PL201619B1 - Sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczystą elektrodą powierzchniową, elektroluminescencyjną warstewką oświetlającą i drugą elektrodą powierzchniową - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczyst a elektrod a powierzchniow a (2), elektro- luminescencyjn a warstewk a o swietlaj ac a (3) i drug a elektrod a powierzchniow a (5) odznacza si e tym, ze sposób obejmuje nast epuj ace etapy: - w celu utwo- rzenia przezroczystej elektrody powierzchniowej na pod lo ze (1) nak lada si e uk lad cienkich warstewek (2), który zawiera co najmniej jedn a cz esciow a metaliczn a warstewk e przewodz ac a elektrycznie (2.1), i kolejno czesciow a warstewk e dielektryczn a (2.2), przy czym oporno sc powierzchniowa tej elektrody jest zawarta pomi edzy 4 i 6 ohmów/kwadrat, - na uk lad cienkich warstewek (2) nak lada si e po kolei, technik a druku sitowego, warstewk e o swietlaj ac a EL (3) i co naj- mniej drug a elektrod e powierzchniow a (5), - w celu po laczenia ze zród lem napi ecia dwie elektrody po- wierzchniowe (2.1, 5) laczy si e odpowiednio z przy- laczeniowym elementem elektrycznym (7). PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201619 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 371290 ⁽¹³⁾ (22) Data zgłoszenia: 12.12.2002 ^{(51) Int.Cl.}

H05B 33/10 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

12.12.2002, PCT/FR02/04327 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

24.07.2003, WO03/061348 PCT Gazette nr 30/03 ^{* i}

Sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczystą elektrodą (54) powierzchniową, elektroluminescencyjną warstewką oświetlającą i drugą elektrodą powierzchniow ą (30) Pierwszeństwo:

24.12.2001,DE,10164063.3

27.11.2002,DE,10255199.5 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

13.06.2005 BUP 12/05 (73) Uprawniony z patentu:

SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE, Courbevoie,FR (72) Twórca(y) wynalazku:

Helmut Maeuser,Herzogenrath,DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.04.2009 WUP 04/09 (74)

Pełnomocnik:

Szlagowska-Kiszko Teresa, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

⁽⁵⁷⁾ Sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczystą elektrodą powierzchniową (2), elektroluminescencyjną warstewką oświetlającą (3) i drugą elektrodą powierzchniową (5) odznacza się tym, że sposób obejmuje następujące etapy: - w celu utworzenia przezroczystej elektrody powierzchniowej na podłoże (1) nakłada się układ cienkich warstewek (2), który zawiera co najmniej jedną częściową metaliczną warstewkę przewodzącą elektrycznie (2.1), i kolejno częściową warstewkę dielektryczną (2.2), przy czym oporność powierzchniowa tej elektrody jest zawarta pomiędzy 4 i 6 ohmów/kwadrat, - na układ cienkich warstewek (2) nakłada się po kolei, techniką druku sitowego, warstewkę oświetlającą EL (3) i co najmniej drugą elektrodę powierzchniową (5), - w celu połączenia ze źródłem napięcia dwie elektrody powierzchniowe (2.1, 5) łączy się odpowiednio z przyłączeniowym elementem elektrycznym (7).

PL 201 619 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczystą elektrodą powierzchniową, elektroluminescencyjną warstewką oświetlającą i drugą elektrodą powierzchniową.

Przez element wielowarstwowy rozumie się tu jednostkę złożoną z podłoża nośnikowego i elektroluminescencyjnego elementu oświetlającego (elementu EL), który sam składa się z kilku warstw, przy czym wymieniony element nakłada się, laminuje albo drukuje na podłożu nośnikowym.

W celu uzyskania możliwie dużej mocy oświetleniowej elementu EL elektroda powierzchniowa powinna przepuszczać jak najwięcej światła widzialnego wysyłanego przez wymieniony element. Ta elektroda liczy się w zasadzie, jako jedna z warstw elementu funkcyjnego i stanowi przeważnie powierzchnię graniczną pomiędzy podłożem nośnikowym i elementem funkcyjnym.

Jako podłoże nośnikowe dla wyemitowanego światła widzialnego odpowiednie są materiały o duż ej przepuszczalnoś ci ś wiatł a, na przykł ad szkł o, szyby z tworzywa sztucznego (na przykł ad z poliwęglanu) i folie z tworzywa sztucznego (PET - polietylenotereftalan). Jeżeli jako podłoże nośnikowe we właściwym tego słowa znaczeniu stosuje się folie z tworzywa sztucznego, to można je laminować bez problemu na sztywnych podłożach po utworzeniu elementu EL.

Na strukturalnym elemencie EL, na jego podłożu nośnikowym może występować, w celu utworzenia elementu warstwowego, jeszcze co najmniej jedna pośrednia warstewka klejowa i druga (sztywna) warstewka pokrywająca. Powszechnie uważa się, że nie jest bezwzględnie konieczne wprowadzanie elementu EL pomiędzy dwie sztywne szyby szyby warstwowej, przy czym taki układ będzie korzystny ze względów bezpieczeństwa mając na uwadze bardzo wysokie napięcie zasilające. Wprowadzanie elementu EL do szyby warstwowej zabezpiecza go jeszcze bardziej przed skutkami mechanicznymi, jak również przed wnikaniem wilgoci i brudu, które mogłyby powodować zakłócenia. Jeżeli przezroczystość albo wysyłanie światła są wymagane tylko w kierunku jednej strony, to po drugiej stronie można oczywiście stosować nieprzezroczyste sztywne płyty z jakiegokolwiek materiału.

Podstawowe zasady elektroluminescencji są znane od dawna. Szczegółowa dokumentacja na temat tej technologii, z przykładami zastosowań, opisami materiałów i barwami światła, jakie można uzyskać, jest dostępna pod adresem internetowym „http://www.dupont.com/mcm/luxprint/about.-html” (wersja z listopada 2002 roku), tak że nie ma tu potrzeby wchodzenia w szczegóły.

Zgodnie z powyższym elementy EL wytwarza się w większości przypadków techniką druku sitowego. W tym celu podłoże można najpierw powlekać (korzystnie drogą rozpylania) przezroczystą elektrodą, na którą nakłada się warstewkę z funkcją oświetlenia. Następnie przychodzi warstewka dielektryczna, na przykład z tytanianu baru, który ma bardzo wysoką stałą dielektryczną, a następnie druga elektroda, która niekoniecznie musi być przezroczysta. Składa się ona z metalu, dobrego przewodnika elektryczności, korzystnie takiego jak srebro.

Wysyłanie światła przez element EL rozpoczyna się, gdy tylko warstewka funkcyjna znajdzie się w (przemiennym) polu elektrycznym przyłożonym pomiędzy dwiema elektrodami. Problem wiedzy o tym, w którym miejscu dielektryk rozdziela dokładnie elektrody, staje się wtedy sprawą drugorzę dną, przy czym jednak należy upewnić się, że nie wystąpiło żadne przebicie w jakimkolwiek miejscu, ponieważ przebicie może spowodować bezpośrednio rozchodzące się miejscowe zniszczenie warstewki funkcyjnej.

Moc pola elektrycznego w elemencie EL drukowanym w grubej warstwie może być rzędu wielkości kilku 10⁶ V/m. W przypadku, gdyby izolacja miała być niedostateczna, to mogą wystąpić przebicia, które przejawiają się w postaci czarnych punktów albo plamek. W praktyce stosuje się na przykład, jako dodatkową izolację albo warstewkę dielektryczną, lakiery utwardzające się pod działaniem UV i zgodne z drukiem sitowym.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP-A1-0 267 331 jest znana szyba warstwowa do pojazdów ze znakiem wprowadzonym do warstwy klejowej laminatu, przy czym znak jest prezentowany albo może być podświetlany przez element EL. Konieczne przewody elektryczne występują praktycznie w sposób niewidoczny w postaci przewodzących cienkich przezroczystych ścieżek albo warstewek z metalu albo tlenków wewną trz laminatu. Po przył o ż eniu napię cia zasilają cego znak ś wietlny wydaje się być zawieszony w szybie bez widocznych przewodów. Z cytowanego dokumentu są znane dwa różne warianty elementów EL. W pierwszym wariancie na tym samym podłożu przewiduje się dwie przewodzące elektrody napięciowe, które są połączone ze sobą elementem oświetlającym, który ma ze swojej strony elektrodę mostkującą. Z elektrycznego punktu widzenia są, zatem utworzone dwa

PL 201 619 B1 rozgałęzione kondensatory połączone ze sobą szeregowo. W drugim rodzaju konstrukcji odpowiednio jedną z dwóch elektrod instaluje się w postaci cienkiej przezroczystej warstewki na dwóch wewnętrznych powierzchniach szyby warstwowej, a element oświetlający umieszczą się pomiędzy nimi wzdłuż oddzielającej warstewki dielektrycznej.

W tym, jak i w wielu innych przypadkach, przezroczyste elektrody elementów EL skł adają się korzystnie z tlenku indowo-cynowego (ITO), przy czym w celu uzyskania wysokiej mocy oświetlania warstewkę wysyłającą światło (fosfor) nakłada się bezpośrednio na tej elektrodzie.

Zaproponowano już wiele rozwiązań, w których elektroda przezroczysta jest przewidziana także z wielu powodów, jako ukł ad wielowarstwowy, w którym warstewka dielektryczna przylega do warstewki funkcyjnej EL. Przy takim rozkładzie warstewek dielektrycznych po obydwóch stronach warstewki oświetlającej suma efektów izolacyjnych musi być wystarczająco duża.

Zwłaszcza w przypadku cienkowarstwowych elementów EL, mimo wszystko o małych całkowitych grubościach warstewek, jest znane (patrz na przykład amerykańskie opisy patentowe nr US-A-6 036 823 i US-A-6 358 632) wytwarzanie po obydwóch stronach rzeczywistej funkcyjnej warstewki EL jak najcieńszych warstewek o jak najwyższych stałych dielektrycznych. Stąd należy unikać przebicia pola elektrycznego przez warstewkę funkcyjną.

Z dokumentu DE-A1-19 825 435 jest znany ukł ad EL, w którym warstewki dielektryczne osadza się techniką grubowarstewkową po obydwóch stronach warstewki oświetlającej EL. W tym dokumencie wskazuje się także różne środki wpływania na barwę wysyłanego światła.

Znane są różne opisy silnie przezroczystych układów wielowarstwowych dla światła widzialnego, które zawierają, jako rdzeń cienkie przewodzące elektrycznie warstewki metaliczne albo z domieszkowanych tlenków metali, które różnią się zasadniczo właściwościami termoizolacyjnymi albo odbicia. Dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu elektrod te układy warstwowe mogą ponadto służyć do elektrycznego ogrzewania powierzchni, jeżeli prąd jest przepuszczany przez warstwę przewodzącą, która ogrzewa się na skutek swojej oporności omowej. Takie znane układy wielowarstwowe zawierają na ogól także pojedyncze albo wielokrotne warstewki dielektryczne, na przykład z azotku krzemu, itp., które powinny być oczywiście podziurkowane w celu zabezpieczenia styczności elektrycznej warstewek przewodzących. Takie układy wiem warstewek są już wykorzystywane także jako anteny.

Z poprzedniego niemieckiego zgł oszenia patentowego nr 101 64 063.3 jest znany element warstwowy ze sztywną przezroczystą szybą, nałożoną nad nią przezroczystą elektrodą powierzchniową i z płaskim wielowarstwowym elementem oświetlają cym EL, którego przezroczysta elektroda powierzchniowa może być stosowana, za pomocą dodatkowych przyłączy elektrycznych, jako warstwa grzejna w celu ustalenia określonych temperatur elementu oświetlającego EL. Taki element warstwowy można stosować na przykład w pojeździe, na przykład jako oszklony dach, którego powierzchnia świeci się działając jako oświetlenie wewnętrzne w przypadku ciemności w kabinie pasażerskiej.

Przy przemysłowym wytwarzaniu elementów powierzchniowych EL dielektryk elementu EL powinien być drukowany w dwóch albo więcej operacjach, aby uzyskać zarówno wymaganą grubość jak i efekt izolujący. Ponieważ powłoka powinna być suszona po każdej operacji drukowania, to powoduje to bardzo uciążliwe czasy oczekiwania. Druk sitowy na zakrzywionych podłożach wymaga w każdym razie znacznego nakładu pracy.

W opisie patentowym nr US 5757125 ujawniono lampę elektroluminescencyjną z elektrodą zawierającą jedynie warstewki metaliczne, bez żadnej wzmianki na temat oporności.

W opisie patentowym EP 1124261 opisano z kolei elektrodę opartą na warstewkach dielektrycznych bez żadnego odniesienia do oporności.

Celem wynalazku jest wskazanie sposobu, za pomocą, którego można zmniejszyć liczbę operacji drukowania w czasie drukowania warstewek funkcyjnych elementu EL na podłożu.

Sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczystą elektrodą powierzchniową, elektroluminescencyjną warstewką oświetlającą i drugą elektrodą powierzchniową, przy czym dwie elektrody są wyposażone w przyłącza elektryczne do przykładania napięcia, odznacza się według wynalazku tym, że sposób obejmuje następujące etapy:

- w celu utworzenia przezroczystej elektrody powierzchniowej na podłoże nakłada się ukł ad cienkich warstewek, który zawiera, co najmniej jedną częściową metaliczną warstewkę przewodzącą elektrycznie i kolejno częściową warstewkę dielektryczną, przy czym oporność powierzchniowa tej elektrody jest zawarta pomiędzy 4 i 6 ohmów/kwadrat na układ cienkich warstewek nakłada się po kolei, techniką druku sitowego, warstewkę oświetlającą EL i co najmniej drugą elektrodę powierzchniową, w celu połączenia ze źródłem napięcia dwie elektrody

PL 201 619 B1 powierzchniowe łączy się odpowiednio z przyłączeniowym elementem elektrycznym. Korzystnie pomiędzy warstewką oświetlającą EL i drugą elektrodą powierzchniową drukuje się drugą warstewkę dielektryczną.

Korzystnie przezroczystą elektrodę powierzchniową wytwarza się drogą nakładania układu cienkich warstewek, który może być silnie naprężony na poziomie termicznym, nadającego się zwłaszcza do temperatur wyginania i ewentualnie wstępnego naprężania szkła, co najmniej z jedną częściową metaliczną warstewką przewodzącą.

Korzystnie na częściowej powierzchni przezroczystej elektrody powierzchniowej drukuje się ścieżkę przewodzącą do łączenia przezroczystej elektrody powierzchniowej ze źródłem napięcia.

Korzystnie ścieżkę przewodzącą drukuje się w czasie tej samej operacji, co i drugą elektrodę powierzchniową.

Korzystnie w strefie obszaru styczności do ustalenia zewnętrznych przyłączy elektrycznych dwóch elektrod układ cienkich warstewek jest miejscowo wybrany, a zatem nie jest stosowany albo jest usuwany po nałożeniu na całą powierzchnię.

Korzystnie, jako częściową warstewkę dielektryczną układu warstewek nakłada się warstewkę pokrywającą z azotku krzemu.

Korzystnie układ warstewek jest wykonany w sposób następujący: podłoże - Si3N4 - ZnO Ti/Ag/ - ZnO - Si3N4 -ZnO - Ti - Ag - ZnO - Si3N4.

Korzystnie, jako częściową warstewkę dielektryczną nakłada się warstewkę tlenku albo oksy-azotku.

W rezultacie element EL jest utworzony na cienkowarstewkowej przezroczystej elektrodzie, która już stanowi przynajmniej część dielektrycznej warstewki rozdzielającej elementu EL. Pomiędzy warstewką elektrody przewodzącej elektrycznie znaczeniu i warstewką oświetlającą EL jest umieszczona, co najmniej jedna warstewka dielektryczna (częściowa).

Usytuowana na wierzchu warstewka dielektryczna przezroczystej elektrody powierzchniowej działa, jako dodatkowy izolator przed przebiciem. Stosując na powierzchni warstwowy układ dielektryczny z opisanym tu izolatorem grubość drukowania drukowanej później warstewki dielektrycznej może być znacznie mniejsza i w danym przypadku można przejść do drugiej operacji druku sitowego mającej na celu nałożenia warstewki lakieru (lakieru utwardzającego się pod wpływem UV). Funkcja drugiej warstewki dielektrycznej może być ewentualnie tak samo zapewniona przez warstewkę dielektryczną na przezroczystej elektrodzie powierzchniowej, jeżeli jej efekt izolujący jest dość znaczny przy dostatecznej przepuszczalności światła.

Z interferencyjnymi warstwowymi układami dielektrycznymi uzyskuje się oporności powierzchniowe od 4 do 6 omów/kwadrat i mniej. I odwrotnie, zwykłe cienkie warstewki ITO (przezroczyste) mają oporność powierzchniową od 50 do 100 omów/kwadrat. Ponieważ oporność warstewki na schemacie zastępowania elementu EL jest równa oporności szeregowej, która jest rzeczywista i jest początkiem mocy czynnej, a więc mocy utraconej przekształconej w ciepło, to moc czynną, a także wydzielanie ciepła przez element EL można zmniejszyć kilkakrotnie w stosunku do elektrody powierzchniowej ITO stosując elektrodę powierzchniową o znacznie mniejszej oporności powierzchniowej.

Jednocześnie jest możliwe, drogą ukierunkowanego wyboru materiałów i grubości warstw układu warstwowego tworzącego przezroczystą elektrodę powierzchniową, dostosowanie wizualnego wyglądu elementu EL (bez przyłożonego napięcia), jak również odbieranej barwy wysyłanego światła. Dostępne w handlu warstewki oświetlające EL niekoniecznie odpowiadają oczekiwaniom użytkowników końcowych pod względem barwy.

Jeżeli ma być zachowana pojemność kondensatora utworzonego przez dwie elektrody powierzchniowe po dwóch stronach warstewki funkcyjnej, to dzięki stosowaniu bardzo cienkiej warstewki dielektrycznej zamiast stosunkowo grubej drukowanej warstewki dielektrycznej można zmniejszyć także grubość tej ostatniej w celu przystosowania całkowitej stałej dielektrycznej do mniejszej szerokości szczeliny kondensatora. W tym przypadku jest ważne, aby warstwa izolacyjna była izotropowa, to jest aby miała we wszystkich swoich kierunkach te same właściwości dielektryczne i była wolna od „nakłuć”.

Nie jest bezwzględnie konieczne budowanie warstwowego układu elektrod na sztywnym podłożu, lecz przeciwnie, układ warstwowy może być także osadzony na cienkiej warstewce nośnikowej z tworzywa sztucznego, na przykład z polietylenotereftalanu (PET), i połączony za pomocą odpowiedniej warstwy klejowej ze sztywnym podłożem, przy czym jednak jest to znane jako takie i nie ma potrzeby wchodzenia tu w dalsze szczegóły.

PL 201 619 B1

Jeżeli element EL ma być drukowany na zakrzywionym podłożu szklanym, to elektrodę przezroczystą konstruuje się korzystnie na układzie warstewek, który jest odporny na wysokie temperatury (około 650°C) w czasie wyginania szkła.

W tym ostatnim cytowanym przypadku szczególnie korzystne jest konstruowanie samego elementu EL z warstewkami, które mogą ze swojej strony być naprężone na dostatecznie wysokim poziomie termicznym, tak aby można je było drukować po osadzeniu elektrody powierzchniowej na płaskim podłożu szklanym i aby mogły znosić bez uszkodzeń temperatury w czasie następującej potem operacji jego wyginania. Opcjonalnie drukowana warstewka dielektryczna i druga elektroda powierzchniowa z takimi właściwościami już istnieją - obecnie bada się właściwości cieplne odpowiednich warstewek oświetlających EL.

Inna zaleta układu warstewek tworzącego przezroczystą elektrodę powierzchniową polega na tym, że ma on silny efekt izolacji cieplnej, co jest na przykład bardzo korzystne w przypadku szklanych szyb dachowych pojazdów wyposażonych w elementy EL na skutek tego, że lepsze jest subiektywne odczuwanie ciepła przez pasażerów pojazdu.

Całkiem ogólnie odpowiedni układ warstewek można opisać, jako warstwę odbijającą promienie słoneczne i ewentualnie promienie podczerwone, odporną na ciepło, na bazie srebra albo innych metali przewodzących.

Opisany tu szczególnie odpowiedni układ warstewek do przewidywanego stosowania składa się z następującego ciągu warstw: podłoże - Si3N4 - ZnO - Ti/Ag - ZnO - Si3N4 - ZnO -Ti- Ag - ZnO - Si3N4. Układ jest odporny na wysokie temperatury, a zatem można go stosować na szybie szklanej przed jej wyginaniem i ewentualnie jej naprężaniem wstępnym i ma on właściwości wymagane na poziomie optycznym (przezroczystość, barwa) i elektrycznym (oporność powierzchniowa, stała dielektryczna).

Wiadomo jednak, że w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej i odporności chemicznej układu cienkich warstewek można konfigurować górną warstewkę przeciwodblaskową albo część górnej warstewki przeciwodblaskowej, a mianowicie usytuowaną najwyżej warstewkę pokrywającą, jako warstewkę mieszanych tlenków, to jest warstewkę złożoną z kilku tlenków. W ten sposób może być zapewniona także większa twardość i trwałość chemiczna układu warstewek.

Zgodnie z dokumentem nr EP-B1-0 304 234 warstewka mieszanych tlenków składa się co najmniej z dwóch tlenków metali, przy czym jeden z tlenków metali jest tlenkiem Ti, Zr albo Hf, natomiast drugi tlenek metalu jest tlenkiem Zn, Sn, In albo Bi.

Z dokumentu patentowego nr EP-A1-0 922 681 jest znana konfiguracja górnej warstwy odblaskowej złożonej z dwóch warstewek częściowych, z których górna warstewka częściowa składa się z mieszanego tlenku na bazie cynku i glinu, zwł aszcza o strukturze spinelu typu ZnAl2O4.

Z dokumentu patentowego DE-C1-198 48 751 jest znany układ warstewek z warstewką tlenków mieszanych, który w stosunku do ogólnej zawartości metali zawiera od 35 do 70% wagowo Zn, od 29 do 64,5% wagowo Sn i od 0,5 do 6,5% wagowo jednego albo kilku pierwiastków, takich jak Al, Ga, In, B, Y, La, Ge, Si, As, Sb, Bi, Ce, Ti, Zr, Nb i Ta.

Z dokumentu patentowego nr US 4 996 105 są znane uk łady warstewek z warstewkami tlenków mieszanych o składzie Sn1-xZnxOy. Warstewki tlenków mieszanych rozpyla się ze stechiometrycznego stopu cynk-cyna, w którym stosunek Zn : Sn wynosi 1:1% At.

Z dokumentów patentowych nr EP-A1-0 464 789 i EP-A1-0 751 099 s ą znane takż e układy warstewek z warstewkami przeciwodblaskowymi z tlenków mieszanych. W tym przypadku warstewki tlenków mieszanych na bazie ZnO albo SnO zawierają dodatek Sn, Al, Cr, Ti, Si, B, Mg albo Ga.

Układy warstewek, które mogą być silnie naprężone na poziomie termicznym, są znane także w różnych wykonaniach. W pierwszej grupie układów warstewek, które mogą być silnie naprężone na poziomie termicznym, warstewki przeciwodblaskowe, które są oddzielone od warstewki funkcyjnej ze srebra cienkimi metalicznymi warstewkami blokującymi, składają się odpowiednio z Si3N4. Część tej grupy stanowi także układ warstewek znanych z dokumentu nr EP 0 883 585 B1, przy czym blokująca warstewka metalu składa się jednak w tym przypadku z Si. Takie układy warstewek są z pewnością bardzo trwałe na poziomie termicznym, lecz na skutek problemów znanych w czasie rozpylania azotków są bardzo kosztowne przy wytwarzaniu. Co więcej, rozpylanie stosunkowo grubych warstewek Si3N4 nie pozostaje bez pojawienia się problemów związanych z naprężeniami mechanicznymi w warstewkach.

Oczywiście w przypadku przewodzącego układu warstewek przezroczystej elektrody stosować można także i inne technologie, takie jak na przykład chemiczne osadzanie warstewek z fazy gazowej, dzięki którym można uzyskać większe grubości warstewek w porównaniu z technologią rozpylania.

PL 201 619 B1

Część drugiej grupy układów warstewek, które mogą być silnie naprężone na poziomie termicznym, stanowią te układy, które poza warstewkami azotkowymi, takimi jak Si3N4 albo AlN, mają mianowicie w strefie warstewki pokrywającej także i warstewki tlenkowe. Na przykład z dokumentu patentowego nr DE 196 40 800 C2 jest znany układ warstewek, w którym pomiędzy blokującą warstewką metaliczną i tlenkową albo azotkową warstewką pokrywającą osadza się azotkową albo azotkowo-tlenkową warstewkę pośrednią złożoną z metalu blokującej warstwy metalicznej. Inny układ warstw tego rodzaju znany z dokumentu patentowego nr DE 101 05 199 Cl różni się tym, że pomiędzy warstewką srebra i blokującą warstewką metaliczną osadza się warstewkę Si3N4 albo AlN. W układzie warstewek znanym z dokumentu patentowego nr DE 0 834 483 B1 pomiędzy blokującą warstewką metaliczną z Ti i warstewką pokrywającą osadza się warstewkę pośrednią co najmniej o grubości 5 nm z TiO2 i na tej warstewce pośredniej warstewkę pokrywającą z tlenku, azotku albo azotko-tlenku Bi, Sn, Zn albo mieszaniny tych metali.

W trzeciej grupie układów warstewek, które mogą być silnie naprężone na poziomie termicznym, poszczególne warstewki z wyjątkiem warstewki funkcyjnej i blokującej warstewki metalicznej składają się z warstewek z czystych tlenków. Warstewki tlenków mogą być wytwarzane zwykle bardziej prosto i ekonomicznie niż warstewki azotkowe. Blokująca warstewka metaliczna ma jednak w takich przypadkach stosunkowo znaczną grubość. Układ warstewek tego rodzaju jest znany na przykład z dokumentu patentowego nr DE 198 52 358 C1. Metal blokujący składa się w tym przypadku ze stopu glinowego z jednym albo więcej niż jednym pierwiastkiem, takim jak Mg, Mn, Cu, Zn i Si, jako składnikami stopu.

Na podstawie tego wyczerpującego przedstawienia stwierdza się, że istnieje wiele układów warstewek, które dla danego zastosowania mogą nadawać się, jako elektroda powierzchniowa elementu EL. Wybór albo modyfikacja odpowiedniego układu warstewek wymaga w niniejszym kontekście tylko rutynowych kontroli i prób ze strony specjalistów, którzy są do tego zobowiązani.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym w sposób bardzo uproszczony i bez zachowania skali fig. 1 przedstawia w widoku w przekroju szybę warstwową z powierzchniowym elementem elektroluminescencyjnym, który jest zbudowany na powierzchniowej przezroczystej elektrodzie, która stanowi przynajmniej część dielektryka, fig. 2 - w widoku szczegółowym obszar stykowy do ustalenia zewnętrznych przyłączy elementu EL.

Zgodnie z fig. 1 na powierzchni przezroczystej sztywnej szyby 1 jest osadzony układ warstewek 2 bardzo przezroczysty dla światła widzialnego, który składa się co najmniej z jednej przewodzącej elektrycznie warstewki metalicznej 2.1, korzystnie ze srebra. Ta warstewka 2.1 stanowi we właściwym tego słowa znaczeniu przezroczystą elektrodę powierzchniową elementu EL. Pomiędzy warstewką 2.1 i powierzchnią szyby przewiduje się tu także i inne warstewki, a mianowicie przeciwodblaskową warstewkę dielektryczną, na przykład z azotku krzemu (Si3N4) oraz ewentualnie warstewkę tlenku cynku (ZnO) ułatwiającą wzrost warstewki srebrowej 2.1. W układzie warstewek, które mogą podlegać silnym naprężeniom na poziomie termicznym, to jest układu, który może bez uszkodzeń być ogrzewany do temperatury mięknienia szkła, można zwłaszcza dodawać i inne warstewki pośrednie, takie jak na przykład blokujące warstewki metaliczne. Na wymagane właściwości układu warstewek (przyczepność do podłoża/szkła, załamanie światła, barwy transmisyjne i refleksyjne, właściwości odbijania promieni podczerwonych, przewodność elektryczna, ochrona warstewki (warstewek) srebrowej przed utlenianiem, itp.) może wpływać w szerokim zakresie ich połączenie, kolejność i grubość. Zwykłe oporności powierzchniowe takich układów warstewek wynoszą od 2 do 4 omów/kwadrat. Ponieważ takie układy warstewek, jak już wspomniano, są już znane w wielu postaciach, to warstewki częściowe nie będą już tu prezentowane bardziej wyczerpująco.

Na wierzchu warstewki elektrodowej 2.1 jest osadzona także co najmniej jedna warstewka dielektryczna 22, która stanowi w ramach wynalazku część dielektryka kondensatora, w którego polu wywołuje się oświetlanie elementu EL. Również w tej strefie, chociaż nie jest to zilustrowane, mogą być dodane inne warstewki, na przykład warstewki blokujące, które zapewniają w sposób powtarzalny i trwały wymagane właściwości układu warstewek w czasie produkcji, w czasie końcowego przekształcania i w stanie montażu. W szczególności dzięki składowi i połączeniu górnych warstewek (pokrywających) takiego układu warstewek można uzyskać dużą wytrzymałość mechaniczną na zużycie. Dzięki swojej większej twardości jako pokrywające warstewki zewnętrzne nadają się zwłaszcza warstewki z Si3N4.

Przepuszczalność światła widzialnego przez powleczoną szybę 1 wynosi korzystnie co najmniej 75% i jest to wartość minimalna wymagana w Europie dla przednich szyb pojazdów.

PL 201 619 B1

Szyba szklana 1 wyposażona w układ warstewek tworzy globalnie podłoże dla elementu EL. Warstewka oświetlająca 3 elementu EL jest drukowana, korzystnie techniką druku sitowego, na zewnętrznej warstewce układu warstewek 2 w taki sposób, że pozostawia się wolny, przynajmniej po jednej stronie, wąski pasek obrzeża układu warstewek 2. Ten pasek obrzeża wykorzystuje się do zapewnienia styku elektrycznego warstewki elektrodowej 2.1. W znany sposób należy zachować, także dla samego układu warstewek 2, odległości kilku milimetrów od brzegu szyby w celu uniknięcia korozji pochodzącej od brzegu jej warstewek metalicznych.

Na wierzchu warstewki oświetlającej 3 nadrukowano inną warstewkę dielektryczną 4, a na niej na koniec drugą elektrodę powierzchniową 5 elementu EL, korzystnie także techniką druku sitowego. Ścieżkę przewodzącą 6 drukuje się na wolnym obrzeżu układu warstewek 2 i wykonuje się ją korzystnie w czasie tej samej operacji, co i nanoszenie drugiej elektrody powierzchniowej 5· Ścieżka przewodząca 6 stanowi przyłącze elektryczne w celu doprowadzenia napięcia do warstewki przezroczystej elektrody 2.1. Pokazano symbolicznie, że materiał ścieżki przewodzącej 6 przechodzi przez warstewkę dielektryczną 2.2. Wreszcie para przewodów, przedstawiona w sposób bardzo uproszczony, stanowi zewnętrzne przyłącza elektryczne 1 dwóch elektrod 2.1 i 5. Wytwarzanie takich przyłączy, zwłaszcza drogą spawania, jest jako takie znane. W przypadku niniejszego zastosowania, w danym przypadku należy jednak uwzględniać szczególne środki, które będą stanowić przedmiot dokładniejszych wyjaśnień w związku z fig. 2.

Drukowane warstewki 3 do 5 i ścieżka przewodząca 6 są wyraźnie grubsze niż poszczególne warstewki układu warstewek i układ, jako całość, przy czym rzeczywiste stosunki nie mogą być tu przedstawione w skali. Dlatego grubości drukowanych warstewek są pokazane tylko częściowo i poprzerywane punktowymi paskami. Podczas gdy grubość całkowita układu warstewek, który może być silnie naprężony na poziomie termicznym i może być korzystny dla tego zastosowania, może zmieniać się od 130 do 180 nm, na przykład w zależności od wymaganej barwy, to drukowane warstewki 3, 4 i 5 elementu EL są wyraźnie grubsze.

Następująca tabela przedstawia porównanie tradycyjnych elementów EL zgodnie z zaleceniami producenta Dupont i mniejszych grubości z modyfikowaną przezroczystą elektrodą według wynalazku.

	Zalecenie z elektrodą ITO	Ten sam element EL z elektrodą układu warstewek
Substancja oświetlająca	30-40 μιτι	23-25 μm
Dielektryk	20 μm	8-10 μm
Srebro	8 μm	6 μm
Warstewka izolacyjna drogą pasywacji	30 μm	brak
Ogółem	60 μm + pasywacja	Około 40 μm

Okazuje się, że z przezroczystą elektrodą powierzchniową według wynalazku zarówno warstewka oświetlająca we właściwym tego słowa znaczeniu, jak i inne warstewki elementu EL mogą być wykonywane w cieńszej postaci.

Zasilanie elementu EL w napięcie przemienne za pośrednictwem jego dwóch elektrod 2.1 i 5 jest pokazane symbolicznie strzałką oznaczoną literą U, a jego powierzchniowa emisja światła w przyłożonym przemiennym polu elektrycznym jest pokazana szeregiem strzałek, które przechodzą przez układ warstewek 2 i szybę 1 wychodząc z warstewki funkcyjnej 3.

Nad elementem EL albo drugą elektrodą powierzchniową 5 przewiduje się warstewkę klejącą 8, która rozciąga się aż do zewnętrznego brzegu szyby 1 i łączy powierzchniowo drugą sztywną szybę 9 z szybą 1 i z warstewkami nałożonymi na wierzchu. W warstewkę klejącą 8 jest wprowadzona także para przewodów 7. Warstewka klejącą stanowi szczelne umocowanie składników elementu EL w kierunku na zewnątrz. Zabezpiecza ona także układ warstewek 2, ponieważ jest połączona bezpośrednio klejem w niepowleczonej strefie brzegowej szyby 1 z powierzchnią tej ostatniej. Warstwę klejącą można wytwarzać z warstewki termoplastycznej, którą można topić, albo z przezroczystej masy, którą można wylewać, i która jest połączona w jedną całość w znany sposób w pośredniej przestrzeni wyznaczonej pomiędzy dwiema sztywnymi szybami 1 i 9, a na koniec utwardzona.

W wymienionej strefie brzegowej można przewidywać niepokazane tu i znane, jako takie nieprzezroczyste powleczenie obrzeża, utworzone z masy do druku sitowego, korzystnie wypalone, które może być także wykorzystywane do optycznego rozkładania łączenia za pomocą przewodu i ewentualnie

PL 201 619 B1 ścieżki przewodzącej 6. Ta powłoka brzegowa będzie rozciągać się korzystnie od zewnętrznego brzegu szyby w kierunku do wnętrza na taką odległość, aby jej koniec rozciągał się bezpośrednio pod zewnętrznym brzegiem warstewki oświetlającej 3, i może być umieszczona na albo pod brzegiem układu warstewek 2. Oznacza to, że powłoka powinna być nakładana albo przed albo po osadzeniu tego ostatniego. Kontrast w przejściu od nieprzezroczystej powłoki do powierzchni oświetlającej można uzyskać w danym przypadku w znany sposób poprzez gradację typu wprowadzania.

Jest oczywiste, że w widocznym polu oświetlającym elementu EL można przewidywać także pewne struktury albo podzespoły, jeżeli jest to pożądane. W sposób szczególnie prosty byłoby to możliwe drogą powiększenia wymienionej powłoki brzegowej, wykonując w czasie tej samej operacji w czasie jej nakładania pewien model na powierzchni szyby 1 (przed albo po osadzeniu układu warstewek 2).

Na fig. 2 przedstawiono szczegółowo wykonanie obszaru przyłączeniowego dla elementu EL, który nadaje się zwłaszcza do wprowadzenia do szyby warstwowej, co przedstawiono w widoku z góry na powleczoną powierzchnię szyby 1.

W praktyce przemysłowej obszar styku 10 jest osadzony w znany sposób na sztywnej szybie 1, o ile możliwe to na jej brzegu, w odróżnieniu od bardzo uproszczonego przedstawienia linii przewodowej z fig. 1, to jest obszar, na którym powierzchnie stykowe do łączenia na zewnątrz są pogrupowane w taki sposób, że znajdują się bardzo blisko siebie. W ten sposób uzyskuje się korzyść polegającą na jednoczesnym spawaniu, ewentualnie automatycznym, z odcinkami przewodów prowadzonych na zewnątrz. Przedstawienie takiego wielokrotnego obszaru przyłączeniowego można znaleźć na przykład w opisie patentowym DE-C2-195 36 131.

W celu uzyskania, w niniejszym przypadku zastosowania, wprowadzenia możliwie jednorodnego napięcia w przezroczystej elektrodzie powierzchniowej 2, ścieżka przewodząca 6 jest praktycznie prowadzona w postaci ramki dookoła całej powierzchni elementu EL. Ta ramka jest przerwana w strefie pewnego odcinka 6], ścieżki przewodzącej, w postaci połączenia z drugą powierzchniową elektrodą 2. Połączenie elektryczne pomiędzy tym odcinkiem 6) ścieżki przewodzącej i elektrodą powierzchniową 5 powinno oczywiście być ustalone również pod kątem możliwie jednorodnego wprowadzenia do tej powierzchni potencjału elektrycznego, przy czym jednak nie narzuca się tu żaden szczególny wymóg z powodu większej grubości elektrody powierzchniowej 5 w porównaniu z grubością przezroczystej elektrody 2 i mniejszej oporności powierzchniowej tej ostatniej.

W przykładzie wykonania odcinek 6' został po prostu wykonany jednocześnie z elektrodą powierzchniową 5 i ścieżką przewodzącą 6 techniką druku sitowego z masą przewodzącą elektryczność w czasie tej samej operacji. W celu uniknięcia zakłóceń strefa styczności 10, na której znajdują się spawalnicze punkty styku dla zewnętrznych przyłączy 7 (pokazanych tu tylko punktowo w postaci przewodników z płaskiej taśmy), jest wolna od powłoki 2 (albo początkowo w ogóle nie jest powleczona). W czasie łączenia tego przyłącza w jedną całość w szybie warstwowej w sposób analogiczny, jak przedstawiono na fig. 1, strefa pomiędzy dolną stroną przewodnika z płaskiej taśmy i powierzchnią szyby powinna być starannie umocowana, na przykład za pomocą kleju.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania wielowarstwowego elementu z przezroczystą elektrodą powierzchniową, elektroluminescencyjną warstewką oświetlającą i drugą elektrodą powierzchniową, przy czym dwie elektrody są wyposażone w przyłącza elektryczne do przykładania napięcia (U), znamienny tym, że sposób obejmuje następujące etapy:

   - w celu utworzenia przezroczystej elektrody powierzchniowej na podłoże (1) nakłada się układ (2) cienkich warstewek, który zawiera co najmniej jedną częściową metaliczną warstewkę przewodzącą elektrycznie (2.1) i kolejno częściową warstewkę dielektryczną (2.2), przy czym oporność powierzchniowa tej elektrody jest zawarta pomiędzy 4 i 6 ohmów/kwadrat

   - na układ cienkich warstewek (2) nakłada się po kolei, techniką druku sitowego, warstewkę oświetlającą EL (3) i co najmniej drugą elektrodę powierzchniową (5),

   - w celu połączenia ze źródłem napięcia dwie elektrody powierzchniowe (2.1, 5) łączy się odpowiednio z przyłączeniowym elementem elektrycznym (7).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy warstewką oświetlającą EL (3) i drugą elektrodą powierzchniową (5) drukuje się drugą warstewkę dielektryczną (4).

   PL 201 619 B1
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przezroczystą elektrodę powierzchniową (2) wytwarza się drogą nakładania układu cienkich warstewek, który może być silnie naprężony na poziomie termicznym, nadającego się zwłaszcza do temperatur wyginania i ewentualnie wstępnego naprężania szkła, co najmniej z jedną częściową metaliczną warstewką przewodzącą (2.1).
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że na częściowej powierzchni przezroczystej elektrody powierzchniowej (2) drukuje się ścieżkę przewodzącą (6) do łączenia przezroczystej elektrody powierzchniowej (2) ze źródłem napięcia.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ścieżkę przewodzącą (6) drukuje się w czasie tej samej operacji co i drugą elektrodę powierzchniową (5).
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 5, znamienny tym, że w strefie obszaru styczności (10) do ustalenia zewnętrznych przyłączy elektrycznych (7) dwóch elektrod (2, 5) układ cienkich warstewek (2) jest miejscowo wybrany, a zatem nie jest stosowany albo jest usuwany po nałożeniu na całą powierzchnię.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako częściową warstewkę dielektryczną (2.2) układu warstewek (2) nakłada się warstewkę pokrywającą z azotku krzemu.
8. 8. Sposób według zaostrz. 1 albo 2, znamienny tym, że układ warstewek jest wykonany w sposób następujący: podłoże - Si3N4 - ZnO - Ti/Ag/ - ZnO - Si3N4 - ZnO - Ti - Ag - ZnO - Si3N4.
9. 9. Sposób według zastrz, 1 albo 2, znamienny tym, że jako częściową warstewkę dielektryczną nakłada się warstewkę tlenku albo oksy-azotku.