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Elektrisch leitendes Glaserzeugnis und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch leitendes Glaserzeugnis und ein Verfahren
zu seiner Herstellung.
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Es sind schon elektrisch leitende Glaserzeugnisse bekannt, die aus
einer Glasscheibe, einer durchscheinenden elektrisch leitenden Filmschicht auf der
einen Seite sowie aus einem auf die leitende Filmschicht aufgebrannten Überzug aus
einer Glasfritte bestehen. Derartige Glaserzeugnisse finden für die verschiedensten
Zwecke Verwendung, beispielsweise zum Enteisen von Windschutzscheiben. Bei diesen
Erzeugnissen ist es wichtig, daß die verschiedenen Bestandteile dauernd fest miteinander
verbunden sind, um eine Zerstörung, vornehmlich der leitenden Zwischenschicht, zu
vermeiden, insbesondere dann, wenn das Erzeugnis hohen Temperaturschwankungen unterworfen
ist.
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Die aus einer Glasfritte bestehenden Überzüge bedingen jedoch wesentliche
Nachteile bei den bekannten Glaserzeugnissen. Durch das Aufbringen einer Glasfritte
auf die dünne elektrisch leitende Schicht wird deren Widerstandswert stark heraufgesetzt,
was unerwünscht ist, da man bestrebt ist, dem dünnen elektrisch leitenden Film eine
möglichst hohe Leitfähigkeit zu verleihen. Wenn der Glasfrittenüberzug als Anschlußelektrode
für die leitende Schicht dient, besteht zwischen der Elektrode und dem leitenden
Film ein äußerst hoher übergangswiderstand, wodurch sich im allgemeinen die Verwendung
von Glasfritten als Elektrodenmaterial verbietet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese den bekannten, mit
einem Glasfrittenüberzug -,#.sgestatteten Glaserzeugnissen anhaftenden Nachteile
zu vermeiden und ein Erzeugnis zu schaffen, bei dem der Glasfrittenüberzug die Leitfähigkeit
des elektrisch leitenden Filmes praktisch nicht beeinträchtigt und bei dem außerdem
das Glasfrittenmaterial auch zur Herstellung der Anschlußelektroden herangezogen
werden kann, ohne daß hohe Übergangswiderstände an der Elektrode entstehen. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Glasfritte aus niedrigschmelzendem,
weniger als 10% Alkali-oder Erdalkalioxyde enthaltendem Glas besteht und mit der
elektrisch leitenden Schicht in fester Verbindung steht.
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Der Glasfrittenüberzug dient als Elektrode, und der Glasfritte ist
zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise Metallpulver, insbesondere Silberpulver,
zugemischt.
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Weiter ist wesentlich, daß der Glasfrittenüberzug als Leuchtschicht
dient und der Glasfritte Phosphor einverleibt ist, welcher unter dem Einfluß eines
elektrischen Feldes leuchtet, wobei eine zweite elektrisch leitende Schicht außen
auf die Leuchtschicht aufgebracht ist, vorzugsweise unter Zwischenlegung einer Schicht
aus dielektrischem Werkstoff.
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Das mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Glasfritte hergestellte
Glaserzeugnis besitzt wesentliche Vorteile insofern, als die Glasfritte nicht nur
als einfacher Deck- und Schutzüberzug verwendet werden kann, der die elektrische
Leitfähigkeit des abgedeckten leitenden Filmes nicht beeinträchtigt, sondern sie
kann auch, wie bereits erwähnt, zur Bildung der Anschlußelektroden herangezogen
werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Verwendung als Leuchtschicht, indem
der Glasfritte Phosphorteilchen beigemischt werden, die im elektrischen Feld aufleuchten.
In allen Anwendungsfällen erhöht die aufgebrannte Glasfritte den Widerstand der
vorher aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht nicht in nachteiliger oder schädlicher
Weise.
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Das der Herstellung des Erzeugnisses dienende Verfahren kennzeichnet
sich dadurch, daß die elektrisch leitende Schicht auf der Oberfläche der Glasschicht
angeordnet wird und eine Glasfritte aus niedrig schmelzendem Glas mit weniger als
10% Alkali- oder Erdalkalioxyd auf die Schicht aufgebrannt wird.
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Bei der Herstellung des Frittenmaterials zeigt sich, daß bei Vermeidung
größerer Alkalianteile, beispielsweise
Natrium, die zwischen den
Schichten entstehenden schädlichen Einwirkungen auf die elektrisch leitende Schicht
wesentlich verringert werden. Eine weitere wesentliche Eigenschaft des verwendeten
Glasfrittenmaterials besteht darin, daß es einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist,
so daß es auf die leitende Schicht aufgestäubt werden kann, ohne daß Temperaturen
angewendet werden, die weder das Glas noch die elektrisch leitende Schicht schädlich
beeinflussen.
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Die nachfolgende Tabelle zeigt die günstigen elektrischen Leitfähigkeiten
des elektrisch leitenden Filmes bei Verwendung der erfindungsgemäßen Glasfritten
einerseits und bei Verwendung bekannter Glasfritten andererseits. In der Tabelle
ist der Widerstandswert, bezogen auf eine Fläche von 6,34 cm=, angegeben. Die Ziffern
I bis IV beziehen sich auf erfindungsgemäße Glasfritten in unterschiedlicher Zusammensetzung,
während die Buchstaben A und B sich auf bekannte Glasfritten beziehen. In der zweiten
Spalte sind die Widerstandswerte der elektrisch leitenden Schichten vor Aufbringung
der Glasfritte und in der letzten Spalte nach Aufbringung der Glasfritte angegeben.
Die Unterschiede dieser Werte bei den Ziffern I bis IV einerseits und Buchstaben
A und B andererseits sind offensichtlich.
| Zusammen- Widerstand (Ohm) |
| setZüng ursprünglich I nach der Behandlung |
| I 530 580 |
| 300 ( 400 |
| i |
| II 210 520 |
| 300 500 |
| III 280 1250 |
| 520 580 |
| IV 350 1200 |
| 410 1100 |
| A 440 13000 |
| 410 3700 |
| B 240 1,5 Megohm |
| 300 5800 |
Die erfindungsgemäße Glasfritte kann als Flußmaterial zur Herstellung aufgestäubter
Metallelektroden Verwendung finden. Eine charakteristische Zusammensetzung für eine
derartige Elektrode besteht in der Verwendung von 65,6 % Silber, 7,8 Frittenmaterial,
18 % organischen Bindemitteln und 8,54% Verdünnungsmitteln.
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Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Erzeugnisses und die zu seiner Herstellung dienenden Vorrichtungen. Es bedeutet
F i g. 1 ein Erzeugnis im Querschnitt, F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch
den zum Aufstäuben des Frittenmaterials dienenden Glühofen, F i g. 3 eine Ansicht
der Sprühvorrichtungen und F i g. 4 einen teilweisen Querschnitt durch ein abgewandeltes
elektrolumineszierendes Erzeugnis.
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In den obenerwähnten Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Glasplatte 10,
welche stromleitend gemacht werden soll. Die Platte ist mit Elektroden 11 versehen,
welche aus der oben angeführten Zusammensetzung bestehen. Mit den auf ihr festen
Elektroden wird die Glasplatte 10 mittels der Klammern 12 an dem Wagen 13 angehängt,
welcher mittels der Laufräder 14 auf einer Schiene 15 läuft. Die Glastafel wird
durch einen Tunnelofen 16 geführt, in welchem sie bis dicht an den Schmelzpunkt
heran erwärmt wird, um sie zur Aufnahme der filmbildenden, aufgestäubten leitenden
Schicht geeignet zu machen. Nachdem die Platte 10 die erforderliche Temperatur erreicht
hat, wird sie aus dem Ofen entfernt und in die aus F i g. 3 ersichtliche Filmauftragzone
geführt, in der sie gleichmäßig über ihre ganze Oberfläche mittels der Sprühdüsen
17 mit einer filmbildenden Flüssigkeit überzogen wird. Die filmbildende Flüssigkeit
kann eine Lösung von Zinnsalzen sein, wie sie beispielsweise zur Herstellung von
Filmen der gewünschten Eigenschaften bekannt sind. So kann z. B. Zinntetrachlorid
zusammen mit der heißen Glasschicht einen dünnen, durchscheinenden, festhaftenden,
elektrisch leitenden Film oder überzug 18 aus Zinnoxyd auf dem Glas bilden. Wie
aus F i g. 1 hervorgeht, bedeckt dieser Film die ganze Oberfläche des Glases zwischen
den Elektroden 11 und steht in stromleitender Verbindung mit diesen Elektroden.
Der elektrisch leitende Film 18 kann in der bekannten Weise aufgetragen werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei Verwendung von Glasfrittenmaterial nach der Erfindung
der Film 18 auf der Glasschicht 10 erzeugt werden kann und daß auch die leitende
Schicht oberhalb der stromleitenden Filmschicht erzeugt werden kann. Mit Rücksicht
auf den verhältnismäßig niedrig liegenden Schmelzpunkt der Glasfrittenschicht nach
der Erfindung, welche die elektrischen Eigenschaften der elektrisch leitenden Filmschicht
nicht ernstlich verschlechtern, hat sich diese Zusammenstellung als praktisch erwiesen
und ist auch der bisher übliche hohe übergangswiderstand vermieden. Obwohl dieses
Herstellungsverfahren eine zusätzliche Erwärmung erforderlich macht, hat es sich
doch als vorteilhaft erwiesen, sobald die Glasplatte gebogen oder erwärmt ist, sie
irgendeiner anderen Wärmebehandlung zu unterwerfen.
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In F i g. 1 ist eine elektrisch leitende Glaszusammenstellung gezeigt,
in welcher der elektrisch leitende Film 18 durch eine durchsichtige Schicht 19 geschützt
wird. Erforderlichenfalls kann auch die Schutzschicht 19 in Fortfall kommen.
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Wird jedoch die Schutzschicht 19 angewendet, so können die Stromzuführungen
11 aus aufgestäubten Kupferlegierungen oder anderen Metallen bestehen an Stelle
der oben beschriebenen Elektrode. Es können auch andere Metallelektroden zur Anwendung
gelangen, wobei auch andere Maßnahmen ergriffen werden können, um den übergangswiderstand
zu verringern, wie z. B. eine lufttrockene Silberbrücke oder eine Deckschicht oberhalb
der Stoßstelle zwischen dem Film und der Stromzuführungsschiene.
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Die Schutzschicht 19 kann durch Aufbürsten oder Aufsprühen oder durch
eine anders ,geartete Aufbringung auf den stromleitenden Film 18 aufgebracht werden,
der seinerseits, wie einleitend beschrieben, auf die Glasscheibe 10 aufgebracht
worden ist. Die Schutzschicht 19 besteht aus Glasfrittenmaterial der vorerwähnten
Art, welches fein gemahlen ist und mit einem organischen Bindemittel oder einem
Verdünnungsmittel gemischt ist. Diese Masse wird dann
ausreichend
erwärmt und auf den Glasfluß aufgespritzt und ergibt die Schutzschicht 19.
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Die geschmolzene Glasschutzschicht 19 kann zur Anwendung gelangen,
ohne einen wesentlichen Einfluß auf den Widerstand des elektrisch leitenden Filmes
auszuüben. Wenn die isolierende Wirkung geprüft wird, indem man die mit dem Überzug
versehene Einheit bis an die Kontaktstellen mit der Stromzuführung in Salzwasser
eintaucht und einer Spannung von 110 Volt aussetzt, entsteht kein Kurzschluß, anders
ausgedrückt heißt es, daß die aufgeschmolzene Schutzschicht einen vollen Schutz
gegen elektrische Ströme bietet und also auch den elektrisch leitenden Film gegen
Feuchtigkeit abschirmt, was im entgegengesetzten Fall zu Kurzschlüssen führen würde.
Darüber hinaus besitzt die aufgeschmolzene Glasschutzschicht einen hohen Widerstand
gegen Wärme und schützt gegen Kratzer oder andere Beschädigungen, welche den elektrisch
leitenden Film zerstören würden.
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Die Verwendung eines Glasüberzuges ist besonders dann zweckmäßig,
wenn das Erzeugnis als Wärmequelle und insbesondere als Quelle für strahlende Wärme
Verwendung finden soll. Im allgemeinen sind Zinnoxydschichten schlechte Wärmestrahler,
da sie nur ein geringes Wärmestrahlungsvermögen aufweisen. Glas dagegen ist ein
guter Wärmestrahler und besitzt ein hohes Wärmestrahlungsvermögen. Dementsprechend
ist die Wärmestrahlung, welche von einer Glasoberfläche ausgeht, größer als die,
welche eine elektrisch leitende Oberfläche gleicher Temperatur ausstrahlt.
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Um elektrolumineszierende Füllungen herzustellen, kann die Zusammensetzung
I bis IV der obengenannten Tabelle Verwendung finden. Es können aber auch andere
Zusammensetzungen mit geringem Gehalt an Alkalien sowie geringem Schmelzpunkt der
Glasfrittenzusammensetzung Verwendung finden, welche mit elektrolumineszierenden
Phosphorteilchen vermischt sind und auf die stromleitende Oberfläche der elektrisch
leitenden Glasfüllung aufgebracht sind. Das den Phosphor enthaltende Glasfrittenmaterial
wird auf die elektrisch leitende Oberfläche in ähnlicher Weise aufgestäubt, wie
sie vorher zum Zwecke der Prüfung des Glasfrittenmaterials oder zur Erzeugung eines
Schutzüberzuges 19 beschrieben worden ist. Als Phosphor kann ein Material Verwendung
finden, welches Licht unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ausstrahlt.
Als Beispiel eines solchen Materials mag eine Zusammensetzung dienen, welche durch
Aufstäuben einer pulverisierten Mischung von 75 Gewichtsprozent Zinksulfid und 25
Gewichtsprozent Zinkoxyd besteht, der geringe Beträge eines Aktivators, wie z. B.
eines Kupfersalzes, zugesetzt sind. Das Aufstäuben kann bei einer Temperatur zwischen
900 und 1250° C eines indifferenten Gases erfolgen.
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F i g. 4 zeigt eine Glasplatte 1.0, welche mit einer Stromzuleitung
11 ver3ehen ist und einen elektrisch leitenden Überzug 18 trägt, ähnlich wie ihn
F i g. 1 zeigt, mit der Ausnahme, daß nur eine Elektrode auf der Glasplatte 10 angeordnet
ist. Ein phosphorhaltiges Frittenmaterial ist auf den elektrisch leitenden Film
18 aufgesprüht und bildet einen Überzug 20, in dem Phosphorpartikelchen 21 cingebettet
sind. Nach der Aufstäubuny dieser Schicht kann eine dielektrische Schicht 22 zur
Anwerr?vn_el@nnen, welche aus einer dünnen Schicht cines Aastischen Materials, wie
z. B. Nitrozellulose oder Polyvinyl-Butyral, besteht. Eine zweite elektrisch leitende
Schicht wird dann mit der dielektrischen Schicht 22
verbunden, womit eine
Einheit erzeugt wird, in der der durch das elektrische Feld beeinflußbare Phosphor
zwischen dem elektrisch leitenden Film 18 und der Platte 23 eingebettet ist, welche
als Kondensator wirkt, wenn die erforderliche Wechselspannung der stromleitenden
Schicht zugeführt wird. Die Platte 23 kann aus Metall bestehen, es kann aber auch
eine zweite elektrisch leitende Glasschicht Verwendung finden. Die ganze Einheit
kann mit einer dielektrischen Zwischenschicht 22 vereinigt sein. Letztere
kann auch in Fortfall kommen, und die Einheit kann unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen
Glasfrittenschicht einheitlich verbunden werden, welche auf die Oberfläche der Platte
23 aufgebracht wird, und das Ganze durch Aufstäuben zu einer Einheit fest verbunden
werden. Wenn die beiden Platten durchsichtige, elektrisch leitende Schichten sind,
so bietet die Gesamtanordnung den Vorteil, daß sie nahezu durchscheinend ist und
dadurch entweder als Fenster oder als Lichtquelle Verwendung finden kann. Besteht
die Platte 23 aus Metall, so ergibt sich darauf eine größere bauliche Festigkeit,
und das Licht wird durch die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht 18 und
die Glasschicht 10 hindurch ausgestrahlt. Ist es erforderlich, die Glasfrittenschicht
auf die elektrisch leitende Zinnoxydschicht aufzustäuben, so ist es von besonderer
Bedeutung, daß die Leitfähigkeit der Zinnoxydschicht während des Aufstäubens aufrechterhalten
wird, so daß der entstehende Film lichtdurchlässig und von ausreichender Leitfähigkeit
ist.