DE2941245A1 - Elektrolumineszente zelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

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MIDLaND-ROSS CORPORATION, 20600 Chagrin Boulevard,

Cleveland, Ohio 44122, USA

Elektrolumineszente Zelle und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Die Erfindung betrifft elektrolumineszente Zellen, und zwar insbesondere flexible Zellen sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Zellen.

Die bekannten flexiblen Zellen der gattungsgemäßen Art haben zwei leitende Platten, zwischen denen sich eine Phosphorschicht befindet, die unter der Wirkung eines elektrischen Feldes Licht erzeugen kann. Eine der Elektroden ist dabei eine dünne Metallfolie, während die andere Elektrode transparent ist. Die verschiedenen Materiallagen werden zwischen zwei Stücken eines feuchtigkeitsbeständigen Kunststoffilmes eingekapselt, wobei Leiter zu den beiden Elektroden durch den Film gehen.

aus der US-PS 2 945 976 ist eine laminierte flexible elektrolumineszente Zelle bekannt. Die elektrisch aktiven Teile der Zelle beinhalten eine dünne Aluminiumfolie, die zunächst mit einer Schicht von Bariumtitanat beschichtet ist und dann mit einer Schicht von

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elektrolumineszentem Phosphor, wobei die beiden Schichten in einer Kunststoffmatrix gebunden sind, deren Kunststoff eine hohe dielektrische Konstante hat. Die Phosphorschicht ist durch ein dünnes Blatt eines leitenden Mikrofiberglas-Papieres kontaktiert. Das Glaspapier ist mit einem thermoplastischen Material, wie beispielsweise Niederdruck-Polyäthylen, getränkt, das zur Anbindung an die Phosphorschicht dient derart, daß die Aluminiumfolie und das Glaspapier wirksam laminiert werden. Die elektrisch aktiven Elemente werden dann in einer Umhüllung aus geeignetem thermoplastischen Material, wie beispielsweise Hochdruck-Polyäthylen, eingekapselt.

In der US-PS 3 148 299 ist eine elektrolumineszente Zelle gezeigt, die eine Umhüllung aus wasserundurchlässigem Plastik hat, die eine hydrophile Plastikauskleidung hat. Dort ist die Beobachtung angegeben, daß elektrolumineszenter Phosphor extrem empfindlich auf Wasserdampf reagiert und sich verändert und schnell in dessen Anwesenheit dunkelt. Dort soll die Widerstandsfähigkeit der Kunststoffumhüllung gegen Wassereinfluß verbessert werden. Die elektrisch aktiven Schichten befinden sich in einer dünnen Umhüllung aus thermoplastischem Material, das evakuiert wird und längs seiner Kanten heißversiegelt wird. Eine hydrophile Schicht, vorzugsweise eines Capro-1actarn-Polymers, d.h. eines Polyamides mit dem Handelsnamen Nylon 6, wird in die Umhüllung aus der thermoplastischem Material zusammen mit den elektrisch aktiven Komponenten laminiert. Dieses hydrophile Material transmittiert Licht und kann zwischen die transparente Elektrode und die äußere Umhüllung gefügt werden. Andere plastische Materialien, die die gewünschten Eigenschaften für eine derartige hydrophile Schicht haben, sind Zelluloseacetat sowie Zelluloseacetatbutyrat. Auch Filme

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von Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon und Copolymere bestimmter Anhydride können benutzt werden. Diese Entgegenhaltung illustriert somit das Problem der Zerstörung einer elektrolumineszenten Zelle, die Feuchtigkeit ausgesetzt ist, und bietet eine mögliche Lösung dafür an.

Die US-PS 3 238 407 zeigt eine organisch-polymere Matrix, in die elektrolumineszenter Phosphor eingebettet oder darin dispergiert werden kann, um eine lichtproduzierende Schicht einer elektrolumineszenten alle zu bilden. Das Material der Matrix besteht aus einem cyano-äthylierten Polyglucosid, wie beispielsweise Cyanoäthylzellulose. Wenn der Phosphor zunächst in eine Paste mit einem kleinen Anteil eines geeigneten Plastifizierers eingebracht wird, kann es danach ohne Schwierigkeiten in eine Lösung aus Cyanoäthylpolyglucosid dispergiert werden. Ein geeigneter Plastifizierer dieser Art ist Cyanoäthylphtalat. Es ist dort auch angegeben, daß Cyanoäthylpolyglucosid auch als Matrix für eine isolierende Schicht eines anorganischen Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante, wie beispielsweise Bariumtitanat oder Titandioxid, benutzt werden kann.

Die US-PS 3 197 664 beschreibt flexible elektrolumineszente Einrichtungen mit erhöhter Leuchtstärke durch Verwendung eines Cyanoäthylzellulose-Dielektrikums, das bis zu einem gewissen Ausmaß eine Substitution von Cyanoäthylradikalen in einer Anhydroglucoseeinheit eines Zellulosepolymers von 2,3 bis 2,5 hat. Ein wesentliches Merkmal der dortigen Erfindung ist, daß die Verwendung einer Cyanoäthylzellulose mit einem Substitutionsgrad von 2,4 es einem Polymer ermöglicht, ohne die Verwendung eines Plastifizierers hergestellt

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zu werden und dabei eine gute Adhäsion und eine große Helligkeit zu erhalten.

Die US-PS 3 295 002 zeigt einen verbesserten lichtübertragenden elektrisch leitenden Lack, der in flexiblen elektrolumineszenten und elektrisch fotosensitiven Einrichtungen eingesetzt werden kann. Die Erfindung besteht dabei insbesondere in einem lichtübertragenden elektrisch leitenden Lack aus Äthylhydroxyäthylzellulose, mit einem Volumen von 30 bis 70 %, vorzugsweise 40 bis 50 %, von Indiumoxid (In₂O₃), das in Form feiner Partikel vorliegt, vorzugsweise in einer Größe von weniger als 10 Mikron im Durchmesser.

Die US-PS 3 315 111 bezieht sich auf einen elektrisch leitenden Lack oder eine Filmzusammensetzung von lichtübertragendem Charakter und insbesondere auf eine Elektrode mit einem elektrisch leitenden Lack sowie eine elektrolumineszente Zelle, die mit einer derartigen Elektrode ausgerüstet ist. Die lichtübertragende Elektrode beinhaltet dabei eine Schicht eines elektrisch leitenden Lackfilmes, der aus einem im wesentlichen transparenten organischen Kunststoff gemacht ist, der einen elektrisch leitenden, lichtübertragenden Füllstoff hat. Das Material besteht entweder aus transluzenten elektrisch leitenden Pulverpartikeln bestimmter Metalloxide oder Faserpartikeln von Glas oder anderen geeigneten inerten Materialien, versehen mit einer lichtübertragenden Beschichtung eines elektrisch leitenden Materials, wie beispielsweise Indiumoxid. Der elektrisch leitende Füllstoff kann dabei in Form einer einzelnen Festphase vorliegen, bestehend aus Partikeln eines Materials, das selbst elektrisch leitend ist. Der Füllstoff kann auch in Form eines beschichteten Substratsystems vorliegen, bestehend aus inerten, transparenten

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Substratpartikeln, die mit dem dünnen, lichttransmittierenden Film eines elektrisch leitenden Materials beschichtet sind.

Die US-PS 3 847 659 beschreibt ein Verfahren zum Niederlegen von Zinnoxid oder Indiumoxid auf einen Kunststoff substrat zur Verwendung in einer transparenten, elektrisch leitenden Beschichtung. Geeignete Materialien für das Kunststoffsubstrat beinhalten Polyäthylenteraphtalat und Polyäthylennaphtalendicarboxylat. Um die Adhäsion zwischen der resultierenden Beschichtung und der Kunststoffbasis zu verbessern, kann eine Vorbeschichtung auf der Oberfläche des Basismaterials vorgenommen werden. Der Vorbeschichtungslack sollte so gewählt werden, daß er keine flüchtigen Bestandteile abgibt, um bei der Vakuumbildung ein hohes Vakuum zu erreichen. Es sollte ferner eine gute Wärmewiderstandsfähigkeit bei den Temperaturen vorhanden sein, die für die Oxidationsbehandlung erforderlich werden, und es sollte Transparenz vorhanden sein, die nicht die transparenten Eigenschaften der elektrisch leitenden Schicht beeinträchtigt. Ein derartiges Vorbeschichtungsmaterial kann ein Beschichtungsmaterial mit einem Silikonharz oder einem Epoxyharz sein.

Wie allgemein bekannt, werden elektrolumineszente Zellen durch Einkapseln von Laminaten elektrisch aktiver Schichten der Zelle in thermoplastischen Polymeren hergestellt. Beispiele geeigneter thermoplastischer Polymere für diesen Zweck sind Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen, Pölychlorotrifluoräthylen, PoIystyrol, Methylmethycrylat, Polyvinylidin, Vinylchlorid und Fluorid-Polymere. Alle derartigen thermoplastischen Materiale werden vorzugsweise zusammen mit einem trocknend wirkenden Material wie Nylon 6 benutzt, das in die

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elektrolumineszente Zelle mit eingekapselt wird. Das Bauelement wird dann Hitze und Druck unterworfen, wodurch die thermoplastischen Schichten um die elektrisch aktiven inneren Schichten herum zusammenschmelzen. Typisehe Herstellungsverfahren sind diesbezüglich in der US-PS 2 945 976 und 3 047 052 beschrieben. Die elektrolumineszente Zelle wird zusammengebaut und auf einer wärmeisolierten Vakuumplatte angeordnet. Die dann erforderliche Hitze wird dadurch erzeugt, daß man elektrisehen Strom durch eine dünne Platte oder Folie leitet, die in innigem Kontakt mit dem zu laminierenden Material steht. Darüber hinaus wird die Anordnung auf einer Vakuumplatte angeordnet und eine Aluminiumfolie wird darübergelegt, die einen Spalt zwischen Kontaktstreifen oder Leitungsstangen überbrückt, die sich auf jeder Seite der Platte befinden. Die Aluminiumfolie wirkt wie ein elektrischer Widerstandserhitzer. Die Oberplatte wird dann auf die untere Vakuumplatte aufgebracht. Eine Dichtung dichtet die Zelle zwischen den beiden Platten ab und ein inertes Gas wird unter Druck eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird Strom durch die Aluminiumfolie geleitet und die thermoplastischen Schichten schmelzen zusammen und bilden die Verkapselung der elektrolumineszenten Zelle. Die flächenmäßigen Dimensioaen derartiger elektrolumineszenter Zellen sind durch die Geräte beschränkt, die für die Konstruktion und die ordnungsgemäße Verkapselung derartiger Zellen erforderlich sind·

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexible elektrolumineszente Zelle zu schaffen, deren Flächendimensionen nicht durch die bislang in Benutzung befindlichen Geräte begrenzt ist und die darüber hinaus flexibler ist als die bisherigen Zellen dieser Art. Die Aufgabe besteht ferner darin, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zelle aufzuzeigen.

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Die erfindungsgemäße Lösung ist bezüglich der Üle im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches 1, bezüglich des Verfahrens im kennzeichnenden Teil des Hauptverfahrensanspruches 13 gekennzeichnet. Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Beim Erfindungsgegenstand werden die elektrisch aktiven Komponenten der Zelle mit einem warmhärtenden Kunststoff, wie beispielsv/eise einem Silikonharz, versiegelt. Das Silikonharz kann dabei beispielsweise mit einer Dicke von nur 0,0254 bis 2,54 mm aufgetragen werden. Bevorzugte Dickenbereiche liegen zwischen 0.025 und 0,25 mm. Mögliche Dicken von 0,025 bis 0,050 mm zeigen die außerordentliche Flexibilität einer derartigen Zelle. Das Beschichten kann dabei durch Sprühmethoden oder aber auch im Siebdruckverfahren aufgetragen werden. Dabei können elektrische Leiter aus der Beschichtung von den aktiven elektrischen Komponenten vorstehen. Hierdurch entfallen geräteseitig die bislang üblichen Bindungen insbesondere bezüglich der Größen der Zellen. Die Leistung des Herstellungsverfahrens läßt sich gegenüber dem bisherigen außerordentlich steigern. Das eingesetzte Verkapselungsmaterial ist in hohem Grade widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit, so daß die Verv/endung gesonderter trocknend wirkender Schichten entfallen kann. Auch gesonderte dielektrische Schichten innerhalb der Zelle können entfallen. Auch das Laminieren unter Hitze und Druck kann entfallen, wodurch sich insbesondere der Arbeitsaufwand und die Zeit im Herstellungsverfahren verringern. Derartige elektrolumineszente Zellen können ohne weiteres in Bereichen von 6 bis 120 Volt der Sinuswelle arbeiten, sowie bei Frequenzen von 50 Hertz bis 20 Kilohertz. Insbesondere die Möglichkeit, das Siebdruckverfahren zur

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Beschichtung einsetzen zu können, führt zu sehr hohen Leistungen bei der Zellenherstellung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigen

Fig. 1 eine stark schematische Querschnittsdarstellung der verschiedenen Schichten einer bislang üblichen elektrolumineszenten Zelle,

Fig. 2 eine schematisierte Schnittdarstellung durch eine flexible elektrolumineszente Zelle gemäß der Erfindung.

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 kurz der Aufbau einer bislang üblichen flexiblen elektrolumineszenten Zelle 11 mit einer Front 9 und einer Rückseite 10 beschrieben. Eine flexible metallische Basiselektrode, wie beispielsweise eine Aluminiumfolie 12, ist mit einer dielektrischen Schicht 13 beschichtet, die aus Bariumtitanat in einem dielektrischen Kunststoffmedium besteht. Auf die Schicht 13 ist eine Schicht 14 mit elektrolumineszentem Phosphor aufgeschichtet, der in einem Kunststoffmedium dispergiert ist, wie beispielsweise in Cyanoäthylzellulose, der ein Plastifizierer, wie beispielsweise Cyanoäthylphtalat, beigegeben sein kann.

Auf die Phosphorschicht 14 ist eine transparente obere Elektrode 15 aufgeschichtet, die aus Indiumoxid in einem plastischen dielektrischen Medium, wie beispielsweise Äthylhydroxyäthylzellulose, besteht. Ein Strompfad 16

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aus Blattmetall aus Silber oder Gold kann im Siebdruck auf die obere Elektrode gedruckt werden, um das Stromübertragungsvermögen zu verbessern. Leiter 18 aus Metallstreifen können dann an der vorderen und der hinteren Elektrode befestigt werden. Das oben geschilderte Paket wird dann zwischen den vorderen und rückseitigen Schichten 19 und 20 eines feuchtigkeitsbeständigen thermoplastischen Filmes durch Laminieren bei Hitze und Druck zum Schutz gegen Umwelteinflüsse eingekapselt.

Die äußeren Kanten der vorderen und rückwärtigen Schichten 19 und 20 schmelzen zusammen. Ein typisches thermoplastisches Material zum Einkapseln der elektrisch aktiven Zellenbestandteile ist Polychlorotrifluoräthylen. Darüber hinaus kann eine Schicht 17 von Nylon 6 oder Capron zwischen der Indiumoxidschicht 15 und der Frontschicht 19 des verkapselnden thermoplastischen Materials angeordnet werden. Die Schicht 17 wirkt als Trockenmittel und Feuchtigkeitsbarriere. Bezüglich der Rückseite wirkt die leitende Metallfolie 12 als eine solche Feuchtigkeitsbarriere.

Das Zusammensetzen einer derartigen Zelle 11, wie in Fig. 1 dargestellt, beginnt mit der leitenden Aluminiumfolie 12. Die Schichten von Bariumtitanat 13, Phosphorschicht 14, Indiumoxidschicht 15 und Silberstrompfad 16 können dann durch Verfahren, wie beispielsweise den Siebdruck, aufgedruckt werden. Die Nylonschicht 17 wird dann hinzugefügt. Die Elektrodenleiter 18 werden an Ort und Stelle gebracht und es werden dann die Schichten 19 und 20 des Kunststoffes oberhalb und unterhalb der genannten Baugruppe angeordnet. Die Zelle wird dann zwischen den Schichten 19 und 20 unter Hitze und Druck in einem Gerät wie beispielsweise in der US-PS 3 047 052 und US-PS 2 945 976 laminiert. Bei der dann fertigen flexiblen elektrolumineszenten Zelle 11 wird Licht durch die Vor-

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derfläche 9 und die transparente Elektrode 15 transmittiert, während durch die Rückseite 10 kein Licht transmittiert wird.

Bei der flexiblen elektrolumineszenten Zelle gemäß der Erfindung werden die elektrisch aktiven Komponeten mit einer Beschichtung eines warmhärtbaren Polymers versiegelt, wie beispielsweise einem Silikonharz. Ein grundlegendes Ausführungsbeispiel einer derartigen Zelle gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 nachfolgend beschrieben. Die Zelle 25 hat eine Front 28, eine Rückseite 29 und einen inneren Abschnitt 27. Der innere Abschnitt beinhaltet einen elektrisch aktiven inneren Abschnitt in Form von zwei leitenden Schichten 32 und 34, zwischen die eine elektrolumineszente Phosphorschicht 33 gebettet ist. Mindestens eine der leitenden Schichten ist transparent. Die transparente leitende Schicht 32 ist auf die Rückseite eines transparenten Plastiksubstrates 31 aus einem Polyester oder aus Polyäthylenteraphtalat geschichtet, die an die Front 28 angrenzt. Es werden dann die Phosphorschicht 33 und die rückwärtige leitende Schicht 34 aufgebracht. Mit jeder der leitenden Schichten werden entsprechende Leiter verbunden. Ein Beschichtung mit einem Silikonharz 36 wird in abdichtender Form auf die Rückseite 29 gebracht und sie kapselt dabei den elektrisch aktiven inneren Abschnitt 27 zwischen dem vorderseitigen Plastiksubstrat 31 und der rückwärtigen Silikonharzbeschichtung 36 ein. Das Silikonharz kann im Siebdruckverfahren aufgebracht werden oder durch Sprühmethoden, und zwar in Dicken von 0,025 mm bis zu 2,54 mm, mit einem bevorzugten Dickenbereich von 0,0254 mm bis 0,254 mm. Die Silikonharzbeschichtung kann also tatsächlich bis in Dickenbereiche von 0,025 bis 0,050 mm heruntergehen. Wahlweise

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kann das Silikonharz dazu benutzt werden, auch die Frontseite des Plastiksubstrates 31 zu überdecken, ebenso wie die Rückseite der Zelle, so daß die Zelle dann insgesamt vollständig in Silikonharz eingekapselt ist. Wenn die elektrisch aktiven Teile und auch die transparente Plastiksubstratschicht 31 in dem Silikonharz eingekapselt sind, stehen lediglich die elektrischen Leiter durch die Silikonharzbeschichtung von den Leitern im Inneren der Zelle hervor.

Das Ausführungsbeeispiel nach Fig. 2 hat eine Substratschicht 31 aus Polyäthylenterephtalat in Filmform. Der Film hat eine abgeschliffene oder mattierte Oberfläche. Auf den Film ist ein transparenter Leiter 32 niedergelegt, beispielsweise eine dünne Metall- oder Metalloxidschicht. Die transparente leitende Schicht kann Indiumoxid sein, Zinnoxid oder Zinn- und Indiumoxid oder eine dünne Gold- oder Silberschicht. Die Substratschicht 31 ist vorzugsweise 0,0254 bis 0,254 mm dick, wobei Indiumoxid und/oder Zinnoxid in filmform darauf niedergelegt v/erden, wie im einzelnen in der US-PS 3 347 659 beschrieben. Der Film der Schicht 31 wird zumindest auf einer Seite abgeschliffen oder mattiert, um die Adhäsion der transparenten leitenden Schicht 32 zu begünstigen.

Eine elektrolumineszente Phosphorschicht 33 wird auf die transparente leitende Schicht 32 aligedruckt oder aufgesprüht. Die Phosphorbeschichtung 32 ist bekannter Art und besteht aus Phosphor, der in einem Kunststoffbinder suspendiert ist. Der Kunststoffbinder kann ein Epoxyd, Vinyl, ein Acryllack oder ein Zelluloselack sein. Typische derartige Phosphorbescheichtungen sind in den US-PSen 3 238 407 und 3 197 664 gezeigt. In diesem speziellen Anwendungsfall kann der Phosphor eine

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Partikelgröße von 1 bis 70 Mikron im Durchmesser haben. Dieser Partikelgrößenbereich ist zu bevorzugen, wenn zur Auftragung der Phosphorschicht das Siebdruckverfahren benutzt wird. Beispielsweise kann man mit einer Polyesterschablone von 160 Mesh eine Phosphorschicht von 12 bis 18 Mikron bei Einstellung einer Viskosität von 1.000 bis 2.000 Centipoise niederlegen, wenn Phosphorpartikel einer Größe von 10 Mikron in einer Suspension von Cyanoäthylzellulose benutzt werden, die durch einen Plastifizierer, wie beispielsweise Cyanoäthylsucros oder Cyanoäthylphtalat plastifiziert ist und die in einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und Methyläthylketon gelöst ist. Wenn die Phosphorschicht aufgesprüht werden soll, sollte die Viskosität bei etwa 1.000 Centipoise liegen. Sie kann dann mit den meisten Sprühgeräten verarbeitet werden. Es ist wichtig hervorzuheben, daß die Viskosität der Phosphorbeschichtung für den Anmeldungsgegenstand nicht kritisch ist. Die Viskosität kann in einfacher Weise durch die Hinzufügung von geeigneten Lösungsmitteln verändert werden, um die Phosphorbeschichtung jeweils den verschiedenen Auftragungsmethoden und -geräten anzupassen.

Eine geringe Menge eines Verbindungsstoffes aus der Gruppe der Siliciumwasserstoffe, beispielsweise handelsüblich unter den Handelsnamen Dow Comings¹ Z6062 und Z6070, kann der Phosphorsuspension in der Phosphorschicht 33 zugefügt werden oder kann auf die transparente leitende Schicht 32 gebracht werden, um die Anhaftung der Schichten 32 und 33 aneinander zu verbessern. Dieser Wirkstoff hat, wenn er in der Phosphorschicht eingesetzt wird, eine Konzentration von etwa 0,05 Teilen pro 100 Harzanteilen.

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Daraufhin wird die rückwärtige leitende Schicht 34 auf die Phosphorschicht 33 gebracht. Die rückwärtige leitende Schicht 34 ist generell nicht transparent und kann ein Blattmetall aus Silber oder Gold sein, das durch Siebdrucken oder Sprühen aufgebracht werden kann. Die leitende Blattmetalllage kann eine Basis in Form eines Epoxyds, eines Acryls oder eines Vinyls haben. Das Blattmetall kann im Siebdruckverfahren mit einer Schablone von 160 Mesh mit einer Dicke von 4 bis 10 Mikron aufgetragen werden, nach einem Erhitzen von etwa 10 Minuten bei etwa 80⁰C.

Ein rückwärtiger Leiter 38 und ein vorderseitiger Leiter 35 aus leitendem Material, wie beispielsweise Kupferdraht, werden an die leitenden Zellschichten mit einem leitenden Epoxy-Klebstoff befestigt.

Das so gebildete Zellenpaket kann dann mit einem Silikonharz, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Dow Comings¹ R-4-3117 bekannt ist, versiegelt werden. Das Silikonharz kann im Siebdruckverfahren oder durch Sprühen aufgebracht werden. Es ist lediglich erforderlich, die Silikonbeschichtung auf die Rückseite 29 der elektrolumineszenten Zelle aufzubringen. Das Silikon haftet an der mattierten oder abgeschliffenen Plastiksubstratschicht 31 an und es erfolgt ein Einkapseln des elektrisch aktiven inneren Abschnittes 27 zwischen der Schicht 31 und der rückwärtigen Silikonharzbescheichtung 36. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Plastiksubstratschicht 31 auch auf der Vorderseite abgeschliffen oder mattiert und es findet eine zusätzliche Silikonschicht auf der Vorderfläche Anwendung, um die elektrolumineszente Zelle vollständig im Silikonharz einzubetten. Die vollständige Einkapselung im Silikonharz schafft einen zusätzlichen Schutz gegenüber schädigenden Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, da Silikon bekanntlich stark

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wasserabweisend ist. Wenn die elektrisch aktiven Teile und die Substratschicht 31 vollständig in eine Silikonharzschicht eingekapselt sind, stehen lediglich die elektrischen Leiter durch die Silikonharzschicht nach außen vor. Falls gewünscht, brauchen die Leiter nicht zugefügt werden, bevor das Silikon aufgebracht wird. Teile der Zelle können freigelegt werden und die elektrischen Leiter können zu einem späteren Zeitpunkt angeknüpft werden.

Die versiegelnde Silikonharzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann in ähnlicher Weise auch eingesetzt werden, um die inneren Teile anderer, bislang üblicher elektrolumineszenter Zellenkonstruktionen einzukapseln, wie sie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt sind, und zwar anstelle des thermoplastischen Polymers. Ferner kann zusätzlich eine Trocknungsschicht, wie beispielsweise Nylon, beim bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 des Erfindungsgegenstandes zugefügt werden. Ferner kann eine solche Trocknungsschicht dann, wenn eine ansonsten übliche Zellkonstruktion mit einer Silikonharzschicht versehen wird, fortgelassen werden.

Verfahrensbeispiel

Vom Prinzip her besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, die inneren elektrisch aktiven Komponenten einer flexiblen elektrolumineszenten Zelle in einer dünnen Beschichtung eines warmhärtbaren Polymers dicht zu verschließen. Das warmhärtbare Polymer kann dabei im Sieb druckverfahren oder durch Sprühen aufgebracht werden.

Die einzelnen Bestandteile des elektrisch aktiven inneren Abschnittes 27 einer elektrolumineszenten Zelle werden auf

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eine Ptestiksubstratschicht 31 beispielsweise aus PoIyäthylenterephtalat geschichtet. Leiter 35 und 38 werden an den entsprechenden leitenden Schichten des elektrisch aktiven inneren Abschnittes 27 befestigt. Dieser innere Abschnitt 27 wird dann dicht zwischen dem Plastiksubstrat 31 und einer Beschichtung von warmhärtbarem Kunststoff 36, wie beispielsweise Silikonharz, eingekapselt, wobei man lediglich die Leiter durch den warmhärtbaren Kunststoff nach außen vorstehen läßt.

Gemäß einer anderen Verfahrensform ist es möglich, sowohl den inneren aktiven Abschnitt 27 wie auch das Plastiksubstrat 31 beide in einer Beschichtung aus v/armhärtbarem Kunststoff einzukapseln und dabei dann lediglich die Leiter aus dem warmhärtbaren Kunststoff nach außen vorstehen zu lassen.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensdurchführung ist vorgesehen, die inneren elektrisch wirksamen Komponenten der Zelle in einer Schicht einer Schichtstärke von 0,0254 bis 2,54 mm einzukapseln und die Leiter aus dem hierzu verwendeten Silikonharz vorstehen zu lassen. Vorzugsweise wird eine Schichtstärke von 0,0254 bis 0,254 mm verwendet. Es hat sich gezeigt, daß so niedrige Schichtstärken in Bereich von 0,025 bis 0,050 mm zu befriedigenden Ergebnissen führen. Das Silikonharz kann dabei im Siebdruckverfahren oder durch Sprühen aufgebracht werden.

Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform wird auf der Substratschicht 31 eine transparente leitende Schicht niedergelegt. Dabei wird vorzugsweise die Substratschicht im Sinne ihrer Aufrauhung abgeschliffen oder mattiert, und zwar mindestens auf einer Seite, vorzugsweise aber auf ihren beiden Seiten. Die transparente leitende Schicht 32 kann aus einem Metalloxid, wie beispielsweise Zinnoxid oder Indiumoxid oder aus diesen beiden Oxiden zusammen,

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bestehen. Die transparente leitende Schicht kann auch aus einer dünnen Metallschicht wie Gold oder Silber in Blattmetallform bestehen. Vorzugsweise wird eine Schicht eines Zinnoxids und eines Indiumoxids verwendet, wobei die Schicht vakuum niedergelegt wird, wie es im einzelnen in der US-PS 3 847 659 beschrieben ist. Die Substratschicht 31 hat vorzugsweise eine Schichtstärke zwischen 0,0254 und 0,254 mm. Sie kann aber bei Wunsch und Bedarf auch dicker sein. Dann wird eine elektrolumineszente Phosphorschicht 33 im Siebdruckverfahren oder durch Sprühen auf die leitende Schicht 32 aufgetragen. Die Phosphorbeschichtung 33 beinhaltet dabei Phosphorpartikel zwischen 1 und 70 Mikron im Durchmesser in einem Kunststoffbinder, der beispielsweise aus einem Epoxyd, einem Vinyl, einem Acryl oder einem Zelluloselack bestehen kann, wie in den US-PSen 3 238 407 oder 3 197 664 beschrieben. Auch andere bekannte Kunststoffbinder können eingesetzt werden. Als Beispiel für die Auftragung im Siebdruckverfahren sei darauf verwiesen, daß beispielsweise eine Polyesterschablone von 160 Mesh eingesetzt werden kann, um eine Schichtstärke von 12 bis 18 Mikron der Phosphorbeschichtung aufzutragen, wenn diese eine Viskosität von 1.000 bis 2.000 Centipoise hat. Die Phosphorpartikelgröße liegt bevorzugt bei etwa 10 Mikron und die Partikel sind in einem Cyanoäthylzellulose-Kunststoffbinder suspendiert, der mit Cyanoäthylphtalat plastifiziert ixfc sein kann und der in Aceton, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid und Methylethylketon gelöst sein kann. Auch andere Lösungsmittel können zur Verdünnung des Binders eingesetzt werden. Ein geringe Menge eines Verbindungswirkstoffes aus der Gruppe der Siliciumwasserstoffe kann der Phosphorsuspension zugefügt werden oder kann gesondert auf die transparente leitende Schicht aufgetragen werden, um die Anhaftung zu verbessern. Im hier beschriebenen Beispiel wird die Phosphorschicht für etwa

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5 bis 10 Minuten bei 71°C getrocknet. Daraufhin wird eine rückwärtige elektrisch leitende Schicht 34 aufgebracht. Diese kann aus Silber oder Gold in Blattmetallform bestehen, insbesondere wenn die Auftragung im Siebdruckverfahren auf die Phosphorschicht beabsichtigt ist. Auch hier kann eine Schablone von 160 Mesh eingesetzt werden, um eine Schichtstärke von 4 bis 10 Mikron zu erzeugen. Es erfolgt dann ein Trocknen von 10 Minuten bei 82°C.

Daraufhin können an der transparenten vorderen leitenden Schicht 32 und an der rückwärtigen leitenden Schicht 34 Leiter 35, 37 befestigt werden. Vorzugsweise werden Kupferdrahtleiter verwendet. Es können jedoch auch andere Leiter aus leitendem Metall eingesetzt werden.

Dami ist der innere aktive Abschnitt der Zelle komplettiert und fertig vorbereitet, um mit dem Silikonharz dicht verkapselt zu werden. Das Silikonharz kann durch Sprühen oder im Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Das Silikonharz wird auf der rückwärtigen Seite 29 des inneren elektrisch aktiven Abschnittes 27 aufgeschichtet. Es braucht dabei lediglich auf die Rückseite aufgebracht zu werden und es haftet dabei an der Substratschicht an, die hierzu unter den leitenden Schichten 32 und 34 und der Phosphorbeschichtung 33 vorsteht und dabei eine Umrandung für diese Schichten bildet, die zur Rückseite 29 zwecks Kontakt mit der Silikonharzschicht 36 offenliegt. Zweckmäßig wird die Substeatschicht 31 im Sinne ihrer Aufrauhung abgeschliffen oder mattiert, um eine mechanische Anhaftung des Silikons zu haben. In einer bevorzugten Durchführungsform wird die Silikonschicht im Siebdruckverfahren sowohl auf die Rückseite 29 wie auch auf die Vorderseite 28 aufgetragen, so daß die inneren elektrisch aktiven Teile der Zelle und auch die

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Substratschicht 31 vollständig in dem Silikonharz abgedichtet eingekapselt sind, wobei dann lediglich die elektrischen Leiter 35 und 37 aus der Silikonharzschicht vorstehen. Die Kanten der elektrolumineszenten Zelle werden dicht verschlossen, wenn das Silikonharz auf die Vorder- und Rückseiten der Zelle aufgebracht wird· Vorzugsweise ist die Substratschicht 31 auf beiden Seiten aufgerauht oder mattiert, so daß
das mit der Vorderfläche der Substratschicht 31, die zur Frontfläche 28 der Zelle weist, in Kontakt geratende Silikon auch hier gut mechanisch anhaftet. Die Aufbringung des Silikonharzes auf beide Seiten gibt einen zusätzlichen, besonders guten Schutz gegen
schädigende Umwelteinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit. Weil Silikon bekanntlich stark wasserabweisend ist, ist es nicht erforderlich, eine gesonderte zusätzliche Wasser- oder Feuchtigkeitssperre als Trockenschutz für die Schichten im Inneren der Zelle vorzusehen·

Silikon ist ein warmhärtbares Polymer, das in Anwesenheit eines Katalyten polymerisiert. Ein geeignetes Silikonharz, wie es beispielsweise von der Firma Dow Corning unter dem Handelsnamen R-4-3117 vertrieben wird, hat sich zusammen mit einem geeigneten Kttalyten, wie es ebenfalls von der Firma Dow Corning unter dem Handelsnamen XY-176 vertrieben wird, als gut geeignet erwiesen. In nicht feuchter Umgebung härtet dieses Silikonharz gut aus. Die Aushärtung erfolgt bei etwa 71 C bei einer Aushärtungsdauer von 1 Stunde oder bei etwa 93 C und einer Aushärtdauer von einer halben Stunde. Man hat bislang Silikon nicht als Einkapselungsmaterial verwendet, weil es kein thermoplastisches Harz ist. Bitlang sind elektrolumineszente Zellen zwischen Lagen eines thermoplastischen Polymers eingekapselt worden, die unter

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Hitze und Druck zusammengeschmolzen werden. Bei Verwendung einer Silikonbeschichtung ist aber die Anwendung von Hitze und Druck zur Laminierung nicht erforderlich.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektrolumineszente Zelle kann bei Spannungen von 6 bis 120 Volt und bei Frequenzen zwischen 50 Hertz und 20 Kilohertz betrieben werden. Licht von dieser Zelle ist mit dem Auge sichtbar, wenn sie mit 8 Volt betrieben wird. Das Licht ist instrumental bei einem Betrieb mit 6 Volt aufspürbar. Die Verwendung der Substratschicht 31 aus Polyäthylenterephtalat und die Verwendung von Indiumoxid und Zinnoxid für die transparente Leiterschicht machen es unnötig, eine dielektrische Schutzschicht beispielsweise aus Bariumtitanat zu verwenden. Dies resultiert in einer Verringerung der erforderlichen Stromstärke, die durch die Zelle strömen muß, ohne daß die Helligkeit dabei beeinträchtigt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die üblichen Laminiertechniken und die üblichen Geräte, wie sie bislang bei der Herstellung flexibler elektrolumineszenter Zellen benutzt und benötigt werden, nicht mehr benötigt, Bs können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Zellen hergestellt werden, wie sie bislang im Hinblick auf ungleichförmige Umrißformen oder bestimmte Längen mit den üblichen Laminiertechniken und den hierzu benutzten Geräten nicht hergestellt werden konnten. Die Möglichkeit sehr geringer Dicken insbesondere auch in der einkapselnden Silikonharzbeschichtung führen zu einer bislang nicht gekannten hohen Flexibilität. Demgegenüber war es bislang mit den bisherigen Laminiertechniken und

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mit den bisherigen Geräten praktisch nicht möglich, Einkapselungsschichten von weniger als 0,254 mm Stärke zu erzeugen.

Zusätzlich zur Verwendung eines nennenswert dünneren flexiblen Einkapselungsmaterials ist eine gesonderte Trocknungsschicht nicht erforderlich und eine derartige elektrolumineszente Zelle kann die transparente leitende Schicht von Zinnoxid und Iniumoxid benutzen, wie sie in der US-PS 3 847 659 beschrieben ist. Die Verwendung dieser transparenten Leitungsschicht ermöglicht es auch, auf eine dielektrische Schutzschicht zu verzichten. Auch durch diese Maßnahmen wird die Dicke der Zelle reduziert.

Der Anmeldungsgegenstand ermöglicht es ferner, eine Zelle zu stanzen oder in Schneidbacken zu schneiden und danach ohne Beschädigung der Zelle diese dichtend zu verschließen. Die Zelle kann mit außerordentlich hohen Produktionsleistungen hergestellt werden, indem man die hohen Geschwindigkeiten der Siebdrucktechnik und die dort anwendbaren Zusatzeinrichtungen wie Infrarotöfen oder Ultraviolettöfen verwendet.

Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind im Rahmen des Erfindungsgedankens ohne weiteres möglieh.

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Claims (27)

MIDLAND-ROSS CORPORATION Patettenwalte Dr. O. Loesenbeck Dipl.-lng. Strscke DipUng. Loesonbeck 48 Bielefeld. Herfotiier Strafte Patentansprüche

1. Flexible elektrolumineszente Zelle mit inneren elektrisch aktiven Komponenten und entsprechenden Leitern, gekennzeichnet durch ein Kunststoff substrat (31), wobei die elektrisch aktiven Komponenten auf das Kunststoffsubstrat (31) geschichtet sind, sowie eine warmhärtbare Kunststoffbeschichtung (36), mit der die inneren elektrisch aktiven Komponenten gegen das Kunststoffsubstrat (31) nach außen dicht verschlossen sind, wobei die Leiter (35,37) von den elektrisch aktiven Komponenten nach außen durch den warmhärtbaren Kunststoff vorstehen.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der warmhärtbare Kunststoff Silikonharz ist.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den elektrisch aktiven Komponenten auch das Kunststoffsubstrat (31) nach außen abgedichtet in die Beschichtung aus warmhärtbarem Kunstharz eingebettet ist.

4. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des warmhärtbaren Kunstharzes eine Schichtstärke von 0,0254 bis 2,54 mm hat.

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5. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Silikonharzbeschichtung in einer Schichtstärke von 0,0254 bis 0,254 mm vorgesehen ist.

6. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Schicht (31) des Kunststoffsubstrates eine transparente elektrisch leitende Schicht (32) niedergelegt ist und auf dieser Schicht eine weitere Schicht (33) mit elektrolumineszentem Phosphor angeordnet ist, auf der Phosphorschicht (33) eine metallisch leitende Materialschicht angeordnet ist, mit der transparenten leitenden Schicht (32) und der metalleischen leitenden Schicht (34) Leiter (35,38) verbunden sind und die vorstehend genannten Schichten von der Silikonharzbeschichtung (36) nach außen dichtend eingekapselt sind.

7. Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente elektrisch leitende Schicht (32) auf der Basis von Metalloxiden, bestehend aus Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinn- und Indiumoxid,aufgebaut ist.

8. Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente elektrisch leitende Schicht (32) auf der Basis dünner Metallfilme, bestehend aus Gold und Silber, aufgebaut ist.

9. Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffsubstratschicht (31) aus Polyester besteht und zumindest auf einer Seite im Sinne verbesserter Anhaftung aufgerauht ist.

10. Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorschicht (33) Phosphorpartikel in einer Partikelgröße von 1 bis 70 Mikron beinhaltet, wobei die Phosphorpartikel in einem Kunststoffbinder suspendiert sind.

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11. Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorschicht (33) des weiteren eine gringe Menge eines Verbindungswirkstoffes auf der Basis Siliciumwasserstoff beinhaltet.

12. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen elektrolumineszenten Zelle nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren elektrisch aktiven Komponenten auf ein Kunststoffsubstrat geschichtet werden, dann die Leiter an den entsprechenden inneren elektrisch aktiven Komponenten befestigt werden und dann die inneren elektrisch aktiven Komponenten zwischen dem Kunststoffsubstrat und einer warmhärtbaren Beschichtung unter Abdichtung nach außen eingekapselt werden, wobei man die Leiter durch die warmhärtbare Beschichtung nach außen vorstehen läßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als warmhärtbarer Kunststoff ein Silikonharz verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß neben den elektrisch aktiven Komponenten auch das Kunstharzsubstrat in die warmhärtbare Kunststoffbeschichtung eingekapselt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der warmhärtbare Kunststoff im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren elektrisch aktiven Komponenten und gegebenenfalls das Kunststoffsubstrat in einer

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Silikonharbeschichtung einer Schichtstärke von 0,0254 bis 2,54 mm eingekapselt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonharz in einer Schichtstärke von 0,0254 bis 0,254 mm aufgetragen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem warmhärtbaren Kunststoff durch Aufsprühen eines Silikonharzes gebildet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Kunststoffsubstrat eine transparente elektrisch leitende Schicht niedergelegt wird, auf diese eine Schicht mit elektroluminesBzentem Phosphor aufgebracht wird, auf letztere eine metallisch leitende Schicht aufgetragen wird, die Leiter an der transparenten elektrisch leitenden Schicht und an der metallischen elektrisch leitenden Schicht befestigt v/erden und dann unter Vorstehenlassen der Leiter aus dem Silikonharz die vorstehenden Schichten mit einer SiIikonharzbeschichtung einer Schichtstärke von 0,0254 bis 2,54 mm nach außen abgedichtet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

daß das Beschichten der transparenten elektrisch leitenden Schicht, in der Indiumoxid und Zinnoxid verwendet werden, mit der elektrolumineszenten Phosphorschicht im Siebdruck geschieht.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die KunststoffSubstratschicht vor der weiteren Beschichtung zumindest auf einer Seite im Sinne der Erhöhung der Anhaftung aufgerauht wird.

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22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektrolumineszenten Phosphorschicht Phosphorpartikel einer Partikelgröße von 1 bis 70 Mikron verwendet werden, die in einem Kunststoffbinder suspendiert werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorschicht ferner eine geringe Menge eines Verbindungsv/irkstoffes auf der Basis Siliciumwasserstoff zugefügt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringung der elektrolumineszenten Phosphorschicht die transparente, elektrisch leitende Schicht mit einer Schicht eines Verbindungswirkstoffes auf der Basis Siliciumwasserstoff versehen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine KunststoffSubstratschicht aus Polyester eine transparente elektrisch leitende Schicht, die Indiumoxid und Zinnoxid enthält, niedergelegt wird und auf dieser eine elektrolumineszente Phosphorschicht im Siebdruckverfahren aufgebracht wird, wobei in der Phosphorschicht Phosphorpartikel in einem Durchmesserbereich von 1 bis 70 Mikron verwendet werden, die in einem Cyanoäthylcellulose-üinder eingemischt sind, dem v/ahlweise ein Verbindungswirkstoff auf der Basis Siliciumwasserstoff zugemischt ist, daß dann eine Blattsilber oder Blattgold beinhaltende metallisch leitende Schicht im Siebdruckverfahren auf die Phosphorschicht aufgebracht wird, Kupferdrähte an der transparenten elektrisch leitenden Schicht und an der metallischen leitenden Schicht befestigt werden und dann die Silikonharzbeschichtung in nach außen abdichtender Form im Sieb-

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druckverfahren auf die vorher zusammengefügten Zellenkomponenten aufgebracht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonharz in nach außen abdichtender Weise auf die zuvor zusammengefügten Zellenkomponenten aufgesprüht wird, wobei man lediglich die Leiter von dem Silikonharz unbeschichtet läßt.

27. Verfahren nach Anspruch 12 oder 19 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolumineszente Phosphorschicht nach ihrer Auftragung getrocknet wird und auch die metallisch leitende Schicht nach ihrer Auftragung getrocknet wird.

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