorrichtung
auf eine gleichmäßige Schichtdicke
ausgebreitet. Das Substrat ist ein Abziehpapier oder -kunststoff,
an dem die Farbe nicht anhaften wird, wie beispielsweise ein mit
Silikon behandelter Polyester oder ein mit Silikon behandeltes Papier. 3 illustriert
eine bevorzugte Vorrichtung für
die Herstellung eines EL-Paneels gemäß der Erfindung. Eine Mehrzahl
von Injektoren, wie beispielsweise ein Injektor 21, ist über die
Breite des temporären
Substrats 23 verteilt und trägt abgemessene Mengen an Farbe 22 auf
das Substrat auf. Das Substrat 23 bewegt sich, so wie die
Vorrichtung in 3 ausgerichtet ist, nach links.
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Die
Walze 26 ist auf einer Achse 27 gelagert und mit
ihrer äußeren Oberfläche in einem
festen, vorbestimmten Abstand, z. B. von 0,003 mm bis 0,25 mm, oberhalb
der oberen Oberfläche
des temporären
Substrats 23 angeordnet. Die Walze 26 weist an
dem Tangentialpunkt zu der Farbschicht 22 eine abrupte Änderung im
Radius auf. Die abrupte Änderung
im Radius umfasst vorzugsweise eine Stufe, die sich radial zu der
Achse 27 hin erstreckt. Die Stufe 28 hindert die
Farbe 22 daran, an der Walze 26 anzuhaften, und
daran, an einem Punkt hinter dem Tangentialpunkt von der Walze 26 angehoben
zu werden. Andere Details von Walzstreichverfahren sind dem Fachmann
auf dem Gebiet der Beschichtungen bekannt. 3 illustriert
ein Beispiel dessen, was generisch als Walzstreichvorrichtung bezeichnet
wird, insbesondere eine Rakel über
einer ebenen Platte. Die Walzstreichvorrichtung umfasst eine Rakel über einer
Walze, einer Gravur, einer Flexografie, einem Luftmesser und Umkehrwalzen,
neben anderen.
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Wenn
das Substrat 23 von einem aufgewickelten Materialbogen
erhalten wird, ist der in 3 illustrierte
Prozess im Wesentlichen kontinuierlich, und Lampen von jeder gewünschten
Länge können hergestellt werden.
Anders als Lampen, die durch Siebdruckvorrichtungen hergestellt
werden, kann die Länge
einer walzaufgestrichenen Lampe viel größer als die typisch erhältlichen
60 cm sein. In 3 ist die Breite einer Lampe durch
die Dimension der Rolle 26 senkrecht zu der Zeichenebene
bestimmt. Solche Rollen sind kommerziell in Breiten von 15 cm bis
180 cm und Längen
von mehr als 100 m erhältlich.
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Obwohl
Walzaufstreichen grundsätzlich
jede Beschränkung
bezüglich
der Größe einer
EL-Lampe beseitigt, ist ein wichtigerer Vorteil des Walzaufstreichens,
dass die Dicke der aufgebrachten Schichten über die Länge und Breite einer Lampe
viel gleichmäßiger ist,
als durch Siebdruck erreicht werden kann. Ein anderer Vorteil ist,
dass das Walzaufstreichen die Rate erhöht, mit der EL-Lampen produziert
werden können.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Schichten auf einem temporären Substrat
ausgebildet werden, d. h., das transparente Substrat wird nur einmal
für den
Laminierungsschritt gehandhabt, wodurch Kratzer auf dem transparenten Substrat
reduziert werden.
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Die
Rückelektrode
trocknet mit einer Rate, die durch den Siedepunkt des Lösungsmittels,
die Temperatur der Farbe und die Luftzirkulation bestimmt wird.
Die Farbe wird in einem (nicht gezeigten) Ofen in einer Reihe mit
dem Walzaufstreicher getrocknet (ausgehärtet). Nachdem die Rückelektrode
zumindest teilweise trocken ist, wird das temporäre Substrat mit einer dielektrischen
Schicht beschichtet.
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Für Schritt 11 (2)
trägt eine
Mehrzahl von Injektoren, wie beispielsweise ein Injektor 31,
eine abgemessene Menge an dielektrischer Farbe 32 auf,
die dann durch die Kante 35 an der Rolle 36 ausgestrichen und
in ihrer Dicke reduziert wird. Die dielektrische Farbe 32 wird
dann zumindest teilweise getrocknet. Für Schritt 12 (2)
trägt eine
Mehrzahl von Injektoren, wie beispielsweise ein Injektor 41,
eine abgemessene Menge an Phosphorfarbe 42 auf, die dann
durch die Kante 45 an der Walze 46 ausgestrichen
und in der Dicke reduziert wird. Die Schichten werden dann vollständig getrocknet,
und das temporäre
Substrat wird in Paneele einer für
ein bestimmtes Produkt geeigneten Größe zerteilt.
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Die
in 3 gezeigte Vorrichtung stellt ein temporäres Substrat
mit einer Rückelektrode,
einer dielektrischen Schicht und einer Phosphorschicht von im Wesentlichen
gleichmäßigen Dicken
bereit, wobei die Phosphorschicht außen liegt. Die Produktionsrate
ist höher,
als sie durch Siebdruck erreicht werden kann, und die Farbausbeute
kann 100% erreichen, wodurch die Kosten des Paneels reduziert werden.
Weiterhin ist das Paneel dimensionsgenau.
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Das
beschichtete Substrat wird dann in Streifen der gewünschten
Breite geschlitzt. Einzelne Lampenelemente von gewünschter
Form und Größe können aus
dem Substrat ausgestanzt werden. Die Streifen- oder Lampenelemente
werden dann in einem Heißwalzenlaminator
auf eine transparente Vorderelektrode laminiert. Die Phosphorschicht
haftet an dem transparenten Leiter, und ein kontinuierlicher Streifen
aus fertig gestellten Lampen verlässt den Laminator. Alternativ
wird das beschichtete Substrat vor dem Schneiden in Streifen oder in
individuelle Lampenformen auf ein transparentes Substrat laminiert.
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4 illustriert
Schritt 13 (2), in dem ein beschichtetes
temporäres
Substrat mit dem transparenten Substrat 51 laminiert wird.
Die Schwierigkeit bei diesem Schritt ist, dass das organische Bindemittel
und der Füllstoff
in der Phosphorschicht an der anorganischen transparenten Vorderelektrode 52 anhaften
müssen. Im
Schritt 14 (2) werden die Substrate unter
einem vorgegebenen Druck zusammengedrückt und auf eine Temperatur
erhitzt, die ausreichend ist, um das Bindemittel in der Phosphorschicht
dazu zu bringen, an der Vorderelektrode anzuhaften. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird die Vorderelektrode mit einem Haftvermittler
vorbehandelt, um die Adhäsion
zwischen dem aneinander angrenzenden organischen und anorganischen
Schichten zu fördern.
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Nachdem
die Phosphorschicht an die Vorderelektrode angebunden ist, wird
das temporäre
Substrat entfernt, wie in 5 illustriert
ist. Die Adhäsion
zwischen dem temporären
Substrat 23 und der Rückelektrode 22' ist kleiner
als die Adhäsion
zwischen der Rückelektrode 22' und der dielektrischen
Schicht 32'.
Das temporäre
Substrat 23 wird entfernt, wobei eine Mehrzahl von vollständigen Lampen
zurückbleibt.
Wenn das beschichtete temporäre
Substrat nicht zugeschnitten oder mit einem Muster versehen worden
ist, wird das Laminat dann wie gewünscht geschnitten, um entweder
kleine Paneele oder individuelle EL-Lampen herzustellen. Die durch
diesen Prozess hergestellten Lampen haben ein charakteristisch ruhigeres
Erscheinungsbild als Lampen, die durch Siebdruck hergestellt wurden.
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Der
Prozess gemäß der Erfindung
verwendet bestehende Materialien zur Herstellung von EL-Lampen zu
geringeren Kosten und mit weniger Körnigkeit. Die Erfindung wird
weiter durch die folgenden Beispiele illustriert. Beispiel
1 A.
Farbzubereitung: Farbgrundformel:
| DMAC
(Dimethylacetimid) | 45% |
| EB-Acetat | 9% |
| ModaflowTM | 1% |
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Das
EB-Acetat ist ein "Streckmittel", d. h., das Material
hindert die Farbe daran, zu schnell zu trocknen. Modaflow ist ein
Fließmittel,
d. h., das Material verhindert Blasenbildung. Diese Materialien
sind hilfreich, aber nicht kritisch. B.
Rückleiterfarbformel,
Auftragung und Härtung:
| Grundfarbe | 39,28% |
| Silberflocken | 53,64% |
| DMAC | 6,.02% |
| EB-Acetat | 1,06% |
| Abziehbelag | silikonbeschichtetes
Papier |
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Die
Farbe wird oben auf den Abziehbelag mit einem 0,05 mm-Spalt walzaufgestrichen
und bei 120°C für 10 min.
getrocknet. C.
Dielektrische Farbformel, Auftragung und Härtung:
| Grundfarbe | 55,0% |
| BaTiO3 | 45,0% |
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Die
Farbe wird oben auf den Druckleiter (s. o.) mit einem 0,05 mm-Spalt
walzaufgestrichen und bei 120°C
für 10
min. getrocknet. D.
Phosphorfarbformel, Auftragung und Härtung:
| Grundfarbe | 62,87% |
| Phosphor
723 (≤ 27 μ) (500 mesh) | 37,13% |
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Die
Farbe wird oben auf den Rückleiter
und die dielektrische Schicht (s. o.) mit einem 0,05 mm Spalt walzaufgestrichen
und bei 120°C
für 10
min. getrocknet.
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E. Laminierung der gegossenen
Lampe auf die Vorderelektrode:
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Die
gegossene Lampe wird in die gewünschte
Form zugeschnitten, die auf die Vorderelektrode zu laminieren ist.
Das Substrat mit der Vorderelektrode wird in die gewünschte Form
zugeschnitten, üblicherweise in
die Form der letztendlichen Lampe. Die Vorderelektrode wird mit
einer Silanlösung
behandelt. Eine dünne Schicht
der Silanlösung
wird auf die Vorderelektrode aufgetragen und mit heißer Luft
getrocknet, um die Lösungsmittel
zu verdampfen und um eine sehr dünne
Schicht aus Silan oben auf der Vorderelektrode zurückzulassen.
Die Zusammensetzung der Silanlösung
ist:
| Methanol | 93,1% |
| Entionisiertes
Wasser | 4,9% |
| Silan | 2,0% |
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Anmerkung
1: Die Oberflächenbehandlung
der Vorderelektrode ist nicht wesentlich, um eine Lampe herzustellen,
aber sie verbessert die Bindung zwischen der Vorderelektrode und
der Phosphorschicht.
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Anmerkung
2: Das Material, das gemeinhin als "Silan" bezeichnet wird, ist nicht SiH4 (ein Gas), sondern ein Siloxan (eine Flüssigkeit),
vorzugsweise N-(2-Aminoethyl)-3-Aminoporopyl-Trimethoxysilan.
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Nachdem
das temporäre
Substrat beschichtet ist, wird ein Paneel unter den folgenden Bedingungen in
einer Walzquetscheinrichtung zusammenlaminiert.
Temperatur:
Obere Walze: 168°C
Untere
Walze: Raumtemperatur.
Walzengeschwindigkeit ≈ 2,4 m/min.
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Das
Substrat mit der Vorderelektrode wird gerade zugeführt, während die
Lampenschicht auf dem Abziehbelag halb um die heiße Walze
gewickelt ist und dann in den Quetschspalt geführt wird. Die Lampe wird Phosphorschicht
an Vorderelektrode laminiert. Ein Laminator mit heißen Platten
könnte
alternativ verwendet werden, um gegossen-laminierte Lampen herzustellen. Beispiel
2 A.
Farbzubereitung: Acryloidlösung:
| B-44TM
Acryloid | 40,0% |
| DMAC | 60,0% |
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Die
Acryloidlösung
wirkt als Härter.
Die Lösung
härtet
die Schichten und verbessert den Widerstand gegenüber Kurzschlüssen, wenn
Lampen aus einem Paneel ausgeschnitten oder ausgestanzt werden. B.
Rückleiterfarbformel,
Auftragung und Härtung:
| Grundfarbe
(wie in Beispiel 1) | 33,43% |
| Acryloidlösung | 5,36% |
| Silberflocken | 51,58% |
| DMAC | 7,70% |
| EB-Acetat | 1,93% |
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Die
Farbe wird oben auf einen Abziehbelag mit einem Spalt von 0,05 mm
walzaufgestrichen und bei 120°C
für 10
min. getrocknet. C.
Dielektrische Farbformel, Auftragung und Härtung:
| Grundfarbe
(wie in Beispiel 1) | 45,18% |
| Acryloidlösung | 7,25% |
| DMAC | 4,72% |
| EB-Acetat | 1,93% |
| BaTiO3 | 41,80% |
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Die
Farbe wird oben auf den Rückleiter
(s. o.) mit einem 0,05 mm-Spalt walzaufgestrichen und bei 120°C für 10 min.
getrocknet. D.
Phosphorfarbformel, Auftragung und Härtung:
| Grundfarbe
(wie in Beispiel 1) | 54,68% |
| Acryloidlösung | 8,78% |
| Phosphor | 51,58% |
| Phosphor
723 (≤ 27 μ) (500 mesh) | 36,54% |
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Die
Farbe wird oben auf den Rückleiter
und die dielektrische Schicht (s. o.) mit einem 0,05 mm-Spalt walzaufgestrichen
und bei 120°C
für 10
min. getrocknet.
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E. Laminierung der gegossenen
Lampe auf die Vorderelektrode:
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- Temperatur: Obere Walze: 177°C
- Untere Walze: 179°C.
- Walzengeschwindigkeit ≈ 0,6
m/min.
- Druck ≈ 152
kPa.
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Die
Vorderelektrode wurde vor dem Laminieren mit Silanlösung (gemäß der obigen
Formel) behandelt. Das Substrat mit der Vorderelektrode und der
Abziehbelag mit den Lampenschichten wurden beide gerade in den Quetschspalt
eingeführt.
Die Lampe wurde Phosphorschicht an Vorderelektrode laminiert. Beispiel
3 A.
Farbzubereitung: Farbgrundformel:
| PVDF/HFP | 34,9% |
| DMAC
(Dimethylacetimid) | 51,5% |
| EB-Acetat | 12,9% |
| ModaflowTM | 0,7% |
B.
Rückleiterfarbformel,
Auftragung und Härtung:
| Farbgrundformulierung | 23,4% |
| synthetischer
Graphit | 40,9% |
| DMAC | 28,7% |
| EB-Acetat | 7,0% |
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Die
Farbe wird oben auf einen Abziehbelag mit einem 0,05 mm-Spalt walzaufgestrichen
und bei 120°C für 10 min.
getrocknet. C.
Dielektrische Farbformel, Auftragung und Härtung:
| Farbgrundformulierung | 61,4% |
| BaTiO3 | 38,6% |
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Die
Farbe wird oben auf den Rückleiter
(s. o.) mit einem 0,05 mm-Spalt walzaufgestrichen und bei 120°C für 10 min.
getrocknet. D.
Phosphorfarbformel, Auftragung und Härtung:
| Farbgrundformulierung | 65,6% |
| Phosphor | 34,4% |
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Die
Farbe wird oben auf den Rückleiter
und die dielektrische Schicht (s. o.) mit einem 0,05 mm Spalt walzaufgestrichen
und bei 120°C
für 10
min. getrocknet.
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E. Laminierung der gegossenen
Lampe auf die Vorderelektrode:
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Die
gegossene Lampe wird in die gewünschte
Form zugeschnitten, die wie oben im Beispiel 2 auf die Vorderelektrode
zu laminieren ist.
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Wie
bis hierher beschrieben, werden die Rückelektrode, die dielektrische
Schicht und die Phosphorschicht zusammen behandelt, um ein großflächiges Paneel
herzustellen. Kleinere Lampen oder Lampen von variierenden Formen
können
durch Zuschneiden des Paneels hergestellt werden. Es ist jedoch
bevorzugt, die dielektrische Schicht oder die Phosphorschicht nicht
zu schneiden oder mit einem Muster zu versehen. Weil die Phosphorschicht
nur dort leuchtet, wo sich die Vorderelektrode und die Rückelektrode überlappen,
ist es nur notwendig, eine oder beide der Elektroden mit einem Muster
zu versehen, um Lampen von unterschiedlichen Formen und Größen auf
einem einzigen Substrat herzustellen. So können eine walzaufgestrichene
dielektrische Schicht und eine walzaufgestrichene Phosphorschicht
mit gemusterten oder flächigen,
d. h. nicht gemusterten, Elektroden in vier Kombinationen laminiert
werden, bei denen die Rückelektrode
durch Walzbestreichen eines temporären Substrats ausgebildet sein
kann oder nicht.
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Beschichtete
transparente Substrate sind kommerziell von verschiedenen Verkäufern erhältlich.
Die transparente Frontelektrode auf solch einem Substrat wird, falls
erwünscht,
gemustert, beispielsweise durch chemisches Ätzen oder durch Laserätzen, und
dann so wie benötigt
mit Sammelschienen bedruckt und mit Silan behandelt. 6 illustriert
die Schritte des Walzaufstreichens der dielektrischen Schicht 32 und
des Walzaufstreichens der Phosphorschicht 42 auf das temporäre Substrat 42.
Wie in 7 illustriert ist, werden diese zwei Schichten
dann auf die Vorderelektrode 52 laminiert. Das temporäre Substrat 23 wird
dann entfernt und kann wieder verwendet werden.
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8 illustriert
den Schritt des Walzaufstreichens der Rückelektrode 22 auf
ein temporäres
Substrat 63. Nach dem Trocknen gibt es verschiedene mögliche Alternativen
für den
nächsten
Schritt in dem Prozess. Das Substrat 63 und die Rückelektrode 22' können in
eine Mehrzahl von kleineren Formen geschlitzt, zugeschnitten oder
gestanzt werden; oder die Rückelektrode
kann auf die dielektrische Schicht eines Paneels laminiert werden.
Wie in 9 illustriert ist, wird die Rückelektrode auf die dielektrische
Schicht 32' laminiert. Wenn
die Rückelektroden
zugeschnitten oder gemustert wurden, werden die Stücke in einer
für die
Laminierung mit der dielektrischen Schicht geeigneten Aufspanneinrichtung
gehalten. Z. B. ermöglicht
es das Schlitzen des temporären
Substrats 63 und das leichte Trennen eines Teils der Rückelektrode
von dem anderen Teil, einen sehr schmalen Spalt zwischen den Teilen
auszubilden.
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10 illustriert
das Herstellen einer Vielzahl von EL-Lampen durch Siebdrucken aufeinander
folgender Schichten und durch Schlitzen des Substrats in Streifen
von Lampen. Das transparente Substrat 71 wird auf seiner
oberen Oberfläche
mit einer dünnen,
transparenten, leitfähigen
Beschichtung (nicht gezeigt) aus ITO beschichtet. Die Phosphor-/dielektrischen
Schichten 81, 82, 83 und 84 werden
dann in langen Streifen, die innerhalb der Zeichenebene verlaufen,
siebgedruckt. Dann werden leitfähige
Streifen 91, 92, 93 und 94, wobei
jeder Streifen über
einer Phosphor-/dielektrischen Schicht und dem Spalt auf einer Seite
der Phosphor-/dielektrischen Schicht liegt. So wie es in 10 illustriert
ist, wird der Spalt rechts von jeder Phosphor-/dielektrischen Schicht
abgedeckt.
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Das
Paneel 70 wird dann entlang von Schnittlinien 95, 96 und 97 geschlitzt,
um eine Mehrzahl von kleineren, lang gestreckten Paneelen auszubilden.
Die Schnittlinien schneiden die rechten Kanten jeder Phosphor-/dielektrischen
Schicht, wodurch der leitfähige
Streifen oben auf der Schicht von dem leitfähigen Streifen in dem Spalt
getrennt wird. Der Teil des leitfähigen Streifens auf einer Phosphor-/dielektrischen Schicht
ist die Rückelektrode,
und der Teil des leitfähigen
Streifens in dem Spalt ist eine Sammelschiene, die elektrisch an die
Vorderelektrode angeschlossen ist. Eine Mehrzahl von Lampen wird
aus jedem kleineren lang gestreckten Paneel ausgeschnitten oder
ausgestanzt.
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Ein
Problem bei dieser Technik ist, dass der schmale Spalt zwischen
den leitfähigen
Streifen, der bei 99 angezeigt ist, einen Teil der dielektrischen
Schicht exponiert, um die Vorderelektrode von der Rückelektrode zu
trennen. Dieser Spalt ist schwer präzise zu steuern und muss breiter
als gewünscht
sein, um Kurzschlüsse zu
verhindern. Ein anderes Problem ist, dass der Prozess verschwenderisch
mit Lampenmaterial umgeht, weil einiges des Lampenmaterials verwendet
wird, um die Vorder- und Rückelektroden
isolieren und unbeleuchtet bleibt.
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11 ist
ein Beispiel für
die Herstellung von Lampen unter Verwendung von walzbestrichenen
Paneelen gemäß der Erfindung.
Das transparente Substrat 101 wird an seiner oberen Oberfläche mit
einer dünnen,
transparenten leitfähigen
Beschichtung (nicht gezeigt) aus ITO beschichtet. Leiterbahnen 103, 104, 105 und 106 werden
durch Walzstreichbeschichten eines temporären Substrats mit leitfähiger Farbe,
Trocknen, Schneiden des temporären
Substrats in Streifen und Laminieren der Streifen auf das Substrat 101 ausgebildet. Die
Sammelschienen erstrecken sich in der Zeichenebene und stellen einen
Kontakt mit niedrigem Widerstand zu der ITO-Schicht bereit.
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Die
Phosphor-/dielektrischen Schichten 111, 112 und 113 werden
auf ein temporäres
Substrat walzaufgestrichen, gefolgt von Rückelektroden 121, 122 und 123,
wie in Verbindung mit 3 beschrieben wurde. Das temporäre Substrat
wird in Streifen geschnitten, und die Streifen werden auf das transparente
Substrat 101 laminiert. Vorzugsweise werden die Phosphor-/dielektrischen
Schichten zur selben Zeit wie die Sammelschienen laminiert und liegen
wie gezeigt an einer Seite an einer Sammelschiene an. Das Paneel 100 wird dann
entlang von Schnittlinien 125, 126, 127 und 128 geschlitzt,
um eine Mehrzahl von kleineren langgestreckten Paneelen auszubilden.
Aus diesen Paneelen wird eine Mehrzahl von Lampen ausgeschnitten
oder ausgestanzt. Die Steuerung von Abständen ist viel präziser als
bei dem in 10 illustrierten Prozess, was
Spalte von 10 tausendstel Zoll oder weniger erlaubt. Noch signifikanter
ist, dass der Prozess kontinuierlich sein kann, was die Kosten der
Herstellung der Lampen reduziert.
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Die
Erfindung stellt so einen kostengünstigen Prozess für die Herstellung
von EL-Paneelen bereit, bei dem die Paneele eine große Fläche haben
können
und im Wesentlichen kontinuierlich produziert werden. Wenn sie leuchten,
zeigen die Paneele weniger Körnigkeit
als Paneele mit einer oder mehreren siebgedruckten Schichten. Der
Prozess zum Herstellen von EL-Paneelen verwendet bestehende Materialien
effizient, um chemisch kompatible aneinander anliegende Schichten
bereitzustellen. EL-Lampen
können
wegen der feinen Liniengeometrien und eines minimalen Handlings
des transparenten Substrats mit weniger Defekten, wie beispielsweise
Kurzschlüssen
und Kratzern hergestellt werden.
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Nachdem
die Erfindung so beschrieben wurde, wird es den Fachleuten aufscheinen,
dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Bereichs der Erfindung
gemacht werden können.
Z. B. können
andere Lösungsmittel
anstelle von DMAC verwendet werden. Jegliches Lösungsmittel, das in der Lage
ist, die Harze zu lösen,
kann substituiert werden. Andere Harze können als Bindemittel verwendet
werden, solange (1) das Harz während
der Laminierung wieder flüssig
gemacht werden kann und (2) das Harz ausreichend an der transparenten
Vorderelektrode anhaftet. Bindemittel, die nicht wieder flüssig gemacht
werden können
und die nicht an der Vorderelektrode anhaften, können verwendet werden, wenn
eine Beschichtung aus Harz (Klebstoff) entweder auf die Vorderelektrode
oder die Phosphorschicht aufgetragen wird. Dieses Harz wird während des
Laminierungsprozesses wieder flüssig
und bindet die Phosphorschicht an die Vorderelektrode. Wegen der
niedrigen dielektrischen Konstante des Harzes wird die Lampe jedoch
signifikant weniger leuchten, als sie leuchten würde, wenn die Phosphorschicht
direkt an der Vorderelektrode befestigt wäre. Um diesen Verlust an Helligkeit zu
minimieren, kann das Harz mit leitfähigen Partikeln, wie beispielsweise
aus Indiumoxyd oder Indiumzinnoxyd versetzt sein. Die Rückelektrode
kann andere leitfähige
Partikel anstelle von Silberflocken verwenden, wie beispielsweise
aus Kohlenstoff, Graphit oder Nickel. Andere vakuumabgelagerte Metalle
oder leitfähige
Beschichtungen können
als transparente Vorderelektrode anstelle von ITO verwendet werden.
Gesputtertes ITO ist die bevorzugte Vorderelektrode. Eine Metallfolie,
z. B. Aluminium oder Kupfer, kann für die Rückelektrode verwendet werden.
In einigen Anwendungen kann das temporäre Substrat auf dem Paneel
belassen werden. Graphiken können
vor oder nach der Laminierung zu dem transparenten Substrat hinzugefügt werden,
z. B. durch Überdrucken
des Paneels oder durch Laminieren eines separaten Bogens, der die
Graphik enthält,
auf die Außenseite
des transparenten Substrats, wenn die dielektrische Schicht und
die Phosphorschicht laminiert werden. Das Phosphor- und das dielektrische
Material können
in zwei separaten Beschichtungen oder in einer einzigen Beschichtung
aufgetragen werden. Selbst wenn sie getrennt aufgebracht werden,
verbinden sich die beiden Schichten beim Laminieren etwas, d. h.
die Grenze zwischen den Schichten ist nicht scharf.
