DE19825435A1 - Elektrolumineszenz-Anordnung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Elektrolumineszenz-Anordnung mit einer auf einen Träger aufgebrachten dotierten ZnS-Schicht, mindestens einer Dielektrikums-Schicht und zwei Elektrodenschichten vorgeschlagen, wobei an die Elektrodenschichten eine Wechselspannung anlegbar ist. Die ZnS-Schicht (5) wird aus mikroverkapselten, durch ein Bindemittel gebundenen Leuchtstoffkörpern gebildet, wobei die transparente Mikroverkapselung das ZnS-Kristallit mit Dotieratomen einschließt. Die Leuchtstoffkörner der ZnS-Schicht sind in ihrer Korngröße selektiert. Die Elektrolumineszenz-Anordnung kann als Folie oder als Schnur ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenz-Anord­ nung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Grundidee einer dünnen Festkörperschicht, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung Licht emit­ tiert, ist schon seit langem bekannt. Für die Fest­ körperschicht werden kleine ZnS-Kristallite verwen­ det, die in eine dielektrische Paste eingebettet und beidseitig mit Elektroden belegt sind.

Diese Grundidee wird im Stand der Technik in einer Elektrolumineszenz-Folie realisiert, bei der auf eine Trägerfolie eine dotierte ZnS-Pulverschicht im Sieb­ druckverfahren aufgebracht wird, wobei eine Elektrode und vorzugsweise eine Dielektrikumsschicht beidseitig der ZnS-Pulverschicht vorgesehen sind. Bei Anlegung einer Wechselspannung, das heißt von hohen elektri­ schen Feldern, werden Elektronen vom Leitungs- ins Valenzband angeregt. Die Rekombination dieser ange­ regten Elektroden erfolgt unter Aussendung von Licht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elek­ trolumineszenz-Anordnung zu schaffen, mit der höhere Leuchtdichten als im Stand der Technik zur Verfügung gestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß die Leuchtstoffpartikel, die aus in ei­ ner Mikroverkapselung eingeschlossenen dotierten ZnS- Kristallite bestehen, in ihrer Korngröße selektiert werden, wobei selektierte Leuchtstoffpartikel einer Größe für die Leuchtschicht verwendet werden, können die Vorteile und Nachteile der homogenisierten Korn­ größen jeweils bei der Wahl des Anwendungszweckes berücksichtigt werden. So können beispielsweise bei einer kleinen Leuchtstoffkorngröße, zum Beispiel von ca. 5 µm, dünne und gleichmäßige Schichten erzielt werden und aufgrund der erhöhten Oberfläche der Pho­ tonen kann eine bessere Abstrahlung erfolgen. Der Nachteil ist jedoch, daß der Einfluß der transparen­ ten Mikroverkapselung größer wird, da der Anteil an "Mikroverkapselung" wächst, wodurch die Leuchtdichte verringert wird. Die Leuchtdichte ist auch dadurch geringer, daß die Dotierung geringer ist, da kleinere Kristallite schwieriger zu dotieren sind.

Größere Leuchtstoffpartikel, zum Beispiel mit einer Größe von ca. 50 µm, weisen den Vorteil einer höheren Leuchtdichte aufgrund höherer Dotierung auf, wobei die Leuchtdichte durch die Mikroverkapselung, die eine Dicke von ca. 1 µm aufweist, weniger beeinflußt wird. Hier besteht jedoch der Nachteil, daß größere Schichtdicken geliefert werden, die auch größere Un­ regelmäßigkeiten in der Dicke aufweisen. Weiterhin werden die Photonen, die im Inneren des Kristallits entstehen, auf ihrem Weg nach außen zum Beispiel durch Stöße absorbiert und tragen nicht zum Leuchten bei.

Bei Kenntnis der Vor- und Nachteile kann jedoch eine gute Anpassung an den jeweiligen Zweck erzielt wer­ den.

Die Erfindung kann in Form einer Elektrolumineszenz- Folie oder einer Elektrolumineszenz-Schnur realisiert werden.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Elek­ trolumineszenz-Folie nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung von Leuchtstoffkörnern unterschiedlicher Größe,

Fig. 3 einen Aufbau einer Elektrolumineszenz- Folie nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel, und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Elektrolumi­ neszenz-Schnur gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Elektrolumineszenz-Folie 1 besteht aus einem Schichtsystem, das eine erste fle­ xible Polyesterfolie 2, eine reflektierende Elektrode 3, eine erste Dielektrikums-Schicht 4, eine Schicht aus dotiertem ZnS-Pulver in Binder, eine zweite Die­ lektrikums-Schicht 6, eine transparente Elektroden­ schicht 7 und eine zweite flexible Polyesterfolie 8.

Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird die Elektrode 3, die beispielsweise aus Aluminium be­ steht, auf einer Polyesterschicht 2 abgeschieden, worauf die Dielektrikums-Schicht 4 aufgebracht wird. Als Material für das Dielektrikum wird beispielsweise Bariumtitanat verwendet. Das dotierte ZnS-Pulver für die Leuchtschicht 5 wird im Siebdruckverfahren auf die Dielektrikums-Schicht 4 aufgebracht, wobei ein Binder zum Aufdruck verwendet wird. Das ZnS-Pulver besteht aus hinsichtlich ihrer Größe selektierten Leuchtstoffpartikeln, derart, daß das ZnS-Pulver im wesentlichen aus Leuchtstoffkörnern gleicher Größe besteht, wobei selbstverständlich Toleranzen zugelas­ sen sind. Für eine Homogenisierung des Pulvers ist beispielsweise für größere Leuchtstoffkörner eine Größe von ca. 50 µm mit einer Abweichung von kleiner 20% und für kleine Leuchtstoffkörner eine Größe von ca. 5 µm mit entsprechender Toleranz 20% denkbar.

Nach dem Abdampfen und Trocknen des Binders wird ent­ sprechend der ersten Dielektrikums-Schicht die zweite Dielektrikums-Schicht 6 aufgebracht und die transpa­ rente Elektrode abgeschieden, wobei diese zum Bei­ spiel aus Indiumtitanoxid besteht. Zur Steigerung der Leuchtdichte und Lebensdauer können jedoch auch inerte metallische Elektroden verwendet werden. Abschlie­ ßend wird die zweite flexible Polyesterfolie aufge­ bracht.

An die Elektroden 3 und 7 wird eine gesteuerte Wech­ selspannung 9 angelegt, wodurch die dotierten ZnS- Festkörperteilchen angeregt werden und Licht 10 abge­ strahlt wird. Die angelegte Wechselspannung und die Frequenz werden entsprechend der Schichtdicken der Leuchtschicht gewählt. Aufgrund der gleichmäßigen Verteilung der Leuchtstoffpartikel in der Leucht­ schicht 5 wird eine homogene Feldverteilung erzeugt, die eine lange Lebensdauer ermöglicht.

In Fig. 2 sind schematisch Leuchtstoffpartikel unter­ schiedlicher Größe dargestellt, die jeweils die oben angegebenen Vor- und Nachteile aufweisen. Das ZnS- Kristallit 11 ist jeweils von einer transparenten Mikroverkapselung 12 umgeben, wodurch der Leuchtstoff langfristig gegen Feuchtigkeit geschützt wird. Die Dotieratome 13, die beispielsweise Ausscheidungen von Cu, Mn oder dergleichen sind, weisen eine etwa inho­ mogene Verteilung auf, angestrebt ist jedoch eine kontrollierte gleichmäßige Dotierung, wodurch nicht­ strahlende Rekombinationsprozesse reduziert werden und die Leuchtdichte erhöht wird.

Die Folien können äußerst dünn zum Beispiel zwischen 0,2 bis 0,8 mm hergestellt werden und sind universell einsetzbar. Die Farbe des emittierten Lichts 10 kann durch unterschiedliche Dotierungen des ZnS variiert werden.

Ein ähnlicher Schichtaufbau wie in Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt, wobei hier bei der Herstellung und dem Aufbau der Elektrolumineszenz-Folie 1 von einer Me­ tallfolie 21 ausgegangen wird. Im Ausführungsbeispiel wird eine Aluminiumfolie verwendet, auf die eine die­ lektrische Schicht 22 zum Beispiel aus Bariumtitanat aufgebracht, zum Beispiel aufgedruckt wird. Über die­ se Schicht 22 wird die eigentliche Leuchtpigment­ schicht (ZnS-Schicht) 24 gedruckt. Auf diese Anord­ nung wird eine weitere Schicht 25 aufgebracht, die zum einen transparent ist und zum anderen eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt (z. B. ITO) und als Elektrodenschicht dient. Auf die Elektrodenschicht 25 werden mit Abstand zueinander dünne Drähte 26 vor­ zugsweise mit einem Durchmesser von kleiner als 0,5 mm gelegt, die für eine möglichst gleichmäßige Feldverteilung über die gesamte Fläche sorgen. An der Rückseite der Metallfolie 21 und an der Oberseite der dünnen Drähte 26 werden Kontaktstreifen 27, 28 ange­ bracht, die mit der die Elektrolumineszenz-Folie an­ steuernden Steuereinrichtung verbunden werden. An­ stelle der Metalldrähte kann ein elektrisch leitendes Netz, Geflecht oder dergleichen verwendet werden.

Der Schichtaufbau kann weiterhin mit einer lichtkon­ vertierenden Folie 29 versehen werden, die die von der Leuchtschicht erzeugte Strahlung in Licht mit der gewünschten Farbe umwandelt. Diese lichtkonvertieren­ de Folie 29 kann entfallen, wenn keine Änderung der von der Leuchtschicht 24 erzeugten Lichtfarbe ge­ wünscht wird oder wenn der Leuchtschicht schon die Farbpigmente entsprechend der gewünschten Lichtfarbe zugemischt werden.

Auch kann eine transluzente, opake z. B. weiße Schicht, vorzugsweise auf die Elektrodenschicht an­ stelle der lichtkonvertierenden Folie vorgesehen sein, durch die bei nicht leuchtender Anordnung die darunterliegenden Schichten nicht zu sehen sind.

Um den gesamten Schichtaufbau gegen Umwelteinflüsse zu schützen, kann dieser mit einer oder mehreren Fo­ lien versehen werden, zum Beispiel in eine Poly­ esterfolie einlaminiert werden.

Die einzelnen Schichten des Schichtaufbaus können als Einzelfolien hergestellt werden, die zu der oben be­ schriebenen Elektrolumineszenz-Folie miteinander la­ miniert werden.

In Fig. 4 ist als weitere Elektrolumineszenz-Anord­ nung ein als Leuchtschnur ausgebildeter Schichtaufbau dargestellt. Die Leuchtschnur besteht aus einem Me­ talldraht 31 oder einem Metallgeflecht vorzugsweise Kupfer, der als Elektrode und auch als "Träger" dient. Auf den Metalldraht 31 ist eine als Dielektri­ kum ausgeführte Haftbeschichtung 32 aufgebracht, auf die wiederum eine ZnS-Leuchtschicht 33 mittels eines Binders aufgebracht ist, wobei die Haftung durch die Haftbeschichtung verbessert wird. Auf der Leucht­ schicht 33 ist eine durchsichtige leitende Schicht 34 (z. B. ITO) angeordnet, die von dünnen Drähten 35 vor­ zugsweise in Längsrichtung durchzogen ist, die ge­ meinsam die zweite Elektrode darstellen. Darauf kann eine Schutzfolie mit Farbpigmenten zur Farbkonvertie­ rung und ein durchsichtiger Kunststoffmantel 37 auf­ gebracht werden. Der Metalldraht 31 und die Drähte 35 sind mit einer Spannungsquelle zu verbinden.

Claims (13)

1. Elektrolumineszenz-Anordnung mit einer auf einen Träger aufgebrachten dotierten ZnS-Schicht, min­ destens einer Dielektrikums-Schicht und zwei Elektrodenschichten, wobei an die Elekroden­ schichten eine Wechselspannung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ZnS-Schicht (5) aus mikroverkapselten, durch ein Bindemittel gebundenen Leuchtstoffkör­ nern gebildet wird, wobei die transparente Mi­ kroverkapselung das ZnS-Kristallit mit Dotier­ atomen einschließt, und daß die Leuchtstoffkör­ ner der ZnS-Schicht in ihrer Korngröße selek­ tiert sind.

2. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schichtsystem bestehend aus einer ersten flexiblen Polyester­ folie (2), einer reflektierenden Elektrode (3), dem ersten Dielektrum (4), der die Leuchtstoff­ körner von im wesentlichen gleicher Größe auf­ weisenden Leuchtschicht (5), dem zweiten Dielek­ trikum (6), einer transparenten Elektrode (7) und einer zweiten flexiblen Polyesterfolie (8) vorgesehen ist.

3. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leucht­ stoffkörner gleichmäßig verteilt sind.

4. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffkörner kontrolliert und gleichmäßig mit Dotieratomen, wie Ausscheidungen von Cu, Mn oder dergleichen, dotiert sind.

5. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektierten Korngrößen zwischen 50 µm und 5 µm liegen und daß die Korngröße der Leuchtschicht mit einer Toleranz von kleiner als 20% selek­ tiert ist.

6. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der An­ sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schichtsystem aufeinanderfolgend mit einem Me­ tallträger (21, 31), einer Dielektrikumsschicht (22, 32), der ZnS-Schicht (24, 33), einer trans­ parenten leitfähigen Schicht (25) als Elektrode und auf diese auf- bzw. in diese eingebrachten dünnen Drähten (26, 35), leitenden Netzen oder Geflechten vorgesehen ist.

7. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auf die transparente leitfähige Schicht (25) eine Farb­ pigmentschicht (29, 36) zur Konvertierung der Lichtfarbe vorgesehen ist.

8. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abdeckschicht (30,37) zum Schutz gegen äu­ ßere Einflüsse vorgesehen ist.

9. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (21) eine Metallfolie, ein Metalldraht oder ein Metallge­ flecht ist, auf die das Schichtsystem aufgebaut ist.

10. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem als Folie ausgebildet ist.

11. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem als Schnur ausgebildet ist.

12. Elektrolumineszenz-Anordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne transluzente opake Schicht vorzugs­ weise auf der transparenten leitenden Schicht vorgesehen ist.

13. Elektrolumineszenz-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten des Schichtsystems als einzelne Folien ausgebildet sind, die durch Laminierung mitein­ ander verbunden sind.