DE10255199A1

DE10255199A1 - Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtelements mit einer transparenten Flächenelektrode und einem Elektrolumineszenz-Leuchtelement

Info

Publication number: DE10255199A1
Application number: DE10255199A
Authority: DE
Inventors: Helmut Maeuser
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2003-07-10

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtelements mit einer transparenten Flächenelektrode (2), einer Elektrolumineszenz-Leuchtschicht (3) und einer zweiten Flächenelektrode (5) ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: DOLLAR A - auf ein Substrat (1) wird zum Bilden der transparenten Flächenelektrode ein Dünnschichtsystem (2) aufgebracht, das zumindest eine elektrisch leitfähige Teilschicht (2.1) und eine darauf folgende dielektrische Teilschicht (2.2) umfasst; DOLLAR A - auf das Dünnschichtsystem (2) werden durch Siebdrucken nacheinander eine EL-Leuchtschicht (3) und zumindest die zweite Flächenelektrode (5) aufgebracht; DOLLAR A - die beiden Flächenelektroden (2.1, 5) werden jeweils mit einem elektrischen Anschlusselement (7) zum Verbinden mit der Spannungsquelle verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtelements mit einer transparenten Flächenelektrode und einem Elektrolumineszenz-Leuchtelement (EL-Element) mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Unter Mehrschichtelement wird hier eine Einheit aus einem Trägersubstrat und dem in sich aus mehreren Schichten bestehenden, auf das Trägersubstrat aufgebrachten, auflaminierten oder aufgedruckten EL-Element verstanden.
Zum Erzielen einer möglichst hohen Leuchtstärke des EL-Elements wird eine für das von ihm abgestrahlte sichtbare Licht möglichst hoch durchlässige Flächenelektrode benötigt. Letztere wird grundsätzlich zu den Schichten des Funktionselements gerechnet und bildet meist die Grenzfläche zwischen dem Trägersubstrat und dem Funktionselement.
Als Trägersubstrat sind für das abgestrahlte sichtbare Licht hoch durchlässige Materialien, z. B. Glas, Kunststoffscheiben (z. B. Polycarbonat) und Kunststofffolien (PET-Polyethylen-Terephthalat) geeignet. Werden Kunststofffolien als eigentliches Trägersubstrat verwendet, so können diese nach dem Aufbau des EL-Elements problemlos mit starren Substraten laminiert werden.
Auf das auf seinem Trägersubstrat aufgebaute EL-Element können zum Bilden eines Verbundelements noch mindestens eine Klebe-Zwischenschicht und eine weitere (starre) Abdeckschicht folgen. Es ist zwar nicht zwingend erforderlich, das EL-Element zwischen zwei starren Scheiben einer Verbundscheibe einzubetten, aber man wird diese Anordnung im Hinblick auf die recht hohe Speisespannung aus Sicherheitsgründen vorziehen. Das Einbetten in einen Scheibenverbund sichert das EL-Element ferner gegen mechanische Einwirkungen sowie gegen Eindringen von Feuchte und Verschmutzungen, die zu Störungen führen könnten. Ist nur zu einer Seite hin Transparenz bzw. Lichtemission gefordert, so können natürlich auf der anderen Seite auch nicht transparente starre Scheiben gleich welchen Materials eingesetzt werden.
Die grundsätzlichen Prinzipien der Elektrolumineszenz sind seit langem bekannt. Eine ausführliche Dokumentation dieser Technologie nebst Anwendungsbeispielen, Materialbeschreibungen und erzeugbaren Lichtfarben steht unter der Internet-Adresse "http:/ / www.dupont.com/mcm/luxprint/about.html" (Stand: November 2002) zur Verfügung, so dass auf Einzelheiten hier nicht mehr eingegangen werden muss.
EL-Elemente werden demnach meistens durch Siebdrucken erzeugt. Hierzu kann man das Substrat zuerst mit der transparenten Elektrode beschichten (vorzugsweise durch Sputtern), auf die die Leuchtfunktionsschicht aufgetragen wird. Hierauf folgt die dielektrische Schicht, z. B. aus Bariumtitanat, das eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante hat, und dann die zweite Elektrode, die nicht transparent sein muss. Sie besteht aus einem elektrisch gut leitenden Metall, wie vorzugsweise Silber.
Die Lichtemission eines EL-Elements setzt ein, sobald sich die Funktionsschicht in einem zwischen den beiden Elektroden aufgebauten elektrischen (Wechsel-)Feld befindet. Wo genau die dielektrische Trennung der Elektroden liegt, ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Allerdings muss sichergestellt bleiben, dass an keiner Stelle Durchschläge auftreten, weil diese sofort zu einer lokalen, sich später ausbreitenden Zerstörung der Funktionsschicht führen können.
Die elektrische Feldstärke in einem gedruckten Dickschicht-EL-Element kann in der Größenordnung von einigen 106 V/m liegen. Bei zu schwacher Isolation kann es zu Durchschlägen kommen, die sich in Form von schwarzen Punkten oder Flecken zeigen. In der Praxis verwendet man z. B. UV-aushärtende, siebdruckfähige Lacke als zusätzliche Isolation bzw. dielektrische Schicht.
Aus EP-A1-0 267 331 ist eine Verbundscheibe für Fahrzeuge mit einem in die Verbund- Klebeschicht eingebetteten Zeichen bekannt, das durch ein EL-Element dargestellt oder hinterleuchtbar ist. Die erforderlichen elektrischen Zuleitungen sind praktisch unsichtbar durch dünne, transparente metallische oder oxidische Leiterbahnen oder -schichten innerhalb des Verbundes dargestellt. Nach Einschalten der Speisespannung scheint das Leuchtzeichen ohne sichtbare Zuleitungen in der Scheibe zu schweben. Das genannte Dokument offenbart zwei unterschiedliche Varianten der EL-Elemente. Bei der ersten sind beide spannungsführenden Elektroden auf demselben Substrat vorgesehen und werden vom Leuchtelement überbrückt, das seinerseits eine Brückenelektrode umfasst. Elektrisch betrachtet sind damit zwei in Reihe geschaltete Kapazitäten gebildet. In der zweiten Bauart ist auf beiden Innenoberflächen der Verbundscheibe jeweils eine der beiden Elektroden als transparente Dünnschicht aufgebracht und ist zwischen ihnen das Leuchtelement nebst der dielektrischen Trennschicht angeordnet.
Hier wie in vielen anderen Fällen bestehen die transparenten Elektroden von EL-Elementen ganz bevorzugt aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), wobei die licht emittierende (Phosphor-) Schicht zum Erzielen einer hohen Leuchtstärke unmittelbar auf diese Elektrode aufgebracht wird.
Es wurde auch schon eine Vielzahl von Lösungen vorgeschlagen, bei denen die transparente Elektrode aus unterschiedlichen Gründen auch als Mehrfach-Schichtsystem ausgeführt ist, bei dem eine dielektrische Schicht an die EL-Funktionsschicht grenzt. Bei einer solchen Verteilung der dielektrischen Schichten auf beide Seiten der Leuchtschicht muss die Summe der Isolierwirkungen hinreichend groß sein.
Speziell bei Dünnschicht-EL-Elementen mit ohnehin geringen Gesamt-Schichtdicken ist es bekannt (z. B. US-A-6036823, US-A-6358632), möglichst dünne Schichten mit möglichst hohen Dielektrizitätskonstanten beiderseits der eigentlichen EL-Funktionsschicht vorzusehen. Damit soll das Durchschlagen des elektrischen Feldes durch die Funktionsschicht vermieden werden.
DE-A1-198 25 435 beschreibt eine EL-Anordnung, bei der in Dickschicht-Technik beidseits der EL-Leuchtschicht dielektrische Schichten angeordnet werden. Dort werden auch verschiedene Maßnahmen zum Beeinflussen der Farbe des abgestrahlten Lichtes angegeben.
Aus mannigfachen Beschreibungen sind für sichtbares Licht hoch transparente Mehrfach- Schichtsysteme bekannt, die als Kern elektrisch leitfähige metallische oder dotierte Metalloxid-Dünnschichten umfassen und die sich im wesentlichen durch wärmedämmende bzw. -reflektierende Eigenschaften auszeichnen. Mit einer geeigneten Anordnung von Elektroden können diese Schichtsysteme darüber hinaus als elektrische Flächenheizung dienen, wenn ein Strom über die Erstreckung der leitfähigen Schicht geführt wird, die sich infolge ihres ohmschen Widerstands erwärmt. Generell umfassen solche bekannten Schichtsysteme auch dielektrische Einzel- oder Mehrfachschichten, z. B. aus Siliziumnitrid etc., die natürlich zur elektrischen Kontaktierung der leitfähigen Schichten durchstoßen werden müssen. Auch als Antennen werden solche Schichtsysteme bereits verwendet.
In der älteren deutschen Patentanmeldung 101 64 063.3 ist ein Verbundelement mit einer starren transparenten Scheibe, einer darauf aufgebrachten transparenten Flächenelektrode und einem flächigen mehrschichtigen EL-Leuchtelement beschrieben, dessen transparente Flächenelektrode mithilfe zusätzlicher elektrischer Anschlüsse als Heizschicht zum Einstellen vorbestimmter Temperaturen des EL-Leuchtelementes verwendbar ist. Ein solches Verbundelement kann z. B. als Glasdach in einem Fahrzeug verwendet werden, das bei Dunkelheit den Fahrgastraum als Innenleuchte flächig ausleuchtet.
In einer industriellen Fertigung von flächigen EL-Elementen muss das Dielektrikum eines EL-Elements in zwei oder noch mehr Arbeitsgängen gedruckt werden, um die notwendige Dicke und Isolierwirkung zu erreichen. Da die Beschichtung nach jedem Druckvorgang getrocknet werden muss, entstehen sehr hinderliche Wartezeiten. Das Siebdrucken auf gebogene Substrate ist ohnehin aufwändig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Anzahl von Druckvorgängen beim Aufdrucken von Funktionsschichten eines EL-Elements auf einem Substrat reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Demnach wird das EL-Element auf einer transparenten Dünnschicht-Elektrode aufgebaut, die bereits mindestens einen Teil der dielektrischen Trennschicht des EL-Elements umfasst. Zwischen der eigentlichen, elektrisch leitfähigen Elektrodenschicht und der EL- Leuchtschicht ist mindestens eine dielektrische (Teil-)Schicht angeordnet.
Die oben liegende dielektrische Schicht der transparenten Flächenelektrode wirkt als zusätzlicher Isolator gegen Durchschläge. Unter Verwendung eines dielektrischen Schichtsystems mit dem hier beschriebenen Isolator an der Oberfläche kann die Druckdicke der später aufzudruckenden dielektrischen Schicht beträchtlich verringert werden, ggf. kann ein zweiter Siebdruck-Arbeitsgang zum Auftragen einer Lackschicht (UV-aushärtende Farbe) entfallen. Eventuell kann die Funktion der zweiten dielektrischen Schicht sogar vollständig von der dielektrischen Schicht auf der transparenten Flächenelektrode übernommen werden, wenn deren Isolationswirkung bei hinreichender Lichtdurchlässigkeit groß genug ist.
Mit dielektrischen Interferenz-Schichtsystemen werden Flächenwiderstände von 4-6 Ohm/Quadrat und weniger erreicht. Demgegenüber haben übliche dünne (transparente) ITO-Schichten Flächenwiderstände zwischen 50 und 100 Ohm/Quadrat. Da der Schichtwiderstand im Ersatzschaltbild eines EL-Elements gleich dem Serienwiderstand ist, der rein reell und für die Wirkleistung, also die in Wärme umgesetzte Verlustleistung, verantwortlich ist, kann die Wirkleistung und damit die Wärmeentwicklung eines EL-Elements durch Verwenden einer Flächenelektrode mit stark verringertem Flächenwiderstand im Vergleich mit einer ITO-Flächenelektrode um ein Mehrfaches reduziert werden.
Zugleich kann durch gezielte Auswahl der Materialien und der Schichtdicken des die transparente Flächenelektrode bildenden Schichtsystems auch die visuelle Wahrnehmung des (ausgeschalteten) EL-Elements sowie auch die wahrnehmbare Farbe des abgestrahlten Lichts angepasst werden. Handelsübliche EL-Leuchtschichten entsprechen farblich nicht unbedingt den Vorstellungen der Endabnehmer.
Soll die Kapazität des von den beiden Flächenelektroden beidseits der Funktionsschicht gebildeten Kondensators beibehalten werden, so kann mit dem Einsatz einer sehr dünnen dielektrischen Schicht an der Stelle einer verhältnismäßig dicken gedruckten dielektrischen Schicht auch die Dicke der letzteren reduziert werden, um die gesamte Dielektrizitätskonstante der verringerten Spaltweite des Kondensators anzupassen. Wichtig ist dabei, dass die isolierende Schicht isotrop ist, d. h. in allen Richtungen die gleichen dielektrischen Eigenschaften besitzt und frei von "pinholes" ist.
Es ist nicht zwingend notwendig, das Elektroden-Schichtsystem auf einem starren Substrat aufzubauen. Vielmehr kann das Schichtsystem auch auf einer dünnen Kunststoff- Trägerfolie, z. B. aus Polyethylen-Terephthalat (PET) abgeschieden und mithilfe einer geeigneten Klebeschicht mit einem starren Substrat verbunden werden. Auch dies ist jedoch an sich bekannt, so dass hier nicht näher darauf einzugehen ist.
Wenn das EL-Element auf ein gebogenes Glas-Substrat gedruckt werden soll, so wird man die transparente Elektrode bevorzugt aus einem Schichtsystem aufbauen, das den hohen Temperaturen (ca. 650°C) beim Biegen des Glases widersteht.
Mit besonderem Vorteil kann das EL-Element selbst im letztgenannten Fall mit solchen Schichten aufgebaut werden, die ihrerseits so hoch thermisch belastbar sind, dass sie nach dem Abscheiden der Flächenelektrode auf ein ebenes Glas-Substrat aufgedruckt werden und die Temperaturen bei dessen anschließender Biegebehandlung schadlos ertragen können. Die ggf. aufgedruckte dielektrische Schicht und die zweite Flächenelektrode sind schon jetzt mit solchen Eigenschaften verfügbar; man untersucht derzeit das Wärmeverhalten geeigneter EL-Leuchtschichten.
Als weiteren Vorteil hat das die transparente Flächenelektrode bildende Schichtsystem eine hohe Wärmedämmwirkung. Diese wirkt sich z. B. sehr positiv bei mit EL-Elementen versehenen Glasdachscheiben für Fahrzeuge aus, indem das subjektive Wärmeempfinden der Fahrzeug-Insassen verbessert wird.
Ganz allgemein kann man ein geeignetes Schichtsystem als eine hitzebeständige solar- und/oder IR-reflektierende Schicht auf der Basis von Silber oder anderen leitfähigen Metallen umschreiben.
Ein für den hier beschriebenen Einsatzzweck besonders geeignetes Schichtsystem besteht aus der nachstehenden Schichtenfolge: Substrat-Si₃N₄-ZnO-Ti/Ag-ZnO-Si₃N₄- ZnO-Ti-Ag-ZnO-Si₃N₄. Diese ist hochtemperaturfest, kann also auf eine Glasscheibe vor deren Biegen und/oder Vorspannen aufgebracht werden, und sie hat die gewünschten Eigenschaften in optischer (Transparenz, Farbe) und elektrischer (Flächenwiderstand, Dielektrizitätskonstante) Hinsicht.
Um die mechanische und die chemische Widerstandsfähigkeit eines Dünnschichtsystems zu erhöhen, ist es aber auch bekannt, insbesondere die obere Entspiegelungsschicht oder eine Teilschicht der oberen Entspiegelungsschicht, insbesondere die oberste Deckschicht, als Mischoxidschicht auszubilden, das heißt als eine aus mehreren Oxiden zusammengesetzte Schicht. Dadurch können die Härte und die chemische Beständigkeit des Schichtsystems verbessert werden.
Gemäß EP-B1-0 304 234 besteht die Mischoxidschicht aus wenigstens zwei Metalloxiden, von denen ein Metalloxid ein Oxid von Ti, Zr oder Hf, und das andere Metalloxid ein Oxid von Zn, Sn, In oder Bi ist.
EP-A1-0 922 681 beschreibt eine Ausbildung der oberen Entspiegelungsschicht aus zwei Teilschichten, von denen die obere Teilschicht aus einem Mischoxid auf der Basis von Zink und Aluminium besteht, insbesondere mit Spinellstruktur vom Typ ZnAl₂O₄.
DE-C1-198 48 751 beschreibt ein Schichtsystem mit einer Mischoxidschicht, die bezogen auf den gesamten Metallanteil 35 bis 70 Gew.-% Zn, 29 bis 64,5 Gew.-% Sn und 0,5 bis 6,5 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente AI, Ga, In, B, Y, La, Ge, Si, As, Sb, Bi, Ce, Ti, Zr, Nb und Ta enthält.
Aus US 4,996,105 sind Schichtsysteme mit Mischoxidschichten der Zusammensetzung Sn_1-xZn_xO_y bekannt. Die Mischoxidschichten werden aus einer stöchiometrischen Zink- Zinn-Legierung aufgestäubt, bei der das Verhältnis Zn : Sn = 1 : 1 At.-% beträgt.
Die Dokumente EP-A1-0 464 789 und EP-A1-0 751 099 beschreiben ebenfalls Schichtsysteme mit Entspiegelungsschichten aus Mischoxiden. In diesem Fall enthalten die Mischoxidschichten auf Basis von ZnO oder SnO einen Zusatz von Sn, Al, Cr, Ti, Si, B, Mg oder Ga.
Auch thermisch hoch belastbare Schichtsysteme sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei einer ersten Gruppe von thermisch hoch belastbaren Schichtsystemen bestehen die Entspiegelungsschichten jeweils aus Si₃N₄, die von der Funktionsschicht aus Silber durch dünne Opfermetallschichten aus CrNi getrennt sind. Auch das in der EP 0 883 585 B1 beschriebene Schichtsystem gehört in diese Gruppe, wobei jedoch in diesem Fall die Opfermetallschicht aus Si besteht. Derartige Schichtsysteme sind zwar thermisch sehr stabil, sind aber wegen der bekannten Probleme beim Sputtern von Nitriden in der Herstellung sehr aufwendig. Außerdem ist das Sputtern verhältnismäßig dicker Si₃N₄ -Schichten wegen mechanischer Spannungen in den Schichten nicht unproblematisch.
Natürlich können zum Erzeugen des leitfähigen Schichtsystems der transparenten Elektrode auch andere Technologien, z. B. Plasma-CVD, eingesetzt werden, mit denen im Vergleich zur Sputtertechnologie größere Schichtdicken erreicht werden können.
Zur zweiten Gruppe thermisch hoch belastbarer Schichtsysteme gehören solche, die neben nitridischen Schichten wie Si₃N₄ oder AIN insbesondere im Deckschichtenbereich auch oxidische Schichten aufweisen. Beispielsweise beschreibt die DE 196 40 800 C2 ein Schichtsystem, bei dem zwischen der metallischen Blockerschicht und der oxidischen oder nitridischen Deckschicht eine Zwischenschicht aus einem Nitrid oder Oxinitrid aus dem Metall der Opfermetallschicht angeordnet ist. Ein anderes aus der DE 101 05 199 C1 bekanntes Schichtsystem dieser Art zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Silberschicht und der Opfermetallschicht eine Schicht aus Si₃N₄ oder AlN angeordnet ist. Bei dem aus der EP 0 834 483 B1 bekannten Schichtsystem ist zwischen einer Opfermetallschicht aus Ti und der Deckschicht eine mindestens 5 nm dicke Zwischenschicht aus TiO₂, und auf dieser Zwischenschicht eine Deckschicht eines Oxids, Nitrids oder Oxinitrids von Bi, Sn, Zn oder einem Gemisch aus diesen Metallen angeordnet.
Bei einer dritten Gruppe von thermisch hoch belastbaren Schichtsystemen bestehen die einzelnen Schichten mit Ausnahme der Funktionsschicht und der Opfermetallschicht aus rein oxidischen Schichten. Oxidische Schichten sind meist einfacher und wirtschaftlicher als nitridische herstellbar. Die Opfermetallschicht hat jedoch in diesen Fällen eine verhältnismäßig große Dicke. Ein Schichtsystem dieser Art ist z. B. in der DE 198 52 358 C1 beschrieben. Das Opfermetall besteht in diesem Fall aus einer Aluminiumlegierung mit einem oder mehreren der Elemente Mg, Mn, Cu, Zn und Si als Legierungsbestandteil.
Durch diese umfangreiche Darstellung wird ersichtlich, dass es eine Vielzahl von Schichtsystemen gibt, die sich für den vorliegenden Anwendungsfall als Flächenelektrode eines EL-Elements eignen können; die Auswahl oder Modifikation eines geeigneten Schichtsystems im vorliegenden Kontext bedarf nur routinemäßiger Untersuchungen und Versuche der befassten Fachleute.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in stark vereinfachter, insbesondere nicht maßstäblicher Darstellung
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Verbundscheibe mit einem flächigen Elektrolumineszenz-Element, das auf einer transparenten, zumindest einen Teil des Dielektrikums umfassenden Flächenelektrode aufgebaut ist,
Fig. 2 eine Detailansicht eines Kontaktbereichs zum Herstellen der Außenanschlüsse des EL-Elements.
Gemäß Fig. 1 ist auf einer Oberfläche einer starren, durchsichtigen Scheibe 1 ein für sichtbares Licht hoch transparentes Schichtsystem 2 abgeschieden, das zumindest eine elektrisch leitfähige, metallische Schicht 2.1 - vorzugsweise aus Silber - umfasst. Diese Schicht 2.1 bildet die eigentliche transparente Flächenelektrode des EL-Elements. Zwischen der Schicht 2.1 und der Scheibenoberfläche sind hier weitere Schichten vorgesehen, insbesondere eine dielektrische Entspiegelungsschicht, z. B. aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) sowie ggf. eine das Aufwachsen der Silberschicht 2.1 begünstigende Zinkoxidschicht (ZnO). Insbesondere in einem thermisch hoch belastbaren, d. h. ohne Schaden bis auf die Erweichungstemperatur von Glas aufheizbaren Schichtsystem können noch weitere Zwischenschichten, z. B. Blocker- oder Opfermetallschichten, hinzu kommen. Durch deren Kombination, Abfolge und Dicken sind die gewünschten Eigenschaften des Schichtsystems (Haftung am Substrat/Glas, Lichtbrechung, Transmissions- und Reflexions-Farben, Eigenschaften der Infrarot-Reflexion, elektrische Leitfähigkeit, Schutz der Silberschicht(en) vor Oxidation etc.) in weiten Grenzen beeinflussbar. Übliche Flächenwiderstände solcher Schichtsysteme liegen zwischen 2 und 4 Ohm/Quadrat. Da solche Schichtsysteme, wie schon erwähnt, mannigfach vorbekannt sind, wird hier auf eine nähere Darstellung der Teil-Schichten verzichtet.
Oberhalb der Elektroden-Schicht 2.1 ist ebenfalls zumindest eine dielektrische Schicht 2.2 abgeschieden, die erfindungsgemäß einen Teil des Dielektrikums des Kondensators bildet, in dessen Feld das EL-Element zum Leuchten gebracht wird. Auch in diesem Bereich können, obwohl nicht gezeigt, noch weitere Schichten, z. B. Blocker, hinzugefügt werden, die die gewünschten Eigenschaften des gesamten Schichtsystems in der Produktion, während der Weiterverarbeitung und im Einbauzustand reproduzierbar und dauerhaft gewährleisten. Insbesondere kann durch die Zusammensetzung und Kombination der obersten (Deck-)Schichten eines solchen Schichtsystems auch eine hohe mechanische Verschleißfestigkeit erreicht werden; insbesondere Schichten aus Si₃N₄ eignen sich infolge ihrer hohen Härte als äußere Deckschichten.
Die Transmission der beschichteten Scheibe 1 für sichtbares Licht beträgt vorzugsweise mindestens 75%. Dies ist ein für Fahrzeug-Windschutzscheiben in Europa erforderlicher Mindestwert.
Die mit dem Schichtsystem 2 versehene Glasscheibe 1 bildet insgesamt das Substrat für das EL-Element. Auf die äußere Schicht des Schichtsystems 2 ist die Leuchtschicht 3 des EL-Elementes - vorzugsweise im Siebdruckverfahren - so aufgedruckt, dass zumindest an einer Seite ein schmaler Randstreifen des Schichtsystems 2 frei bleibt. Dieser Randstreifen wird zum elektrischen Kontaktieren der Elektroden-Schicht 2.1 genutzt. Man wird - in an sich bekannter Weise - auch das Schichtsystem 2 selbst einen Abstand von einigen Millimetern vom Scheibenrand einhalten lassen, um vom Rand ausgehende Korrosion seiner metallischen Schichten zu vermeiden.
Über die Leuchtschicht 3 wurde eine weitere dielektrische Schicht 4 und darüber abschließend die zweite Flächenelektrode 5 des EL-Elements gedruckt, ebenfalls vorzugsweise im Siebdruckverfahren. Eine Leiterbahn 6 ist auf den frei liegenden Rand des Schichtsystems 2 aufgedruckt; dies geschieht vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang wie das Aufdrucken der zweiten Flächenelektrode 5. Die Leiterbahn 6 bildet den elektrischen Anschluss für die Spannungsversorgung der transparenten Elektroden-Schicht 2.1. Symbolisch ist angedeutet, dass das Material der Leiterbahn 6 die dielektrische Schicht 2.2 durchdringt. Schließlich repräsentiert sehr vereinfacht ein Kabelpaar die elektrischen Außenanschlüsse 7 der beiden Elektroden 2.1 und 5. Das Herstellen solcher Anschlüsse, insbesondere durch Verlöten, ist an sich bekannt. Für den hier vorliegenden Anwendungsfall müssen jedoch ggf. besondere Maßnahmen getroffen werden, auf die im Zusammenhang mit der Fig. 2 noch näher einzugehen sein wird.
Die gedruckten Schichten 3 bis 5 und die Leiterbahn 6 sind deutlich dicker als die Einzelschichten des Schichtsystems und als dieses insgesamt; die wahren Verhältnisse sind hier nicht maßstäblich darstellbar. Die Dicken der gedruckten Schichten sind deshalb nur teilweise gezeigt und durch strichpunktierte Balken unterbrochen. Während die Gesamtdicke eines für diesen Anwendungsfall bevorzugten, thermisch hoch belastbaren Schichtsystems zwischen 130 und 180 nm, z. B. je nach der gewünschten Färbung, variieren kann, sind die aufgedruckten Schichten 3, 4 und 5 des EL-Elements deutlich dicker.
Die folgende Tabelle ist eine Gegenüberstellung der herkömmlichen EL-Elemente nach Empfehlung des Herstellers Dupont und der reduzierten Dicken mit der erfindungsgemäß geänderten transparenten Elektrode.
Es zeigt sich, dass mit einer erfindungsgemäß ausgeführten transparenten Flächenelektrode sowohl die eigentliche Leuchtschicht als auch die weiteren Schichten des EL-Elements dünner ausgeführt werden können.
Die Versorgung des EL-Elements mit Wechselspannung über seine beiden Elektroden 2.1 und 5 ist symbolisch mit einem mit U- bezeichneten Pfeil angedeutet, seine flächige Lichtemission bei anliegendem elektrischem Wechselfeld durch eine Schar von Pfeilen, die ausgehend von der Funktionsschicht 3 das Schichtsystem 2 und die Scheibe 1 durchdringen.
Über dem EL-Element bzw. der zweiten Flächenelektrode 5 ist eine Klebeschicht 8 vorgesehen, die sich bis zum äußeren Rand der Scheibe 1 erstreckt. Sie verbindet eine zweite starre Scheibe 9 flächig mit der Scheibe 1 und mit den darauf aufgebrachten Schichten. Das Kabelpaar 7 ist ebenfalls in die Klebeschicht 8 eingebettet. Diese bildet eine dichte Versiegelung der Komponenten des EL-Elements nach außen. Sie schützt auch das Schichtsystem 2, denn sie ist im unbeschichteten Randbereich der Scheibe 1 direkt mit deren Oberfläche adhäsiv verbunden. Die Klebeschicht kann aus einer aufschmelzbaren thermoplastischen Folie oder auch aus einer gießfähigen transparenten Masse hergestellt werden, welche in an sich bekannter Weise in einen eingestellten Zwischenraum zwischen den beiden starren Scheiben 1 und 9 eingefüllt und hernach ausgehärtet wird. Man kann im erwähnten Randbereich eine hier nicht dargestellte, an sich bekannte opake Randbeschichtung aus einer vorzugsweise eingebrannten Siebdruckpaste vorsehen, die auch zum optischen Kaschieren der Kabelanbindung und ggf. der Leiterbahn 6 genutzt werden kann. Diese Randbeschichtung würde sich vorzugsweise ausgehend vom äußeren Rand der Scheibe so weit nach innen erstrecken, dass ihr Abschluss gerade unter dem äußeren Rand der Leuchtschicht 3 verläuft, wobei sie über oder unter dem Rand des Schichtsystems 2 angeordnet werden kann, d. h. vor oder nach dessen Abscheiden aufzubringen ist. Je nach Bedarf kann der Kontrast im Übergang von der opaken Beschichtung in die Leuchtfläche in an sich bekannter Weise durch eine rasterartige Abstufung aufgelöst werden.
Selbstverständlich kann man im sichtbaren Leuchtfeld des EL-Elements auch Strukturen oder Untergliederungen vorsehen, wenn dies gewünscht wird. In besonders einfacher Wiese wäre dies durch Erweiterung der erwähnten Randbeschichtung möglich, indem im gleichen Arbeitsgang mit deren Auftragen ein Muster auf der Oberfläche der Scheibe 1 (vor oder nach dem Abscheiden des Schichtsystems 2) erzeugt wird.
In Fig. 2 ist im Detail eine Ausführung eines Anschlussfeldes für das EL-Element dargestellt, das sich besonders für die Eingliederung in eine Verbundscheibe eignet. Man blickt von oben auf die beschichtete Fläche der Scheibe 1.
In industrieller Praxis wird abweichend von der stark vereinfachten Darstellung der Leitungszuführung in Fig. 1 auf der starren Scheibe 1 - nach Möglichkeit an ihrem Rand - in an sich bekannter Weise ein Kontaktfeld 10 angelegt, auf dem die nach außen hin anzuschließenden Kontaktflächen eng benachbart zusammengeführt sind. Damit wird der Vorteil einer gleichzeitigen, ggf. automatisierten Verlötung mit den nach außen zu führenden Leitungsabschnitten erreicht. Eine Darstellung eines solchen Mehrfach-Anschlussfeldes findet sich z. B. in DE-C2-195 36 131.
Um im vorliegenden Anwendungsfall eine möglichst homogene Spannungseinleitung in die transparente Flächenelektrode 2 zu erreichen, wird die Leiterbahn 6 praktisch als Rahmen um die gesamte Fläche des EL-Elements herum geführt. Dieser Rahmen ist im Bereich eines Leiterbahnabschnitts 6' als Verbindung zur zweiten Flächenelektrode 5 unterbrochen. Die elektrische Verbindung zwischen dieser Leiterbahn 6' und der Flächenelektrode 5 ist natürlich ebenfalls im Interesse einer möglichst homogenen Einleitung des elektrischen Potentials in diese Fläche herzustellen, wobei allerdings wegen der größeren Dicke der Flächenelektrode 5 - im Vergleich zur Dicke der transparenten Flächenelektrode 2 - und deren geringerem Flächenwiderstand keine besonderen Anforderungen zu stellen sind.
Im Ausführungsbeispiel wurde der Abschnitt 6' einfach zugleich mit der Flächenelektrode 5 und der Leiterbahn 6 durch Siebdrucken einer elektrisch leitfähigen Paste in dem selben Arbeitsgang hergestellt. Um Störungen zu vermeiden, wird der Kontaktbereich 10, auf dem die Löt-Kontaktstellen für die (hier nur strichpunktiert als Flachbandleiter angedeuteten) Außenanschlüsse 7 liegen, von der Beschichtung 2 befreit (oder auch gar nicht erst beschichtet). Bei Einbringen dieses Anschlusses in einen Scheibenverbund analog zu Fig. 1 ist der Bereich zwischen der Unterseite des Flachbandleiters und der Scheibenoberfläche sorgfältig zu versiegeln, z. B. mithilfe eines Klebers.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtelements mit einer transparenten Flächenelektrode (2), einer Elektrolumineszenz-Leuchtschicht (3) und einer zweiten Flächenelektrode (5), wobei die beiden Elektroden mit elektrischen Anschlüssen (6, 7) zum Anlegen einer Spannung (U) versehen werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- auf ein Substrat (1) wird zum Bilden der transparenten Flächenelektrode ein Dünnschichfisystem (2) aufgebracht, das zumindest eine elektrisch leitfähige Teilschicht (2.1) und eine darauf folgende dielektrische Teilschicht (2.2) umfasst;

- auf das Dünnschichtsystem (2) werden durch Siebdrucken nacheinander eine EL-Leuchtschicht (3) und zumindest die zweite Flächenelektrode (5) aufgebracht;

- die beiden Flächenelektroden (2.1, 5) werden jeweils mit einem elektrischen Anschlusselement (7) zum Verbinden mit der Spannungsquelle verbunden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine weitere dielektrische Schicht (4) zwischen der EL-Leuchtschicht (3) und der zweiten Flächenelektrode (5) aufgedruckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Flächenelektrode (2) durch Aufbringen eines thermisch hoch belastbaren, insbesondere für Biege- und/oder Vorspanntemperaturen von Glas geeigneten Dünnschichtsystems mit mindestens einer leitfähigen Teilschicht (21) hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Teilfläche der transparenten Flächenelektrode (2) eine Leiterbahn (6) zum Anschließen der transparenten Flächenelektrode (2) an die Spannungsguelle aufgedruckt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (6) im gleichen Arbeitsgang wie die zweite Flächenelektrode (5) aufgedruckt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Kontaktfeldes (10) zum Herstellen elektrischer Außenanschlüsse (7) der beiden Elektroden (2, 5) das Dünnschichtsystem (2) lokal ausgespart, also nicht aufgebracht oder nach dem ganzflächigen Aufbringen entfernt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als dielektrische Teilschicht (2.2) des Schichtsystems (2) eine Deckschicht aus Siliziumnitrid aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem wie folgt aufgebaut ist: Substrat-Si₃N₄- ZnO-Ti/Ag-ZnO-Si₃N₄-ZnO-Ti-Ag-ZnO-Si₃N₄.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als dielektrische Teilschicht eine oxidische oder oxinitridische Schicht aufgebracht wird.