EP1656818B1 - Mehrfarb-elektrolumineszenz-element und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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EP1656818B1
EP1656818B1 EP04763573A EP04763573A EP1656818B1 EP 1656818 B1 EP1656818 B1 EP 1656818B1 EP 04763573 A EP04763573 A EP 04763573A EP 04763573 A EP04763573 A EP 04763573A EP 1656818 B1 EP1656818 B1 EP 1656818B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
electroluminescence
multicolour
film
element according
electroluminescence element
Prior art date
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EP04763573A
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English (en)
French (fr)
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EP1656818A1 (de
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Manfred Hartmann
Oliver Narwark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schreiner Group GmbH and Co KG
Original Assignee
Schreiner Group GmbH and Co KG
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Publication of EP1656818B1 publication Critical patent/EP1656818B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H05B33/145—Arrangements of the electroluminescent material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/22—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/26—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the composition or arrangement of the conductive material used as an electrode
    • H05B33/28—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the composition or arrangement of the conductive material used as an electrode of translucent electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a multicolor electroluminescent element and a method for its production.
  • Electroluminescent technology has recently become increasingly important. It allows the realization of almost any size, glare-free and shadow-free, homogeneous lighting surfaces. Power consumption and depth (on the order of one millimeter and below) are extremely low.
  • the typical application involves the backlighting of transparent films which are provided with captions and / or image motifs.
  • Electroluminescence is the direct luminescence excitation of luminescent pigments or luminophores by an alternating electric field.
  • Electroluminescence elements EL elements
  • EL elements Electroluminescence elements based on the so-called thick-film technology with inorganic luminescent pigments or luminophores and AC voltage excitation have largely become established.
  • thin-film EL elements are less expensive and thus less expensive to produce.
  • the luminescent pigments or luminophores are embedded in a transparent, organic or ceramic binder.
  • Starting materials are usually zinc sulfides, which depend on doping or co-doping and preparation process produce different, relatively narrow-band emission spectra.
  • the center of gravity of the spectrum determines the respective color of the emitted light.
  • the exciting AC field usually has a frequency of a few hundred hertz, wherein the effective value of the operating voltage is often in a range of about 50 to 150 volts.
  • a higher luminance usually can be achieved, which is usually in the range of about 50 to about 200 candelas per square meter.
  • a frequency increase usually causes a color shift towards lower wavelengths. Both parameters must, however, be matched to one another in order to achieve a desired luminous impression.
  • ITO indium-tin-oxide electrodes
  • ITO indium-tin-oxides
  • ATO antimony tin oxides, antimony tin oxide
  • intrinsically conductive transparent polymer pastes can be used.
  • Such electrodes offer only lower transparency with high surface resistance (up to 50 kOhm). However, they can be applied in a largely arbitrarily structured manner, even on structured surfaces. Furthermore, they offer a relatively good laminatability and limited deformability.
  • the lifetime of an EL element is limited. It depends above all on the height and frequency of the applied alternating voltage, but also on environmental influences, in particular the effect of moisture and UV radiation.
  • the lifetime of an EL element is usually stated as the half life of the luminescent pigments. This is the time after which the luminous density under the influence of the electric field has decreased by half the initial value under unchanged operating conditions. In practice, the luminance goes inside about 2000 to 3000 operating hours to half of the original value.
  • the emission color of an EL element can be adapted to the desired color impression by a large number of possible measures. These include the doping and co-doping of the luminescent pigments, the mixture of two or more EL pigments, the addition of one or more organic and / or inorganic color-converting and / or color-filtering pigments, the coating of the EL pigment with organic and or inorganic color-converting and / or color-filtering substances, the incorporation of dyes in the polymer matrix in which the luminescent pigments are dispersed, and the incorporation of a color-converting and / or color-filtering layer or film in the structure of the EL element.
  • Luminophores that emit a pure white are not yet available. For this reason, whitish luminous EL elements are often produced with the aid of a mixture of at least two luminescent pigments, the emissions of which give (almost) white in their addition. To obtain pure white, it is usually necessary to use an organic conductive ink with a light blue color. However, the differential aging of the two luminescent pigments over the lifetime causes a change in the color impression, which is often very disturbing or unacceptable for the intended application. Furthermore, there are approximately white luminous luminophores, which, however, contain toxic zinc selenides and therefore find reluctant application.
  • EL elements which are multicolored, i. depending on an external control can alternately light up in different colors.
  • Corresponding EL elements are referred to as multicolor electroluminescent elements.
  • Multicolor electroluminescent elements are among others EP-A-1045618 known. Therein a multi-colored EL lamp is described, in which different colors result from additive color mixing, in that at least two electroluminescent layers containing luminous pigments lying one above the other are driven correspondingly by means of at least three electrode layers.
  • the first electrode is produced for this purpose by vapor deposition of ITO on a PET substrate, whereas all other layers, including all other electrodes are produced by screen printing.
  • EP-A-0998171 describes a multilayer EL element with different patterns and many luminescent colors.
  • the first transparent electrode is produced by vapor deposition or sputtering on a PET film. All other electrodes are produced by printing of optically transparent pastes.
  • EP-A-0973358 For example, a multicolor EL element is known which has a plurality of light-transmitting electrode layers and a plurality of luminescent layers of different colors. Also according to this document, a printing technology multilayer structure is realized.
  • the EP-A-0994517 also discloses the layered construction of a multicolor EL element by vacuum evaporation, wherein each layer is vacuum deposited on top of the previously deposited layer.
  • the EL element is realized here as an organic EL element.
  • coarse-grained pigments are dispersed in screen printing inks and applied in a multi-layered manner to a carrier substrate, then it is understandable that a very uneven surface results at usual fill levels of 65 to 75 percent by weight. The unevenness is caused on the one hand by the spread of the particle dimensions and on the other hand by the evaporation of solvent during the drying process.
  • a multicolor electroluminescent element which can assume different luminous colors as a function of the electrical activation and yet can be produced at reasonable expense in high quality.
  • this object is achieved by a multicolor electroluminescent element according to claim 1.
  • the multicolor electroluminescent element according to the invention is composed of at least two each present as a film body electroluminescent, each having a luminescent layer, wherein the first and the second electroluminescent each having a back electrode layer.
  • An electroluminescent film is to be understood as meaning a coherent film body having a certain dimensional stability, which results from the fact that the luminescent layer of the electroluminescent film is applied to a stable film substrate (as support) and / or itself consists of a preferably cast film in whose matrix the dispersed one Luminophores are incorporated.
  • This has the decisive advantage that in the production each electroluminescent film can be provided separately with the required electrode layer or layers, and the overall structure does not have to arise sequentially, as it were, "from bottom to top".
  • the above-described problems with the interconnection of the electrodes are eliminated as far as possible.
  • the terminals of the electrodes on the individual electroluminescent films can be designed separately according to controllable techniques conventional for conventional monochromatic electroluminescent elements.
  • the generation of different colors is produced by additive color mixing by each, each emitting in a different color, luminous layer is excited differently by a separately controlled alternating electric field.
  • three electroluminescent films in the colors red, green and blue the entire color spectrum, including white, can be displayed with appropriate control.
  • the object is achieved by a method for producing a multicolor electroluminescent element according to claim 22.
  • a method for producing a multicolor electroluminescent element according to claim 22 Contrary to the state of the art, not all individual layers of the EL element are applied sequentially, as it were "from the bottom to the top", in printing technique, but at least two prefabricated in each case a coherent film body performing electroluminescent, for example, by lamination, composed.
  • Each of the two electroluminescent films in each case has at least two electrode layers and a luminescent layer containing disperse inorganic electroluminophores.
  • the terminals of the electrodes on the individual electroluminescent films can be produced separately prior to assembly in accordance with controllable techniques conventional for conventional monochromatic electroluminescent elements.
  • FIGS. 1a to 1k By way of example, various basically possible arrangement variants of the layer structure of multicolor electroluminescent elements according to the invention are shown.
  • the left partial representation shows the electroluminescent films 1, 2, 3 prior to assembly, and the right partial representation of the layer structure of the resulting multicolor electroluminescent element.
  • further layers in particular dielectric or insulating or adhesion promoter layers may be contained in the respective structure, which are not shown for clarity.
  • the adhesion promoter layers are used to connect the electroluminescent films together.
  • color-filtering or color-converting layers and imprints may be included to produce a desired color impression. These can also be provided only part of the area to achieve certain graphic designs.
  • Each electroluminescent film 1, 2, 3 has a luminescent layer 11, 12, 13 with dispersed electroluminophores 4, which are preferably cast films in whose film matrix 6 the electroluminophores 4 are embedded. Also possible are extruded films, but these are less advantageous due to the often unfavorable distribution of the electroluminophores.
  • the representation of the Elektroluminophore 4 is purely schematic. In practice, efforts are made to approximate the spherical shape as possible particles. Electroluminophores are usually sensitive to moisture. Therefore, in the layer structure of conventional electroluminescent elements usually additional layers are integrated, which take over the function of a moisture barrier or vapor barrier. Also in the structure of multicolor electroluminescent element according to the invention, corresponding layers can be integrated.
  • microencapsulated electroluminophores 4 can largely be dispensed with in particular when microencapsulated electroluminophores 4 are used.
  • the microencapsulation is usually oxidic or nitridic, However, an organic microencapsulation or a diamond-like carbon encapsulation ("diamond-like carbon") is conceivable.
  • FIG. 1 a A particularly simple construction of a multicolor electroluminescent element according to the invention is shown Fig. 1 a.
  • the first electroluminescent film 1 has an (depending on the application, largely transparent or reflective opaque) electrode layer 21 and a substantially transparent back electrode layer 31. Together with the first luminescent layer 11 arranged therebetween, these form a first electroluminescent capacitor.
  • the second luminescent layer 12 belonging to the second electroluminescent foil is provided with only one substantially transparent electrode layer 22.
  • the electrode layer 22 and the second luminescent layer 12 together with the back electrode layer 31 of the first electroluminescent foil 1 form a second electroluminescent capacitor.
  • additive luminescent colors of the multicolor electroluminescent element can be achieved by additive color mixing by setting the alternating electric fields between the two electroluminescent capacitors differently.
  • this is only possible if at least the second luminescent layer 12 is largely transparent.
  • electroluminophores 4 for example blue electroluminophores 4 in the first luminescent layer 11 and orange electroluminophores 4 in the second luminescent layer 12 and suitable electrical control, white glowing may also be effected in this way.
  • the multicolor electroluminescent element shown is similar to the multicolor electroluminescent element in FIG Fig. 1 a built. However, in order to achieve better controllability, the second luminescent layer 12 also has its own back electrode layer 32. Back electrode layer 32 and electrode layer 22 may also be reversed.
  • the in Fig. 1b The structure shown makes it necessary to provide an insulating layer 42 on the connecting surface between the first electroluminescent film 1 and the second electroluminescent film 2 in order to avoid short circuits.
  • a multicolor electroluminescent element with three electroluminescent films 1, 2, 3 is shown.
  • Each of the luminescent layers 11, 12, 13 emits due to different Elektroluminophor 4 with a different color, so that the achievable by means of additive color mixing color variety is even greater.
  • RGB red, blue and green
  • red electroluminophores in principle the representation of the entire color spectrum is possible.
  • red electroluminophores are not commonly used because they contain cadmium, which is toxic.
  • a red luminous color can also be achieved by means of color-converting or color-filtering substances.
  • the at least four electrodes required for a "tri-color" construction may be distributed differently prior to assembly.
  • an electrode layer 22 and back electrode layer 32 may each be disposed on the second electroluminescent film 2, as in FIG Fig. 1c shown, while for the third, medium electroluminescent 3 is not necessarily a separate electrode layer is needed. Or else the second electroluminescent film 2 has no back electrode layer 32, but the third electroluminescent film 3 is provided with its own electrode layer 23.
  • the in Fig. 1e respectively.
  • Fig. 1f The structure shown essentially corresponds to the in Fig. 1a shown construction.
  • the first electroluminescent film 1 ( Fig. 1e ) or the second electroluminescent film 2 ( Fig. 1f ) a stable film substrate 51, 52 on.
  • the corresponding electrode layer 21, 22, preferably made of ITO (indium-tin-oxide), can then be sputtered onto the film substrate 51, 52, for example, by vacuum technology or vapor-deposited.
  • the transparent or at least partially transparent film substrate 51, 52 consists of a polymeric or copolymeric film, for example of polycarbonate (PC) or polyalkylene terephthalates or polyamide (PA) or polyacrylate or polymethacrylate or polymethyl methacrylate (PMMA) or polyurethane (PUR) or polyoxymethylene (POM) or ABS graft polymers or polyolefins, such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), or polystyrene (PS) or polyvinyl chloride (PVC) or polyimide (PI) or polyetherimides (PEI) or polyethers or polyether ketones (PEK) or polyvinyl fluoride (PVF) or Polyvinylidene fluoride (PVdF) or the like films which have high transparency in the optically visible wavelength range.
  • PC polycarbonate
  • PA polyalkylene terephthalates
  • PA polyamide
  • PMMA polymethacrylate or polymethyl methacrylate
  • the film substrate 51, 52 functions as a stabilizing support, the corresponding luminescent layer 11, 12 no longer necessarily requires special intrinsic stability, so that the luminescent layer 11, 12 can be designed not only as a (cast) film, but instead as a screen printing layer or the like.
  • Fig. 1g and Fig. 1h show one Fig. 1c respectively.
  • Fig. 1d corresponding structure, wherein the first electroluminescent 1 has a film substrate 51 of the type described above.
  • Fig. 1j and Fig. 1k show one Fig. 1g respectively.
  • Fig. 1h corresponding structure, wherein in addition to the first electroluminescent 1 and the second electroluminescent 2 has a film substrate 52 of the type described above.
  • the (back) electrode layers 21, 22, 23, 31, 32, 33 are usually contacted over the entire edge of the electrode surface by means of conductors guided annularly around the electrode surface. This has the advantage that, despite the not inconsiderable sheet resistance of the thin electrode layers 21, 22, 23, 31, 32, 33 do not form too large potential differences across the surface, and therefore the homogeneous lighting effect is supported. Furthermore, individual electroluminescent films 1, 2, 3, but also also the entire multicolor electroluminescent element can be segmentally divided, with individual segments each separately electrically contacted and can also be controlled separately to be used as a segment display for displaying different patterns or graphics or even characters.
  • FIG Fig. 2 A somewhat more detailed illustration of a "tri-color" (RGB) emitting multicolor electroluminescent element is shown in FIG Fig. 2 displayed. Again, the left partial representation shows the electroluminescent 1, 2, 3 before joining, and the right partial representation of the layer structure of the resulting multicolor electroluminescent element.
  • RGB tri-color
  • a pressure-sensitive adhesive layer 7 is provided for simplified attachment to a base.
  • the individual electroluminescent films 1, 2, 3 are largely the same and essentially the same FIG. 1i constructed accordingly (only the luminescent layers 11, 12, 13 emit course in each case a different color, suitably red, blue and green):
  • This electrode layer 21, 22, 23 can be conventionally structured by means of a cutting-scratch plotter or by etching or by laser action according to the desired design of a plurality of segments and the corresponding connection wiring or can be used over the entire area. It is also possible to ablate the electrode layer 21, 22, 23 in the finished or semi-finished electroluminescent film 1, 2, 3 or even the finished or semi-finished multicolor electroluminescent element by means of a laser beam so to speak on the inside and thus to structure or contour.
  • bus bars ie better conductive wiring elements (not shown) can be produced by means of, for example, screen printing and / or using silver conductive pastes and / or copper conductive pastes and / or carbon-conductive pastes.
  • the respective luminescent layer 11, 12, 13 is preferably produced by means of screen printing in the form of electro-luminophores 4 or EL pigments 4 dispersed in a transparent polymer matrix 6 in the desired graphic design.
  • suitable EL pigments 4 or EL pigment mixtures 4 are used and / or suitable color-converting and / or color-filtering substances are added to the binder of the matrix 6.
  • color-converting and / or color-filtering effects can also be effected by applying a corresponding layer 61, 62, 63 by means of a further pressure to the upper side of the substrate 51, 52, 53 and / or laminating a corresponding film.
  • a dielectric layer 41, 42, 43 it may be expedient to apply a dielectric layer 41, 42, 43 to the luminescent layer 11, 12, 13.
  • a second dielectric layer 81, 82, 83 is advantageously applied, whereby small imperfections and / or micro-air inclusions are covered and the insulating property is improved.
  • transparent polymer dielectric layers 41, 42, 43, 81, 82, 83 are preferably used according to the invention, care being taken to minimize the layer thickness since it is usually not possible to add admixtures which increase the relative dielectric constant, since such For example, admixtures consisting of fine barium titanate pigments would greatly affect transparency and would usually cause undesirable opacity with strong reflection.
  • the (largely) transparent back electrode 31, 32, 33 is preferably produced by screen printing in the form of an intrinsically conductive polymer layer and / or a layer with metal oxides, for example indium tin oxides (ITO) or antimony tin oxides (ATO).
  • ITO indium tin oxides
  • ATO antimony tin oxides
  • the return electrode 31, 32, 33 can be designed largely freely in terms of graphics and function.
  • bus bars are printed bordering or bordering, especially for larger areas, by means of electrically conductive pastes. These bus bars can also be used for bringing out the electrical connections are used.
  • the back electrode 31, 32, 33 can also be produced over the entire surface by means of doctoring, roller coating, curtain coating, spraying and the like.
  • adhesion promoter layers 72, 73 can be applied, which effect and / or improve the bonding of the individual electroluminescent films 1, 2, 3.
  • An adhesion promoter layer 71, 72, 73 is understood to mean primarily a transparent polymeric compound layer. This can cause a connection in the cold glue process after peeling off a protective film and the application by means of pressure. However, it is also possible to use hot-melt adhesive coatings which bring about adhesion under temperature and pressure. Since an optically transparent as possible composite is required, the adhesive layer 71, 72, 73 must be transparent and the composite air-free design. Furthermore, by the adhesive layer 72, 73 and unevenness of the preceding layers to be compensated.
  • connection of the electroluminescent films 1, 2, 3 by means of Kaltlamination and / or H bislamination be carried out surface or element by element.
  • the connection can also take place only selectively or in strips, since, if appropriate, when installed in a corresponding application, the three electroluminescent films 1, 2, 3 are fixed together in any case.
  • the dielectric layers 41, 81 and the back electrode 31 of the lowermost electroluminescent film must be made substantially transparent, while for unilateral light emission one or more of said layers are preferably formed opaque or reflective, and the return electrode 31 additionally assume various wiring functions can.
  • the arrangement blue-red-green, wherein green is arranged on the light exit side as very efficient for the generation of a the greatest possible variety of colors and in particular to produce the color white determined.
  • the EL pigments 4 or the combinations of EL pigments 4 and the use of corresponding color-converting and / or color-filtering substances other arrangements or a different sequence may also be used.
  • the luminescent layer 11, 12, 13 can be formed from an EL cast film.
  • EL cast films are understood as meaning thin films produced from the solution by casting, in which the electroluminescent pigments having a diameter of less than 30 ⁇ m, preferably less than 20 ⁇ m, particularly preferably less than 15 ⁇ m, are incorporated.
  • Such EL cast films are relatively dimensionally stable and can preferably be coated in the roll-to-roll process with electrode layers 21, 22, 23 by means of vacuum technology or screen printing or knife coating or roller coating or spraying or curtain casting.
  • the luminescent layers 11, 12, 13 can be dispensed with the attachment of the dielectric layers 41, 42, 43, 81, 82, 83 and thus a very good transparency and electrical breakdown strength and excellent fatiguenplaniztician be achieved.
  • the disadvantage of this method lies in the full-surface design of the luminescent layers 11, 12, 13 and thus the higher cost by an increased proportion of EL pigments. 4
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment, wherein the reference numerals with respect to corresponding layers Fig. 2 were maintained.
  • the middle electroluminescent film 3 can be formed using an EL cast film as the luminescent layer 13.
  • the other electroluminescent films 1, 2 can be designed in principle without a film substrate 51, 52 with a corresponding production of the luminescent layers 11, 12.
  • FIG. 3 An advantage of in Fig. 3 The arrangement shown is the saving of one or two electrode layers.
  • a mirror-image structure of the upper and lower electroluminescent films 1, 2 is shown, and the middle electroluminescent film 3 is with cast luminescent layer 13 and two Dielectric layers 43, 83 executed.
  • These two dielectric layers 43, 83 can alternatively also be arranged on both sides of the luminescent layer 13 and can also be used for the adhesion promotion and contain color-converting and / or color-filtering admixtures.
  • the adhesion promoter layers 71, 72 of the upper and lower electroluminescent films 1, 2 can be dispensed with, and the back electrodes 31, 32 of the upper and lower electroluminescent films 1, 2 form the electrodes for the middle EL capacitor.
  • the electroluminescent film 1 consists essentially of a film substrate 51 made of PET or other plastic, on which the electrode layer 21 is vapor-deposited or sputtered, a luminescent layer 11 and a screen-printed thereon applied transparent back electrode 31, which is laminated by means of the insulating film 91.
  • substrates are also conceivable which do not consist of a plastic film but of a ceramic material, for example glass.

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Die Elektrolumineszenztechnologie hat in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie ermöglicht die Realisierung beinahe beliebig großer, blend- und schattenfreier, homogener Leuchtflächen. Dabei sind Leistungsaufnahme und Bautiefe (in der Größenordnung eines Millimeters und darunter) äußerst gering. Zu den typische Anwendung gehört neben der Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristall-Displays die Hinterleuchtung von transparenten Filmen, welche mit Beschriftungen und/oder Bildmotiven versehen sind.
  • Unter Elektrolumineszenz (kurz: EL) versteht man die direkte Lumineszenzanregung von Leuchtpigmenten bzw. Luminophoren durch ein elektrisches Wechselfeld. Weitgehend durchgesetzt haben sich Elektrolumineszenz-Elemente (kurz: EL-Elemente) auf Basis der sogenannten Dickschichttechnologie mit anorganischen Leuchtpigmenten bzw. Luminophoren und Wechselspannungsanregung. Gegenüber Dünnfilm-EL-Elementen sind Dünnschicht-EL-Elemente weniger aufwendig und somit kostengünstiger in der Herstellung.
  • Die Leuchtpigmente bzw. Luminophore sind in ein transparentes, organisches oder keramischen Bindemittel eingebettet. Ausgangsstoffe sind meist Zinksulfide, welche in Abhängigkeit von Dotierung bzw. Co-Dotierung und Präparationsvorgang unterschiedliche, relativ schmalbandige Emissionsspektren erzeugen. Der Schwerpunkt des Spektrums bestimmt die jeweilige Farbe des emittierten Lichtes.
  • Das anregende Wechselspannungsfeld besitzt in der Regel eine Frequenz von einigen hundert Hertz, wobei der Effektivwert der Betriebsspannung häufig in einem Bereich von etwa 50 bis 150 Volt liegt. Durch Erhöhung der Spannung läßt sich in aller Regel eine höhere Leuchtdichte erzielen, welche üblicherweise in einem Bereich von ungefähr 50 bis etwa 200 Candela pro Quadratmeter liegt. Eine Frequenzerhöhung bewirkt in der Regel eine Farbverschiebung hin zu niedrigeren Wellenlängen. Beide Parameter müssen jedoch aufeinander abgestimmt werden, um einen gewünschten Leuchteindruck zu erzielen.
  • Grundsätzlich bieten sich bei der Herstellung von Dickfilm-EL-Elementen mit Wechselspannungsanregung vor allem zwei Arten von Elektroden an. Zum einen sind dies im Vakuum auf Kunststoffolien gesputterte oder aufgedampfte Indium-Zinn-Oxid-Elektroden (Indium-Tin-Oxide, ITO). Sie sind sehr dünn (einige 100 Å) und bieten den Vorteil einer hohen Transparenz bei einem relativ geringen Flächenwiderstand (ca. 60 bis 600 Ohm). Allerdings sind sie nicht auf strukturierte Oberflächen mit Stufen applizierbar, wenig verformbar und nicht auf im Vakuum leicht ausgasende Substrate applizierbar. Zum anderen können Druckpasten mit ITO oder ATO (Antimon-Tin-Oxide, Antimon-Zinn-Oxid) oder intrinsisch leitfähige transparente Polymerpasten verwendet werden. Bei einer Dicke von ca. 5 bis 20 µm bieten derartige Elektroden nur geringere Transparenz bei hohem Flächenwiderstand (bis 50 kOhm). Sie sind jedoch weitgehend beliebig strukturiert applizierbar, und zwar auch auf strukturierten Oberflächen. Ferner bieten sie eine relativ gute Laminierbarkeit sowie eingeschränkte Verformbarkeit.
  • Die Lebensdauer eines EL-Elements ist begrenzt. Sie hängt vor allem von Höhe und Frequenz der angelegten Wechselspannung ab, darüberhinaus jedoch auch von Umwelteinflüssen insbesondere Einwirkung von Feuchtigkeit und UV-Strahlung. Angegeben wird die Lebensdauer eines EL-Elements üblicherweise als Halbwertszeit der Leuchtpigmente. Das ist die Zeit, nach welcher die Leuchdichte unter Einfluß des elektrischen Feldes bei unveränderten Betriebsbedingungen um die Hälfte des Anfangswertes abgenommen hat. In der Praxis geht die Leuchtdichte innerhalb etwa 2000 bis 3000 Betriebsstunden auf die Hälfte des ursprünglichen Werts zurück.
  • Die Emissionfarbe eines EL-Elements kann durch eine Vielzahl möglicher Maßnahmen an den gewünschten Farbeindruck angepasst werden. Hierzu gehören die Dotierung und Co-Dotierung der Leucht-Pigmente, die Mischung von zwei oder mehreren EL-Pigmenten, der Zusatz von einem oder mehreren organischen und/oder anorganischen farbkonvertierenden und/oder farbfilternden Pigmenten, die Beschichtung des EL-Pigments mit organischen und/oder anorganischen farbkonvertierenden und/oder farbfilternden Substanzen, die Beimengung von Farbstoffen in die Polymermatrix, in welcher die Leuchtpigmente dispergiert sind, sowie der Einbau einer farbkonvertierenden und/oder farbfilternden Schicht bzw. Folie in den Aufbau des EL-Elements.
  • Luminophore, welche ein reines Weiß emittieren, sind bisher nicht erhältlich. Aus diesem Grunde werden weißlich leuchtende EL-Elemente häufig mit Hilfe einer Mischung aus mindestens zwei Leuchtpigmenten hergestellt, deren Emissionen in ihrer Addition (annähernd) Weiß ergeben. Um reines Weiß zu erhalten ist üblicherweise die Verwendung eines organischen Leitlacks mit leichter Blaufärbung erforderlich. Allerdings verursacht die unterschiedliche Alterung der beiden Leuchtpigmente im Verlauf der Lebensdauer eine Veränderung des Farbeindrucks, der oft sehr störend oder unakzeptabel für die geplante Anwendung ist. Ferner existieren annähernd weißleuchtende Luminophore, welche jedoch toxische Zinkselenide enthalten und daher nur ungern Anwendung finden.
  • Häufig besteht das Bedürfnis nach EL-Elementen, welche mehrfarbig, d.h. in Abhängigkeit einer externen Steuerung wechselweise in unterschiedlichen Farben leuchten können. Entsprechende EL-Elemente werden als Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elemente bezeichnet.
  • Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elemente sind unter anderem aus EP-A-1045618 bekannt. Darin wird eine vielfarbige EL-Lampe beschrieben, bei welcher sich durch additive Farbmischung unterschiedliche Farben ergeben, indem mindestens zwei übereinander liegende, Leuchtpigmente enthaltende Elektrolumineszenz-Schichten mittels mindestens drei Elektrodenschichten entsprechend angesteuert werden. Die erste Elektrode wird hierfür mittels Aufdampfen von ITO auf ein PET-Substrat erzeugt, wohingegen alle weiteren Schichten, also auch alle weiteren Elektroden, mittels Siebdruck hergestellt werden.
  • Auch in EP-A-0998171 wird ein mehrlagiges EL-Element mit unterschiedlichen Mustern und vielen lumineszenten Farben beschrieben. Auch hier wird die erste transparente Elektrode mittels Aufdampfen oder Sputtern auf eine PET-Folie hergestellt. Alle weiteren Elektroden werden mittels Druck von optisch transparenten Pasten hergestellt.
  • Aus EP-A-0973358 ist ein Mehrfarb-EL-Element bekannt, das mehrere lichtdurchlässige Elektrodenschichten und mehrere lumineszierende Schichten mit unterschiedlichen Farben aufweist. Auch gemäß dieser Druckschrift wird ein drucktechnischer Mehrlagenaufbau realisiert.
  • Die EP-A-0994517 offenbart ebenfalls den schichtweisen Aufbau eines Mehrfarb-EL-Elements durch Vakuum-Bedampfung, wobei jede Schicht auf die jeweils zuvor aufgebrachte Schicht im Vakuum aufgedampft wird. Das EL-Element ist hier als organisches EL-Element realisiert.
  • In der US 4,689,522 ist der Aufbau eines Matrix-Displays gezeigt, bei dem kreuzweise übereinander angeordnete Elektrodenstränge eine Phosphor-Leuchtschicht anregen. Hierzu bedient man sich drei Ebenen von Elektroden, woraus sich ergibt, dass die mittlere der beiden Elektrodenschichten gleichzeitig zur Ansteuerung der darüber liegenden wie der darunter liegenden Leuchtschicht dient.
  • Gleiches gilt analog für die US 5,792,561 , in der zudem auch wieder einzelne Funktionsschichten aufeinander aufgebracht werden, und für die EP-A-1026923 . In letzterer Schrift ist ebenfalls beschrieben, dass ein Mehrfarb-EL-Element schichtweise aus pastösen Stoffen aufgebaut wird.
  • Der Aufbau mit mehreren mittels Siebdruck hergestellten lumineszierenden Schichten, welchen alle aufgeführten bekannten Mehrfarb-EL-Elemente prinzipiell gemeinsam haben, ist mit einigen Problemen verbunden. Bei industriell üblichen und verfügbaren Elektroluminophoren muss üblicherweise mit Partikeldurchmessern von größer 20 Mikrometern, typischerweise zwischen 20 und 35 Mikrometern und einer breiten Partikelgrößenverteilung gerechnet werden. Daher sind Leuchtschichtdicken von 40 bis 60 µm üblich. Wenn nun derartige grobkörnige Pigmente in Siebdruckfarben dispergiert und mehrschichtig auf ein Trägersubstrat appliziert werden, dann ist verständlich, dass bei üblichen Füllgraden von 65 bis 75 Gewichtsprozent eine sehr unebene Oberfläche entsteht. Die Unebenheit wird zum einen durch die Streubreite der Partikelabmessungen bewirkt und zum anderen durch das Verdunsten von Lösemittel während des Trocknungsvorgangs. Zwar kann beispielsweise durch Verwendung von UV-härtbaren polymeren Bindemitteln und/oder durch Verwendung von feinkörnigen Leuchtpigmenten und/oder Leuchtpigmenten mit enger Partikelgrößenverteilung die Unebenheit der Oberfläche jeder einzelnen Schicht reduziert werden. Bei mit nur einer Leuchtschicht versehenen und somit einfarbig emittierenden EL-Elementen sind diese Probleme somit beherrschbar. Bei Mehrlagenaufbauten addieren sich jedoch die Unebenheiten der einzelnen Schichten statistisch, so dass einen homogenen Leuchteindruck vermittelnde Mehrfarb-EL-Elemente in der Praxis nicht oder nur mit erheblichem Ausschuß auf die beschriebene Weise herstellbar sind.
  • Ferner könnte zwar auch ein zusätzlicher einebnender Druckvorgang und/oder ein einebnender Laminiervorgang vorgenommen werden. Bei herkömmlichen EL-Elementen überwiegen die Nachteile derartiger Prozeßschritte jedoch deren Vorteile, da jede zusätzliche Schicht das eingeprägte elektrische Wechselfeld reduziert, und bei einem Laminiervorgang hervorstehende Pigmentpartikeln zwar in die darunter liegende polymere Schicht drücken können, jedoch ebenso gut die dielektrische Isolation durchstoßen und somit die Funktion des jeweiligen EL-Elementes sehr nachteilig beinflussen können.
  • Zusätzlich zu diesen Problemen der Unebenheit kommt noch die Notwendigkeit, die einzelnen flächigen Elektroden zu üblicherweise seitlich angeordneten Anschlußflächen zu führen. Dies führt dazu, daß bei einem durch Siebdruck erzeugten mehrschichtigen Aufbau auf einem Substrat Schichthöhen bis über 100 µm überwunden werden müssen, was mit ITO- oder ATO-Siebdruckpasten durch Einfachdrucke nicht gelöst werden kann und durch Verwendung von sogenannten Bus-Bar Druckgebilden mittels Silberpasten zu einer weiteren Erhöhung der Unebenheit der Oberfläche führt. Denn bereits bei einer einzigen Leuchtschicht der oben genannten typischen Dicke müssen Isolationsschichten beziehungsweise Dielektrikumsschichten sehr sorgfältig über die Schichtkanten geführt werden, um dann auch eine Rückelektrode mit guten elektrisch leitenden Eigenschaften über eine derartige Schichtkante führen zu können.
  • Somit ist die gesamte Herstellung herkömmlicher Mehrfarb-EL-Elemente, insbesondere jedoch die Herstellung der elektrischen Beschaltung beziehungsweise der Anschlüsse diverser Felder bei segmentartig aufgebauten Leuchtschichten äußerst schwierig zu beherrschen und sehr fehleranfällig.
  • Angesichts der geschilderten Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element zu schaffen, das in Abhängigkeit der elektrischen Ansteuerung unterschiedliche Leuchtfarben annehmen kann und dennoch mit vertretbarem Aufwand in hoher Qualität herstellbar ist. Hiermit verbunden ist die Aufgabe, ein geeignetes Herstellungsverfahren für Mehrfarb-EL-Elemente bereitzustellen, welches hohe Produktqualität bei geringem Ausschuß ermöglicht. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Entgegen dem Stand der Technik, wonach Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elemente als mehrschichtiger Siebdruckaufbau auf einer Folie ausgeführt sind, ist das erfindungsgemäße Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element aus mindestens zwei jeweils als Folienkörper vorliegenden Elektrolumineszenzfolien mit jeweils einer Leuchtschicht aufgebaut, wobei die erste und die zweite Elektrolumineszenzfolie jeweils eine Rückelektrodenschicht aufweisen.
  • Unter einer Elektrolumineszenzfolie ist dabei ein zusammenhängender Folienkörper mit einer gewissen Formstabilität zu verstehen, welche daher rührt, dass die Leuchtschicht der Elektrolumineszenzfolie auf ein stabiles Foliensubstrat (als Träger) aufgebracht ist und/oder selbst aus einer vorzugsweise gegossenen Folie besteht, in deren Matrix die dispergierten Luminophoren eingelagert sind. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass bei der Herstellung jede Elektrolumineszenzfolie separat mit der bzw. den benötigten Elektrodenschicht bzw. -schichten versehen werden kann, und nicht der Gesamtaufbau sequentiell gewissermaßen "von unten nach oben" entstehen muß. Die oben geschilderten Probleme mit der Verschaltung der Elektroden entfallen so weitestgehend. Insbesondere können die Anschlüsse der Elektroden auf den einzelnen Elektrolumineszenzfolien separat gemäß beherrschbaren, für herkömmliche einfarbige Elektrolumineszenz-Elemente üblichen Techniken gestaltet sein.
  • Die Erzeugung unterschiedlicher Farben entsteht durch additive Farbmischung, indem jede, jeweils in einer unterschiedlichen Farbe emittierende, Leuchtschicht durch jeweils ein separat gesteuertes elektrisches Wechselfeld unterschiedlich angeregt wird. Bei drei Elektrolumineszenzfolien in den Farben Rot, Grün und Blau lässt sich so das gesamte Farbspektrum einschließlich Weiß bei entsprechender Ansteuerung darstellen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind gemäß den Patentansprüchen 2-21 gestaltet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements gemäß Patentanspruch 22 gelöst. Entgegen dem Stand der Technik werden dabei nicht alle einzelnen Schichten des EL-Elements sequentiell, gewissermaßen "von unten nach oben", drucktechnisch übereinander aufgebracht, sondern mindestens zwei vorgefertigte jeweils einen zusammenhängenden Folienkörper darstellende Elektrolumineszenzfolien, beispielsweise durch Laminieren, zusammengesetzt. Jede der beiden Elektrolumineszenzfolien weist dabei jeweils mindestens zwei Elektrodenschichten sowie eine, disperse anorganische Elektroluminophoren enthaltende, Leuchtschicht auf.
  • Die oben geschilderten Probleme mit der Verschaltung der Elektroden entfallen so weitestgehend. Insbesondere können die Anschlüsse der Elektroden auf den einzelnen Elektrolumineszenzfolien vor dem Zusammenfügen separat gemäß beherrschbaren, für herkömmliche einfarbige Elektrolumineszenz-Elemente üblichen Techniken hergestellt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind gemäß den Patentansprüchen 23-25 ausgestaltet.
  • Anhand der zugehörigen Zeichnungen werden Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei rein schematische und nicht maßstäbliche Schnittdarstellungen, insbesondere sind Schichtdicken aus Anschaulichkeitsgründen stark vergrößert. Der Bereich der Elektrodenanschlüsse ist jeweils nicht dargestellt.
    • Fig. 1 a bis 1
    kzeigen verschiedene prinzipielle Anordnungsvarianten im Schichtaufbau erfindungsgemäßer Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elemente, jeweils einmal vor Zusammenfügen der Elektrolumineszenzfolien und danach. Eventuell zusätzlich im Aufbau enthaltene Isolier- oder Haftvermittlerschichten sind nicht dargestellt.
    Fig. 2
    zeigt exemplarisch ein aus drei Elektrolumineszenzfolien zusammengesetztes Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element, jeweils vor Zusammenfügen der Elektrolumineszenzfolien und danach, wobei jede Elektrolumineszenzfolie ein stabiles Foliensubstrat aufweist.
    Fig. 3
    zeigt exemplarisch ein aus drei Elektrolumineszenzfolien zusammen- gesetztes Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element, jeweils vor Zusam- menfügen der Elektrolumineszenzfolien und danach. Dabei ist der Aufbau ähnlich ausgeführt wie in Fig. 2, die mittlere Elektrolumineszenzfolie weist jedoch kein Foliensubstrat auf, sondern deren Folieneigenschaft rührt von der gegossenen Matrix der Leuchtschicht her.
    Fig.4
    zeigt den Aufbau einer Elektrolumineszenzfolie eines besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Mehrfarb-Elektrolumineszenz- Elements. Drei (ggf. auch zwei) gleichartige, sich nur durch ihre Leuchtfarbe unterscheidende Elektrolumineszenzfolien der dargestellten Art werden dabei miteinander kombiniert.
  • In den Figuren 1a bis 1k sind exemplarisch verschiedene grundsätzlich mögliche Anordnungsvarianten des Schichtaufbaus erfindungsgemäßer Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elemente dargestellt. Dabei zeigt die jeweils linke Teildarstellung die Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 vor dem Zusammenfügen, und die rechte Teildarstellung den Schichtaufbau des danach entstandenen Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements. Zusätzlich können weitere Schichten, insbesondere Dielektrikums- bzw. Isolier- oder Haftvermittlerschichten im jeweiligen Aufbau enthalten sein, welche der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die Haftvermittlerschichten dienen zur Verbindung der Elektrolumineszenzfolien miteinander. Auch (nicht dargestellte) farbfilternde oder farbumwandelnde Schichten sowie Aufdrucke können enthalten sein, um einen gewünschten Farbeindruck zu erzeugen. Diese können auch nur teilflächig vorgesehen sein um gewisse grafische Gestaltungen zu erzielen.
  • Jede Elektrolumineszenzfolie 1, 2, 3 weist eine Leuchtschicht 11, 12, 13 mit dispersen Elektroluminophoren 4 auf, wobei es sich bevorzugt um gegossene Folien handelt, in deren Folienmatrix 6 die Elektroluminophoren 4 eingelagert sind. Möglich sind auch extrudierte Folien, diese sind jedoch aufgrund einer oft ungünstigeren Verteilung der Elektroluminophoren weniger vorteilhaft. Insbesondere die Darstellung der Elektroluminophore 4 ist rein schematisch aufzufassen. In der Praxis bemüht man sich um möglichst der Kugelform angenäherte Partikeln. Elektroluminophore sind in der Regel empfindlich gegen Feuchtigkeitseinwirkung. Darum werden in den Schichtaufbau herkömmlicher Elektrolumineszenzelemente meist zusätzliche Schichten integriert, welche die Funktion einer Feuchtigkeitssperre bzw. Dampfsperre übernehmen. Auch in den Aufbau erfindungsgemäßer Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements können entsprechende Schichten integriert werden. Diese können jedoch insbesondere dann weitgehend entfallen, wenn mikroverkapsefte Elektroluminophore 4 verwendet werden. Die Mikroverkapselung ist üblicherweise oxidisch oder nitridisch, allerdings ist auch eine organische Mikroverkapselung oder eine diamantartige Carbonverkapselung ("diamond-like carbon") denkbar.
  • Einen besonders einfachen Aufbau eines erfindungsgemäßen Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements zeigt Fig. 1 a. Die erste Elektrolumineszenzfolie 1 weist eine (je nach Anwendungsfall weitgehende transparente oder reflektierend opake) Elektrodenschicht 21 und eine weitgehend transparente Rückelektrodenschicht 31 auf. Zusammen mit der dazwischen angeordneten ersten Leuchtschicht 11 bilden diese einen ersten ELektrolumineszenzkondensator. Die zur zweiten Elektrolumineszenzfolie gehörende zweite Leuchtschicht 12 ist mit nur einer weitgehend transparenten Elektrodenschicht 22 versehen. Im fertig zusammengebauten Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element bilden die Elektrodenschicht 22 und die zweite Leuchtschicht 12 zusammen mit der Rückelektrodenschicht 31 der ersten Elektrolumineszenzfolie 1 einen zweiten Elektrolumineszenzkondensator. Dadurch, daß die Elektroluminophoren 4 der ersten Leuchtschicht 11 und zweiten Leuchtschicht 12 in jeweils einer unterschiedlichen Farbe leuchten, lassen sich durch additive Farbmischung unterschiedliche Leuchtfarben des Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements erzielen, indem die elektrischen Wechselfelder zwischen den beiden Elektrolumineszenzkondensatoren unterschiedlich eingestellt werden. Selbstredend ist dies nur dann möglich, wenn zumindest die zweite Leuchtschicht 12 weitgehend transparent ist. Bei geeignet ausgewählten Elektroluminophoren 4, beispielsweise blauen Elektroluminophoren 4 in der ersten Leuchtschicht 11 und orangefarbenen Elektroluminophoren 4 in der zweiten Leuchtschicht 12 und geeigneter elektrischer Ansteuerung kann so auch weißes Leuchten bewirkt werden.
  • Das in Fig. 1b dargestellte Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element ist weitgehend wie das Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element in Fig. 1 a aufgebaut. Allerdings weist hier zur Erzielung einer besseren Steuerbarkeit auch die zweite Leuchtschicht 12 eine eigene Rückelektrodenschicht 32 auf. Rückelektrodenschicht 32 und Elektrodenschicht 22 können dabei auch vertauscht sein. Der in Fig. 1b dargestellte Aufbau macht es erforderlich, an der Verbindungsfläche zwischen erster Elektrolumineszenzfolie 1 und zweiter Elektrolumineszenzfolie 2 eine isolierende Schicht 42 vorzusehen, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
  • In Fig. 1c und 1d ist jeweils ein Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element mit drei Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 dargestellt. Jede der Leuchtschichten 11, 12, 13 emittiert aufgrund unterschiedlicher Elektroluminophoren 4 mit einer unterschiedlichen Farbe, so daß die mittels additiver Farbmischung erzielbare Farbenvielfalt noch größer ist. Bei der Verwendung roter, blauer und grüner (RGB) Elektroluminophoren 4 ist prinzipiell die Darstellung des gesamten Farbspektrums möglich. Rote Elektroluminophore werden jedoch üblicherweise nicht eingesetzt, da sie Cadmium enthalten, welches toxisch ist. Eine rote Leuchtfarbe läßt sich jedoch auch mittel farbkonvertierenden oder farbfilternden Substanzen erreichen. Die für einen "dreifarbigen" Aufbau mindestens erforderlichen vier Elektroden können vor dem Zusammenfügen unterschiedlich verteilt sein. Neben Elektrodenschicht 21 und Rückelektrodenschicht 31 auf der ersten Elektrolumineszenzfolie 1 kann auch auf der zweiten Elektrolumineszenzfolie 2 je eine Elektrodenschicht 22 und Rückelektrodenschicht 32 angeordnet sein, wie in Fig. 1c dargestellt, während für die dritte, mittlere Elektrolumineszenzfolie 3 nicht unbedingt eine eigene Elektrodenschicht benötigt wird. Oder aber die zweite Elektrolumineszenzfolie 2 weist keine Rückelektrodenschicht 32 auf, dafür ist die dritte Elektrolumineszenzfolie 3 mit einer eigenen Elektrodenschicht 23 versehen.
  • Der in Fig. 1e bzw. Fig. 1f dargestellte Aufbau entspricht im wesentlichen dem in Fig. 1a gezeigten Aufbau. Hier weist allerdings die erste Elektrolumineszenzfolie 1 (Fig. 1e) oder die zweite Elektrolumineszenzfolie 2 (Fig. 1f) ein stabiles Foliensubstrat 51, 52 auf. Die entsprechende Elektrodenschicht 21, 22, vorzugsweise aus ITO (Indium-Zinn-Oxid), kann dann auf das Foliensubstrat 51, 52 beispielsweise vakuumtechnisch aufgesputtert oder aufgedampft sein. Das transparente oder zumindest teiltransparente Foliensubstrat 51, 52 besteht aus einer polymeren oder copolymeren Folie, beispielsweise aus Polycarbonat (PC) oder Polyalkylenterephthalaten oder Polyamid (PA) oder Polyacrylat oder Polymethacrylat oder Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyurethan (PUR) oder Polyoxymethylen (POM) oder ABS-Pfropfpolymerisaten oder Polyolefinen, wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), oder Polystyrol (PS) oder Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyimid (PI) oder Polyetherimiden (PEI) oder Polyether oder Polyetherketone (PEK) oder Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder dergleichen Folien, die im optisch sichtbaren Wellenlängenbereich hohe Transparenz aufweisen. Besonders geeignet sind Folien aus Polyethylenterephtalat (PET). Da das Foliensubstrat 51, 52 als stabilisierender Träger fungiert, benötigt die entsprechende Leuchtschicht 11, 12 nicht mehr unbedingt besondere Eigenstabilität, so daß die Leuchtschicht 11, 12 nicht nur als (gegossene) Folie, sondern stattdessen auch als Siebdruckschicht oder dergleichen ausgeführt sein kann.
  • Fig. 1g und Fig. 1h zeigen einen Fig. 1c bzw. Fig. 1d entsprechenden Aufbau, wobei die erste Elektrolumineszenzfolie 1 ein Foliensubstrat 51 der oben beschriebenen Art aufweist.
  • Der Aufbau des in Fig. 1i dargestellten Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements entspricht weitgehend dem in Fig. 1b dargestellten Aufbau, wobei beide Elektrolumineszenzfolien 1, 2 ein Foliensubstrat 51, 52 der oben beschriebenen Art aufweisen. So lassen sich zwei fast identische, sich nur durch die Farbe ihrer Elektroluminophoren 4 unterscheidende Elektrolumineszenzfolien 1, 2 verwenden. Durch Hinzunahme einer dritten, sich nur durch ihre Leuchtfarbe unterscheidenden Elektrolumineszenzfolie (nicht dargestellt) ist auch eine RGB-Anordnung zur Darstellung des gesamten Farbspektrums möglich.
  • Fig. 1j und Fig. 1k zeigen einen Fig. 1g bzw. Fig. 1h entsprechenden Aufbau, wobei neben der ersten Elektrolumineszenzfolie 1 auch die zweite Elektrolumineszenzfolie 2 ein Foliensubstrat 52 der oben beschriebenen Art aufweist.
  • Neben den in Fig. 1a bis Fig. 1k dargestellten Varianten sind auch hieraus gebildete "Mischformen" und weitere erfindungsgemäße Anordnungen möglich.
  • Die (Rück-)Elektrodenschichten 21, 22, 23, 31, 32, 33 werden in der Regel über den gesamten Rand der Elektrodenfläche mittels ringförmig um die Elektrodenfläche herumgeführte Leiter kontaktiert. Dies hat den Vorteil, daß sich trotz des nicht unbeachtlichen Flächenwiderstandes der dünnen Elektrodenschichten 21, 22, 23, 31, 32, 33 keine allzugroßen Potentialunterschiede über die Fläche ausbilden, und daher die homogene Leuchtwirkung unterstützt wird. Ferner können einzelne Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3, ferner aber auch das gesamte Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element segmentartig aufgeteilt sein, wobei einzelne Segmente jeweils separat elektrisch kontaktiert sind und auch separat angesteuert werden können, um als Segmentanzeige zur Darstellung unterschiedlicher Muster bzw. Grafiken oder aber auch Schriftzeichen einsetzbar zu sein.
  • Eine etwas detailliertere Darstellung eines "dreifarbig" (RGB) emittierenden Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements ist in Fig. 2 abgebildet. Auch hier zeigt die linke Teildarstellung die Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 vor dem Zusammenfügen, und die rechte Teildarstellung den Schichtaufbau des danach entstandenen Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements.
  • Auf der ersten, untersten Elektrolumineszenzfolie 1 ist eine Haftklebstoffschicht 7 zur vereinfachten Anbringung auf einer Unterlage vorgesehen. Ansonsten sind die einzelnen Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 weitestgehend gleich und im wesentlichen der Figur 1i entsprechend aufgebaut (lediglich die Leuchtschichten 11, 12, 13 emittieren selbstredend in jeweils einer anderen Farbe, zweckmäßigerweise Rot, Blau und Grün):
  • Eine als Foliensubstrat 51, 52, 53 dienende Polyesterfolie 51, 52, 53, beispielsweise von einer Dicke zwischen 100 µm und 250 µm, vorzugsweise zwischen 125 µm und 175 µm, ist mit einer als Elektrodenschicht 21, 22, 23 dienenden elektrisch leitfähigen und weitgehend transparenten Beschichtung in Form einer Indium-Zinn-Oxid (ITO) Beschichtung 21, 22, 23 versehen. Diese Elektrodenschicht 21, 22, 23 kann konventionell mittels Schneid-Ritz-Plotter oder mittels Ätzen oder durch Lasereinwirkung gemäß der gewünschten Ausbildung mehrerer Segmente und der entsprechenden Anschlußverdrahtung strukturiert sein oder kann ganzflächig verwendet werden. Möglich ist ferner, die Elektrodenschicht 21, 22, 23 bei der fertigen oder halbfertigen Elektrolumineszenzfolie 1, 2, 3 oder gar dem fertigen oder halbfertigen Mehrfarb-Elektrolumineszenzelement mittels Laserstrahl sozusagen innenliegend teilweise zu ablatieren und somit zu strukturieren beziehungsweise konturieren.
  • Ferner können sogenannte Bus-bars, also besser leitfähige Verdrahtungselemente (nicht dargestellt) mittels beispielsweise Siebdruck und/oder Verwendung von Silberleitpasten und/oder Kupferleitpasten und/oder Carbonleitpasten hergestellt werden.
  • Bei der Herstellung wird die jeweilige Leuchtschicht 11, 12, 13 bevorzugt mittels Siebdruck in Form von in einer transparenten Polymermatrix 6 dispergierten Elektroluminophoren 4 bzw. EL-Pigmenten 4 in der gewünschten grafischen Ausbildung hergestellt. Je nach gewünschter Emissionsfarbe werden geeignete EL-Pigmente 4 oder EL-Pigment-Mischungen 4 verwendet und/oder es werden geeignete farbkonvertierende und/oder farbfilternde Substanzen dem Bindemittel der Matrix 6 beigegeben. Grundsätzlich können derartige farbkonvertierende und/oder farbfilternde Effekte auch dadurch bewirkt werden, daß mittels eines weiteren Druckes auf die Oberseite des Substrates 51, 52, 53 eine entsprechende Schicht 61, 62, 63 aufgetragen und/oder eine entsprechende Folie laminiert wird.
  • Es kann zweckmäßig sein, auf die Leuchtschicht 11, 12, 13 eine Dielektrikumsschicht 41, 42, 43 aufzubringen. Im Falle der Verwendung eines Siebdruckprozesses wird vorteilhafterweise eine zweite Dielektrikumsschicht 81, 82, 83 aufgebracht, wodurch kleine Fehlstellen und/oder Mikrolufteinschlüsse überdeckt werden und die Isolationseigenschaft verbessert wird.
  • Im Gegensatz zu üblichen EL-Folienaufbauten werden erfindungsgemäß vorzugsweise transparente polymere Dielektrikumsschichten 41, 42, 43, 81, 82, 83 verwendet, wobei auf eine möglichst geringe Schichtdicke geachtet werden muß, da üblicherweise keine die relative Dielektrizitätskonstante erhöhende Beimengungen hinzugefügt werden können, da derartige, beispielsweise aus feinen Bariumtitanat-Pigmenten bestehende, Beimengungen die Transparenz sehr stark beeinflussen würden und üblicherweise eine unerwünscht Opazität mit starker Reflektion bewirken würden.
  • Vorzugsweise wird die (weitgehend) transparente Rückelektrode 31, 32, 33 mittels Siebdruck in Form einer intrinsisch leitfähiger Polymerschicht und/oder einer Schicht mit Metalloxiden, beispielsweise Indium-Zinn-Oxiden (ITO) oder Antimon-Zinn-Oxiden (ATO) hergestellt. Durch Applikation mittels Siebdruck kann die Rückelektrode 31, 32, 33 in grafischer und funktioneller Hinsicht weitgehend frei gestaltet werden. Da übliche elektrisch leitfähige Siebdruckpasten keine gute Flächenleitfähigkeit aufweisen, werden speziell bei größeren Flächen mittels gut elektrisch leitfähiger Pasten sogenannte Bus-bars (nicht dargestellt) berandend beziehungsweise umrandend gedruckt. Diese Bus-bars können ferner für die Herausführung der elektrischen Anschlüsse verwendet werden.
  • Grundsätzlich kann jedoch die Rückelektrode 31, 32, 33 auch vollflächig mittels Rakeln, Rollenbeschichtung, Vorhanggießen, Sprühen und dergleichen Verfahren hergestellt werden.
  • Als letzter Einzelschritt in der Herstellung der einzelnen Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 können sogenannte Haftvermittlerschichten 72, 73 aufgebracht werden, die den Verbund der einzelnen Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 bewirken und/oder verbessern. Unter einer Haftvermittlerschicht 71, 72, 73 wird in erster Linie eine transparente polymere Verbindungsschicht verstanden. Diese kann im Kaltklebeverfahren nach Abziehen einer Schutzfolie und der Applikation mittels Druck eine Verbindung bewirken. Es können jedoch auch Heißklebebeschichtungen verwendet werden, die unter Temperatur und Druck einen Haftverbund bewirken. Da ein optisch möglichst transparenter Verbund gefordert wird, muß die Haftvermittlerschicht 71, 72, 73 transparent sein und der Verbund lufteinschlußfrei gestaltet werden. Ferner sollen durch die Haftvermittlerschicht 72, 73 auch Unebenheiten der vorangegangen Schichten ausgeglichen werden.
  • Generell kann die Verbindung der Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 mittels Kaltlamination und/oder Heißlamination flächig oder elementweise erfolgen. Wahlweise kann die Verbindung auch nur punktuell oder streifenförmig erfolgen, da gegebenenfalls beim Einbau in einer entsprechenden Applikation die drei Elektrolumineszenzfolien 1, 2, 3 ohnedies zusammenfixiert werden.
  • Ist beidseitige Lichtemission erwünscht, müssen die Dielektrikumschichten 41, 81 und die Rückelektrode 31 der untersten Elektrolumineszenzfolie weitgehend transparent ausgeführt werden, während für einseitige Lichtemission nach oben eine oder mehrere der genannten Lagen bevorzugt opak beziehungsweise reflektierend ausgebildet werden, und die Rückelektrode 31 zusätzlich diverse Verdrahtungsfunktionen übernehmen kann.
  • Erfindungsgemäß wurde die Anordnung Blau-Rot-Grün, wobei Grün an der Lichtaustrittsseite angeordnet ist, als sehr effizient für die Generierung einer möglichst großen Farbvielfalt und insbesondere zur Erzeugung der Farbe Weiß ermittelt. Es können je nach Verwendung der EL-Pigmente 4 beziehungsweise der Kombinationen von EL-Pigmenten 4 und der Verwendung entsprechender farbkonvertierender und/oder farbfilternder Substanzen auch andere Anordnungen beziehungsweise eine andere Reihenfolge zur Anwendung gelangen.
  • Wie oben bereits erwähnt, kann grundsätzlich anstelle der Verwendung eines weitgehend formstabilen Foliensubstrates 51, 52, 53 die Leuchtschicht 11, 12, 13 aus einer EL-Gießfolie gebildet werden. Unter EL-Gießfolien werden aus der Lösung mittels Gießverfahren hergestellte Dünnfolien verstanden, in welche die elektrolumineszierenden Pigmente mit einem Durchmesser kleiner 30 µm, bevorzugt kleiner 20 µm, besonders bevorzugt kleiner 15 µm, eingelagert sind. Derartige EL-Gießfolien sind relativ formstabil und können bevorzugt im Rolle-zu-Rolle Verfahren mit Elektrodenschichten 21, 22, 23 mittels Vakuumtechnik oder Siebdruck oder Rakeln oder Rollenbeschichtung oder Sprühen oder Vorhanggießen beschichtet werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der Leuchtschichten 11, 12, 13 kann auf die Anbringung der Dielektrikaschichten 41, 42, 43, 81, 82, 83 verzichtet werden und damit eine sehr gute Transparenz und elektrische Durchschlagsfestigkeit und hervorragende Oberflächenplanizität erreicht werden. Der Nachteil dieser Methode liegt in der vollflächigen Ausführung der Leuchtschichten 11, 12, 13 und damit der höheren Kosten durch einen erhöhten Anteil an EL-Pigmenten 4.
  • Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei die Bezugszeichen entsprechender Schichten gegenüber Fig. 2 beibehalten wurden. Wie in Fig. 3 dargestellt und oben bereits erwähnt, kann anstelle der Verwendung eines weitgehend formstabilen Foliensubstrates 53 die mittlere Elektrolumineszenzfolie 3 unter Verwendung einer EL-Gießfolie als Leuchtschicht 13 gebildet werden. Auch die anderen Elektrolumineszenzfolien 1, 2 können bei entsprechender Herstellung der Leuchtschichten 11, 12 grundsätzlich ohne Foliensubstrat 51, 52 gestaltet sein.
  • Ein Vorteil der in Fig. 3 dargestellten Anordnung liegt in der Einsparung von ein oder zwei Elektrodenschichten. In dieser Darstellung wird ein spiegelbildlicher Aufbau der oberen und unteren Elektrolumineszenzfolien 1, 2 gezeigt, und die mittlere Elektrolumineszenzfolie 3 ist mit gegossener Leuchtschicht 13 und zwei Dielektrikaschichten 43, 83 ausgeführt. Diese beiden Dielektrikaschichten 43, 83 können alternativ auch auf beiden Seiten der Leuchtschicht 13 angeordnet sein und können ferner für die Haftvermittlung verwendet werden und farbkonvertierende und/oder farbfilternde Beimengungen enthalten. Die Haftvermittlerschichten 71, 72 der oberen und unteren Elektrolumineszenzfolien 1, 2 können entfallen, und die Rückelektroden 31, 32 der oberen und unteren Elektrolumineszenzfolien 1, 2 bilden die Elektroden für den mittlere EL-Kondensator.
  • Als besonders günstiger Kompromiß aus sicherer Funktion und guter Herstellbarkeit hat sich der in Fig. 4 dargestellte Aufbau einer Elektrolumineszenzfolie 1 erwiesen. Drei (ggf. auch zwei) gleichartige, sich nur durch ihre Leuchtfarbe unterscheidende Elektrolumineszenzfolien der dargestellten Art werden dabei miteinander zu einem erfindungsgemäßen Mehrfarb-Elektroluminseszenzelement kombiniert. Die Elektrolumineszenzfolie 1 besteht im wesentlichen aus einem Foliensubstrat 51 aus PET oder anderem Kunststoff, auf welches die Elektrodenschicht 21 aufgedampft oder aufgesputtert ist, einer Leuchtschicht 11 und einer durch Siebdruck darauf aufgebrachten transparenten Rückelektrode 31, welche mittels der isolierenden Folie 91 einlaminiert ist. Grundsätzlich sind auch Substrate denkbar, welche nicht aus einer Kunststoffolie, sondern aus einem keramischen Material, beispielsweise Glas, bestehen.

Claims (25)

  1. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element, aufweisend
    - eine erste, als Folienkörper vorliegende Elektrolumineszenzfolie (1), welche eine erste Elektrodenschicht (21), eine erste Leuchtschicht (11) mit dispersen anorganischen Elektroluminophoren (4) und eine Rückelektrodenschicht (31) aufweist, und
    - eine zweite, als Folienkörper vorliegende Elektrolumineszenzfolie (2), welche eine zweite Elektrodenschicht (22) und eine zweite Leuchtschicht (12) mit dispersen anorganischen Elektroluminophoren (4) und eine zweite Rückelektrodenschicht (32) aufweist,
    wobei die zweite Elektrolumineszenzfolie (2) zum Emittieren von Licht einer anderen Farbe als die erste Elektrolumineszenzfolie (1) ausgebildet ist.
  2. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine dritte Elektrolumineszenzfolie (3), welche eine dritte Leuchtschicht (13) mit dispersen Elektroluminophoren (4) aufweist.
  3. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 2, wobei die dritte Elektrolumineszenzfolie (3) ebenfalls eine Elektrodenschicht (23) aufweist.
  4. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 3, wobei die dritte Elektrolumineszenzfolie ferner ebenfalls eine Rückelektrodenschicht (33) aufweist.
  5. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Elektrolumineszenzfolie (1, 2, 3) ein Foliensubstrat (51, 52, 53) aufweist, welches mit einer der Elektrodenschichten (21, 22, 23) versehen ist.
  6. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 5, wobei zumindest zwei der Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) jeweils ein Foliensubstrat (51, 52, 53) aufweisen, welches mit jeweils einer der Elektrodenschichten (21, 22, 23) versehen ist.
  7. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 6 mit drei Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3), wobei alle drei Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) jeweils ein Foliensubstrat (51, 52, 53) aufweisen, welches mit jeweils einer der Elektrodenschichten (21, 22, 23) versehen ist.
  8. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der Ansprüche 5-7, wobei zumindest ein Foliensubstrat (51, 52, 53) aus Polyethylenterephthalat besteht.
  9. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der Ansprüche 5-8, wobei zumindest eine der Elektrodenschichten (21, 22, 23) auf das zugehörige Foliensubstrat (51, 52, 53) vakuumtechnisch aufgedampft oder gesputtert ist.
  10. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Leuchtschichten (11, 12, 13) als gegossene Folie ausgeführt ist.
  11. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dispersen Elektroluminophore (4) anorganischer Natur sind.
  12. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 11, wobei die dispersen Elektroluminophore (4) mikroverkapselt sind.
  13. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das mindestens eine zusätzliche Dielektrikumsschicht (41, 42, 43) enthält.
  14. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) durch mindestens eine Haftschicht (71, 72, 73) miteinander verbunden sind.
  15. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Schicht des Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements mindestens eine farbkonvertierende und/oder farbfilternde organische und/oder anorganische Beimengung enthält.
  16. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Rückelektrodenschicht (31, 32, 33) weitgehend transparent ausgeführt ist.
  17. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der Ansprüche 1-15, wobei die erste Elektrodenschicht (21) oder die Rückelektrodenschicht (31) der ersten Elektrolumineszenzfolie (1) intransparent reflektierend ausgeführt ist.
  18. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Elektrodenschichten (21, 22, 23) und/oder Rückelektrodenschichten (31, 32, 33) zumindest teilweise mittels Laserstrahl strukturiert oder konturiert ist.
  19. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Elektrolumineszenzfolie (1, 2, 3) separat elektrisch ansteuerbar ist.
  20. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß Anspruch 19 mit 3 Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3), wobei eine der Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) zum Emittieren roten Lichts, eine der Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) zum Emittieren grünen Lichts, und eine der Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) zum Emittieren blauen Lichts ausgebildet ist.
  21. Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Element gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) in unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbare Segmente unterteilt ist.
  22. Verfahren zur Herstellung eines Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements, wobei mindestens zwei jeweils einen zusammenhängenden Folienkörper darstellende Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) mit jeweils mindestens zwei Elektrodenschichten sowie einer, disperse anorganische Elektroluminophoren (4) enthaltenden Leuchtschicht zusammengefügt werden.
  23. Verfahren zur Herstellung eines Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements gemäß Anspruch 22, wobei drei Elektrolumineszenzfolien (1, 2, 3) zusammengefügt werden.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22-23, wobei das Zusammenfügen mittels Kaltlaminieren und/oder Heißlaminieren und/oder Vakuumlaminieren erfolgt.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22-24, wobei nach dem Zusammenfügen mindestens eine Schicht des Mehrfarb-Elektrolumineszenz-Elements mit einem Laserstrahl bearbeitet wird.
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