DE69019318T2

DE69019318T2 - Elektrolumineszentes Lampenpaneel.

Info

Publication number: DE69019318T2
Application number: DE69019318T
Authority: DE
Inventors: Don A Arneson; Paul Krebaum; Maciej J Pike-Biegunski
Original assignee: Molex LLC
Current assignee: Molex LLC
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: EP0432930A2; EP0432930A3; JPH03190085A; EP0432930B1; JPH0766859B2; US5036249A; DE69019318D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf lumineszente Anzeigen und insbesondere auf ein elektrolumineszentes Lampenpaneel.

Hintergrund der Erfindung

Elektrolumineszente Lampenpaneele werden in einer großen Vielfalt von Anwendungen einschl. Kraftfahrzeuganzeigen wie Geschwindigkeitsmessern oder dgl, Schiffsnavigationssystemen mit zahlreichen Anzeigeskalen, Hintergrundbeleuchtung für Computeranwendungen und in zahlreichen anderen Umfeldern benutzt. Elektrolumineszente Lampenpaneele werden oft in Membran- oder Berührungsschalterpaneelen verwendet, bei denen ein elektrolumineszentes Lampenpaneel einem Schalterpaneel nebengeordnet ist, so daß eine Kombination eines Schalter-Lampen-Aufbaus gebildet ist, wie etwa in den US-Patenten Nr. 4 532 395 und 4 683 360.
Grundsätzlich umfaßt ein elektrolumineszentes Lampenpaneel eine von einer transparenten Elektrode beabstandete Basiselektrode zusammen mit einer dielektrischen Schicht und einer phosphoreszierenden Schicht zwischen den beiden Elektroden. Ein derartiges Basisglied wandelt Elektrizität in Licht um, wobei die Umwandlung innerhalb von Körnern bzw. Partikeln eines einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzten Phosphors stattfindet. Die Körner bzw. Kristalle "glühen", wenn sie durch das elektrische Paneel erregt werden. Das Licht verläßt das Paneel durch die transparente Elektrode nahe der Front des Paneeles.
Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung elektrolumineszenter Lampenpaneele in solchen Umfeldern wie Kraftfahrzeug-, Seefahrt- und dgl. Anwendungen ist das Eindringen von Feuchtigkeit in das Paneel, insbesondere von dessen Rückseite. Durch ein derartiges Eindringen von Feuchtigkeit wird die Lebensdauer des Paneels stark herabgesetzt.
Ein anderes Problem, das die Lebensdauer des Paneels beeinträchtigt, ist die Lebensdauer der Phosphorpartikel selbst. Bei der Alterung der Phosphorkörner wandern metallische Dotierungsmittel, wie etwa Kupfer, im Phosphor zur Oberfläche der Körner, was ein Dunkelwerden des Phosphors hervorruft.
Noch weitere Probleme bei elektrolumineszenten Lampenpaneelen drehen sich um verschiedenartige Kurzschlußanfälligkeiten.
US-A-4 767 679 beschreibt ein elektrolumineszentes Lampen-(EL)-Paneel aus dünner Folie mit zumindest einer transparenten Elektrode, einer lumineszenten EL-Schicht, einer Isolierschicht und einer Gegenelektrode, die auf ein transparentes Isolierungssubstrat laminiert ist, wobei die von dünner Folie gebildete Seite des Substrats von einer feuchtigkeitsdichten Folie mit einem zwischen sie zwischengebrachten thermoplastischen Harz abgedichtet ist.
EP-A-0 314 507 beschreibt eine Phosphorpaste, die zur Bildung einer lumineszenten Schicht eines dispersionsartigen elektrolumineszenten Elements geeignet ist, das eine lumineszente Schicht und eine zwischen einer transparenten Elektrode und einer Rückelektrode angeordnete Isolierschicht umfaßt, wobei die lumineszente Schicht und die Isolatorschicht dadurch erzeugt worden sind, daß eine Schicht gebildet wird, die eine hohe dielektrische Konstante bei Verfestigung aus einer hochdielektrischen Paste besitzt, darauf eine Phosphorpaste zur Bildung einer Phosphorpastenschicht aufgebracht wird und die Schichten mit Strahlung verfestigt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein neues und verbessertes elektrolumineszentes Lampenpaneel gerichtet, das die obigen Probleme löst und das eine bislang nicht verfügbare verlängerte Lebensdauer besitzt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes elektrolumineszentes Lampenpaneel der beschriebenen Art zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung besteht in dem, was in den Ansprüchen beansprucht ist.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein elektrolumineszentes Lampenpaneel gezeigt, das die Basiskomponenten einer transparenten und einer Basiselektrode in geschichteter bzw. Folienform mit zwischen ihnen in Sandwichform angeordneter dielektrischer und phosphoreszenter Schicht aufweist. üblicherweise sind eine vordere Basisschicht und eine hintere Isolierschicht vorgesehen, etwa aus Polyesterwerkstoff.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Feuchtigkeitssperrschicht auf der Rückseite des Paneels hinter der Isolierschicht. Die Feuchtigkeitssperrschicht kann aus Metallwerkstoff, vorzugsweise einer Metallfolie, wie etwa Aluminium, bestehen. Es wurde gefunden, daß diese unabhängige Feuchtigkeitssperrschicht die Lebensdauer des Paneels verbessert, indem das Eindringen von Feuchtigkeit in das Paneel von dessen Rückseite her verhindert wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrolumineszenten Lampenpaneels, das eine transparente und eine Basiselektrode mit einer dazwischen befindlichen phosphoreszierenden Schicht aufweist, umfaßt die Schritte, daß Phosphorpartikel zur Vergrößerung ihres Oberflächenbereichs geätzt werden,
die geätzten Partikel mit einem Harz verbunden werden und die phosphoreszierende Schicht gebildet wird und
die phosphoreszierende Schicht in das Paneel zwischen die transparente und die Basiselektrode gesetzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 in Explosivdarstellung eine perspektivische Ansicht verschiedener Bauteile eines planen Kraftfahrzeuggeschwindigkeitsmessers mit dem elektrolumineszenten Lampenpaneel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schichten, die ein elektrolumineszentes Lampenpaneel nach dem Stand der Technik bilden,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Schichten eines weiteren elektrolumineszenten Lampenpaneels nach dem Stand der Technik,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schichten des elektrolumineszenten Lampenpaneels nach der Erfindung, im allgemeinen nach der Linie 4-4 der Fig. 1,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus dem elektrolumineszenten Lampenpaneel nach der Erfindung zur besseren Veranschaulichung seiner verschiedenen Schichten und
Fig. 6 eine Draufsicht auf das elektrolumineszente Lampenpaneel unter Veranschaulichung der Gestalt der Basiselektrode.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es sei nun im einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen, und zwar zunächst auf Fig. 1, in der ein Anwendungsfall des elektrolumineszenten Lampenpaneels nach der Erfindung dargestellt ist. Im einzelnen ist das Paneel als Verwendung in einem Automobilgeschwindigkeitsmesser mit einem starren hinteren Rahmenaufbau veranschaulicht, der allgemein mit 10 bezeichnet ist und eine flache bzw. im allgemeinen ebene Rahmenplatte 12 aufweist, an der ein allgemein mit 14 bezeichnetes elektrolumineszentes Lampenpaneel durch einen geeigneten Klebstoff befestigt ist. Eine vordere Platte des Geschwindigkeitsmessers ist allgemein bei 16 gezeigt. Die vordere Platte ist undurchsichtig, mit Ausnahme verschiedener Fensterformen wie etwa Linienindikatoren 18, Meile-Pro-Stunde-Zahlenanzeigen 20 und ähnlicher Kilometer- Pro-Stunde-Anzeigen 22. Die durch die Indikatoren bzw. Anzeigen 18, 20, 22 dargestellten Fenster ermöglichen es, daß vom elektrolumineszenten Lampenpaneel 14 ausstrahlendes Licht durch das vordere undurchsichtige Paneel 16 nur an ausgewählten Stellen durchtritt. Mit anderen Worten, das "Glühlicht" vom Lampenpaneel tritt durch die Geschwindigkeitsanzeigefenster hindurch, wie es auf diesem Fachgebiet allgemein bekannt ist.
Die Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Schichten einer herkömmlichen elektrolumineszenten Lampe nach dem Stand der Technik. Grundsätzlich umfaßt ein solcher Aufbau eine transparente Elektrodenschicht 30a und eine Basiselektrodenschicht 30b mit einer phosphoreszierenden Schicht 30c und einer dielektrischen Schicht 30d, die zwischen ihnen angeordnet sind. Die Basiselektrode 30b ist eine von einem selektiven Silberniederschlag gebildete Schaltung, und die phosphoreszierende Schicht 30c ist eine Phosphorbeschichtung einer Zusammensetzung eines organischen Harzes mit eingestreuten elektrolumineszenten Kristallen. In herkömmlicher Weise sind eine vordere Basisschicht 30e und eine hintere Isolierungsschicht 30f, üblicherweise aus Polyesterwerkstoff, vorgesehen. Wie bekannt ist, wird, wenn die Phosphorkörner in der phosphoreszierenden Schicht 30c einem elektrischen Wechselfeld von der Basiselektrode 30b und der transparenten Elektrode 30a ausgesetzt werden, die Energie des elektrischen Feldes in Energie des emittierten Lichtes umgewandelt, das von den Phosphorpartikeln ausstrahlt.
Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Schichtenaufbaus nach dem Stand der Technik, bei dem, wie bei dem Schichtenaufbau gemäß Fig. 2, das elektrolumineszente Lampenpaneel eine transparente Elektrode 40a und eine Basiselektrode 40b mit einer phosphoreszierenden Schicht 40c und einer dielektrischen Schicht 40d aufweist, die zwischen ihnen angeordnet sind. Bei diesem Aufbau besitzt die Vorderseite des Paneels eine Aclar-Basisschicht 40e mit einer Polyesterschicht 40e'. "Aclar" ist eine Handelsmarke der Allied Chemical Corporation für Polychlortrifluorethylen. Zusätzlich weist der Aufbau nach Fig. 3 eine hintere Aclar-Isolierungsschicht 40f auf. Die Vorder- -und die Hinterschicht aus Aclar dienen als Feuchtigkeitssperren. Jedoch ist die Verwendung derartiger Schichten ein sehr aufwendiges Mittel zur Verwendung in einem elektrolumineszenten Lampenpaneel.
Die Fig. 4 veranschaulicht schematisch den Schichtenaufbau des elektrolumineszenten Paneels 14 nach der Erfindung. In einem allgemeinen Sinn ist das Paneel insofern ähnlich dem Stand der Technik, als es eine transparente Elektrode 50a und eine Basiselektrode 50b mit einer phosphoreszierenden Schicht 50c und einer dielektrischen Schicht 50d, die zwischen ihnen angeordnet sind, umfaßt, zusammen mit einer vorderen Basisschicht 50e und einer hinteren Isolierschicht 50f, wobei die vorderen Basisschicht und die hintere Isolierschicht aus Polyester oder dgl. Material bestehen. Jedoch sieht die Erfindung die Hinzufügung einer gesonderten bzw. unabhängigen Feuchtigkeitssperrschicht 50g auf der Rückseite des Paneels hinter der Isolierschicht 50f vor. Diese Feuchtigkeitssperrschicht besteht vorzugsweise aus einem sehr preiswerten Material wie einer Aluminiumfolie. Eine derartige Schicht ist sehr wirksam bei der Verhinderung, daß Feuchtigkeit in den geschichteten Paneelaufbau von dessen Rückseite einsickert bzw. eindringt.
Wie mehr im einzelnen im folgenden beschrieben wird, ist auch eine transparente Isoliersperrschicht 50h zwischen der transparenten Elektrode 50a und der phosphoreszierenden Schicht 50c z.B. aus einer polymeren dielektrischen Beschichtung vorgesehen.
Die Fig. 5 zeigt in einem stark vergrößerten Maßstab, daß die phosphoreszierende Schicht 50c effektiv Phosphorpartikel bzw. -körner 60 enthält, die in ein Harz 62 eingestreut sind. Diese Zusammensetzung wird, wie bekannt ist, in Beschichtungsform aufgetragen und ist praktisch wie eine lumineszente "Tinte" aus Harz und Phosphorkörnern. Die Phosphorkörner selbst haben eine entsprechende aktive Lebensdauer. Ein größeres Korn mit einem größeren Oberflächenbereich hat eine längere Lebensdauer als ein kleineres Korn mit einem kleineren Oberflächenbereich. Die Erfindung sieht eine verbesserte Phosphorbeschichtung vor, bei der die Körner 60 zuerst geätzt werden, um ihre Oberflächenbereiche zu vergrößern und dadurch ihre Lebensdauer zu erhöhen. Dieses muß langsam erfolgen, damit die Phosphorkristalle nicht angegriffen werden. Ein Schlechterwerden oder Zerbrechen der Kristalle würde die Illumineszenz verringern. Daher werden die Phosphorkörner langsam in einem milden Phosphor-Essigsäurengemisch geätzt, bevor die Körner mit dem Harz 62 gemischt werden. Dieser Ätzvorgang macht die Oberflächen der Körner unregelmäßig (wie in Fig. 5 übertrieben dargestellt), um den Oberflächenbereich jedes einzelnen Korns zu vergrößern. Wie angegeben, verlängert dies die Lebensdauer der Phosphorpartikel, zusammen mit der unten beschriebenen verbesserten Reinigungswirkung des Ionenaustauschharzes (Binders).
Ein weiteres Problem bei phosphoreszierenden Schichten bzw. Aufträgen besteht darin, daß, bei der Alterung der Phosphorkörner, metallische Dotierungsmittel, wie Kupfer, im Phosphor zur Oberfläche der Körner wandern und ein Dunkelwerden des Phosphors hervorrufen und dadurch ein Auswechseln des elektrolumineszenten Lampenpaneels erfordern. Speziell erfahren Dotierungsmittel wie Kupfer, wenn sie zur Oberfläche der Körner wandern, eine Oxidation, die Kupferoxid und Kupfersulfid erzeugt, was die äußere Oberfläche der Körner verdunkelt. Die Erfindung sieht die Verwendung eines aktiven Harzes 62 in der phosphoreszierenden Schicht 50c vor, das ein Polymer der Art eines Reinigungs- bzw. Ionenaustauschharzes ist, welches ein Dunkelwerden des Phosphors verhindert. Das Reinigungsharz entfernt die oxidierten Dotierungsmittel von der Oberfläche der Körner und erhöht die Lebensdauer des Paneels um das Dreifache der bisherigen. Das speziell vorgesehene Harz kommt aus der chemischen Gruppe der Styrolharze und wirkt als ein aktives Harz mit Ionenaustauscheigenschaften zur Entfernung von Dotierungsmitteln wie Kupfer von der Oberfläche der Phosphorkörner, wodurch die Transparenz und Lebensdauer der Paneelzusammensetzung verbessert werden. Mit anderen Worten verwendeten phosphoreszierende Schichten in elektrolumineszenten Lampenpaneelen bislang inaktive Harze, die einfach nur als Matrix bzw. Binder für die Phosphorpartikel wirkten.
Wie oben festgestellt, umfaßt das elektrolumineszente Lampenpaneel 14 nach der Erfindung auch eine transparente Isoliersperrschicht 50h zwischen der transparenten Elektrode 50a und der phosphoreszierenden Schicht 50c. Diese Isoliersperrschicht kann eine polymere dielektrische Beschichtung sein. Die Schicht verbessert die Haftung im zusammengesetzten Schichtenaufbau und trägt zur Verhinderung von Kurzschlüssen bei.
Schließlich zeigt Fig. 6 die Gestalt der Basiselektrode 50b, die eine Schaltung vom Typ eines selektiven Silberniederschlags ist und eine Zuleitung 50b' aufweist, die entlang einem Schenkelbereich 64 des Paneels zu einem äußeren Rand 66 des Schenkels zur Verbindung mit einer geeigneten elektrischen Stromquelle verläuft. Eine im wesentlichen halbkreisförmige Sammelschiene 66 umgibt die Elektrode 50b und hat ihre eigene Zuleitung 68 entlang dem Schenkel 64. Die Erfindung sieht vor, daß diese Sammelschiene gleichzeitig mit der Elektrode 50b gedruckt wird, um einen unabhängigen Druckvorgang zu vermeiden. Bislang wurden die Paneele nach dem Stand der Technik durch Siebdrucken der Sammelschiene im Schichtenaufbau in einem getrennten Schritt hergestellt.

Claims

1. Elektrolumineszentes Lampenpaneel, bestehend aus

einer vorderen Basisschicht (50e),

einer transparenten Elektrode (50a) hinter der vorderen Basisschicht (50e),

einer transparenten Isoliersperrschicht (50h) hinter der transparenten Elektrode (50a),

einer phosphoreszierenden Schicht (50c) hinter der Sperrschicht (50h),

einer dielektrischen Schicht (50d) hinter der phosphoreszierenden Schicht (30c,50c),

einer Basiselektrode (50b) hinter den dielektrischen Schichten,

einer Isolierschicht (50f) hinter der Basiselektrode (50b) und

einer Feuchtigkeitssperrschicht (50g) auf der Rückseite des Paneels hinter der Isolierschicht (50f), wobei die phosphoreszierende Schicht (50c) Phosphorpartikel (60) mit geätzten Oberflächen zur Erhöhung ihres Oberflächenbereichs aufweist und die Phosphorpartikel in ein aktives Harz (62) mit Reinigungseigenschaften zur Entfernung von Dotierungsmitteln von der Oberfläche der Körner eingestreut sind.

2. Elektrolumineszentes Lampenpaneel nach Anspruch 1, bei dem die Feuchtigkeitssperrschicht (509) aus Aluminiumfolienmaterial besteht.

3. Elektrolumineszentes Lampenpaneel nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem die Isoliersperrschicht (50h) eine polymere dielektrische Beschichtung umfaßt.

4. Elektrolumineszentes Lampenpaneel nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem das Harz (62) ein synthetisches Polymerharz ist.

5. Elektrolumineszentes Lampenpaneel nach Anspruch 4, bei dem das Harz (62) ein Ionenaustauschstyrolharz ist.

6. Elektrolumineszentes Lampenpaneel nach Anspruch 1, bei dem die Basiselektrode (50b) im Paneel gleichzeitig mit einer Sammelschiene für die transparente Elektrode (50a) gedruckt ist.

7. Elektrolumineszentes Paneel nach Anspruch 1, bei dem die Phosphorpartikel (60) in einer Säurelösung geätzt sind.

8. Elektrolumineszentes Paneel nach Anspruch 7, bei dem die Säurelösung eine Essigsäurelösung ist.

9. Elektrolumineszentes Lampenpaneel nach einem beliebigen vorhergesehenden Anspruch, bei dem die vordere Basisschicht (50e) aus Polyesterwerkstoff besteht.

10. Beleuchtete Kraftfahrzeuginstrumentenanzeige, bestehend aus

einem starren rückseitigen Rahmenaufbau (10) mit einer im allgemeinen ebenen Rahmenplatte (12),

einem an der Platte (12) befestigten elektrolumineszenten Lampenpaneel (14), wobei das Paneel (14) nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch ausgeführt ist, und

einer im allgemeinen undurchsichtigen Platte (16) mit lichtdurchlässigen Fenstern (18 bis 22) an vorbestimmten Stellen, die vor dem Lampenpaneel (14) angeordnet sind.