DE2803626C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolumineszierende Lampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Lampe.

Eingekapselte elektrolumineszierende Lampen sind seit vielen Jahren im Handel. Obwohl solche Lampen zuweilen von strukturell fester Bauart sind, besitzen sie doch in der Regel eine flexible Form. Solche eingekapselten elektrolumineszierenden Lichtquellen werden oft für Instrumentenbeleuchtungen verwendet und empfehlen sich in besonders hervorragender Weise als Außenbeleuchtung für Flugzeuge oder andere Fahrzeuge.

Es besteht ein zunehmendes Bedürfnis für elektrolumineszierende Beleuchtungseinheiten für Hochleistungsflugzeuge, wo die Umgebungs- und Temperaturbedingungen für die Lampen sehr streng sind. Solche Lampenanordnungen müssen wiederholt Temperaturen bis zu 180°C bei einer Höhe von etwa 27 000 m entsprechenden Umgebungsdrücken aushalten können. Ferner müssen sie eine andauernde Einwirkung von tropischem Sonnenlicht, Salzsprays, Vibrationen, Wärmeschocks und starker Feuchtigkeit aushalten. Eine Kombination solcher Bedingungen macht jedoch die derzeit verfügbaren elektrolumineszierenden Lampen und Lampenanordnungen unbrauchbar und führt zu strukturellen Schädigungen derselben, weshalb ein Bedarf für Lampeninstallationen besteht, die diese Bedingungen ohne Schaden überstehen und zu einem vernünftigen Preis auch alle Betriebsanforderungen erfüllen.

Bei bekannten elektrolumineszierenden Lampeninstallationen mit einer gewissen Fähigkeit, schädliche Umgebungs- und Temperaturbedingungen zu überstehen, ist die eigentliche Lampenstruktur in einem geeigneten Kunststoff eingekapselt. Gewöhnlich ist das für die Einkapselung verwendete Material ein Polychlortrifluoräthylenfilm (PCTFE). Diese Gruppe von polymerem Filmmaterial umfaßt Zusammensetzungen, die aus Copolymerisaten von CTFE und Vinylidenfluorid und Terpolymerisaten aus CTFE, Vinylidenfluorid und Tetrafluoräthylen bestehen. Eine Schlüsseleigenschaft, welche diese Materialien für elektrolumineszierende Lampen verwendbar macht, besteht darin, daß sie eine sehr geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf aufweisen. Solche filmförmigen Einkapselungsmittel lassen sich leicht mit einem scharfen Gegenstand schneiden, wie dies für dünne Filme aus organischen Materialien zu erwarten ist. Außerdem besitzt die CTFE-Gruppe von Einkapselungsmitteln eine ausgeprägte Neigung zu einer spannungsverursachten Rißbildung, die oft innerhalb sehr kurzer Zeit auftritt. Obwohl die Verwendung von Copolymerisaten mit Vinylidenfluorid und anderen Stoffen dieses Problem verringern soll, pflegt doch noch eine Rißbildung aufzutreten, obwohl diese manchmal über längere Zeiten verzögert wird, z. B. erst nach Wochen oder sogar Monaten auftritt. Bei einer großen Anzahl solcher eingekapselter elektrolumineszierender Lampen traten während Ruheperioden oder während des Versands Ausfälle wegen der Rißbildung des PCTFE-Einkapselungsmaterials auf, was einen Zutritt von Feuchtigkeit zu der elektrolumineszierenden Lampe selbst zur Folge hat.

Wenn ferner solche elektrolumineszierenden Lampen Temperaturen in einem Bereich von z. B. 93 bis 150°C (in der Regel beginnend bei etwa 110°C), insbesondere bei gleichzeitiger Anwendung eines Vakuums, ausgesetzt werden, neigen diese Lampen dazu, sich mit Gas zu füllen, wobei gleichzeitig die Elektroden innerhalb der Lampe getrennt werden. Wenn solche Lampen dann auf Umgebungstemperatur zurückkehren, zeigt sich, daß sie eine starke innere Schichtspaltung erfahren haben, was sich äußerlich in einem Wellig- oder Faltigwerden bemerkbar macht, wobei ein Teil oder die gesamte lichtemittierende Oberfläche unbrauchbar wird. Solche Temperaturbedingungen bei gleichzeitig vermindertem Druck treten im Flugbetrieb insbesondere bei der Außenbeleuchtung von Militär- und Zivilmaschinen auf und machen die Verwendung elektrolumineszierender Lampen mit einer solchen primären Einkapselung vollständig unbefriedigend, weshalb solche Lampen kaum, wenn überhaupt, für diese Zwecke verwendet werden.

Zur Verbesserung der Eigenschaften von elektrolumineszierenden Lampen wurde eine weitere sekundäre Einkapselung der Lampen mit aus CTFE oder PCTFE bestehenden primären Einkapselungen vorgeschlagen. Ein solches Gebildet ist in der US-PS 33 95 058 beschrieben. Danach werden elektrolumineszierenden Lampen mit einem verhältnismäßig starren Schutzmantel aus einem mit Glas verstärkten wärmehärtenden Kunststoff umhüllt, was ihnen einen beträchtlichen Schutz und mechanischen Halt verleiht. Auf diese Weise wurden elektrolumineszierende Lampen mit flachen und gekrümmten Umrissen hergestellt. Trotzdem werden auch hier viele der der Grundstruktur solcher Lampen anhaftenden Mängel, einschließlich der Neigung des PCTFE-Materials zur Rißbildung unter Spannung und der bei erhöhten Temperaturen und verminderten Drücken auftretenden Probleme, nicht gelöst.

Der durch eine starre verstärkende Kunststoffeinkapselung, wie sie bisher vorgeschlagen wurde, ausgeübte physikalische Zwang verhindert nicht das physikalische Versagen der flexiblen Kunststofflampe in dem vorstehend genannten Temperaturbereich von 93 bis 150°C, insbesondere unter vermindertem Druck. Ferner verhindert sie nicht eine allmähliche, von Zeit und Temperatur abhängige Rißbildung und die Bildung von Spannungsrissen der inneren CTFE- oder PCTFE-Einkapselung. Das letztere Problem ist immer dann besonders ernst, wenn die Lampen eine Krümmung mit einem genauen Radius ausweisen müssen. Es wurde auch gefunden, daß verschiedene, in wärmehärtenden Kunststoffverstärkungsmassen verwendet Harzbestandteile eine durch Spannung verursachte Rißbildung fördern und hervorrufen, weshalb die Wahl der verwendbaren Einkapselungsharze beschränkt ist. Anstatt daher Harze im Hinblick auf ihre optimalen strukturellen, thermischen und mechanischen Eigenschaften sowie ihre maximale Beständigkeit gegen Umgebungseinflüsse zu wählen, muß man die Wahl auf diejenigen unter den genannten beschränken, welche in dem primären Einkapselungsmittel keine Rißbildung bewirken. Solche Harze ermangeln leider der für viele Anwendungszwecke erforderlichen wünschenswerten physikalischen Eigenschaften.

Die Bildung einer gleichförmigen und haltbaren Verbindung ist insbesondere bei mit Fluorhalogenkunststoff eingekapselten Lampen schwierig, da solche Materialien sich nicht leicht mit andersartigen Materialien verbinden. Ebenso wie bei anderen Fluorkunststoffen wird deren energiearme Oberfläche nicht durch die üblicherweise verwendeten Einkapselungsmittel, z. B. Epoxidharze, Urethanharze oder Polyesterharze, benetzt oder gebunden. Obwohl fluorhaltige Polymerisate in einigen Fällen nach dem Ätzen mit kräftigen Ätzmitteln, z. B. einer Dispersion von Natriumnaphthalin, gebunden werden können, ergibt eine solche Behandlung doch eine starke Verfärbung, die insbesondere für viele der vorstehend angegebenen Zwecke völlig annehmbar ist.

Ein partiell benetzter oder gebundener Zustand auf der lichtemittierenden Oberfläche einer zweifach eingekapselten elektrolumineszierenden Lampe beeinflußt die Art und Weise, in welcher Licht durch die Zwischenfläche hindurchtritt. Eine Stelle, wo das CTFE oder PCTFE durch das sekundäre Einkapselungsmittel benetzt ist, ergibt eine Lichtverteilung in Abhängigkeit vom Blickwinkel, welche als Verteilung nach dem "Lambertschen Gesetz" bekannt ist und einem "Kosinusgesetz" (die Lichtverteilung ist eine Funktion des Kosinus des Blickwinkels) gehorcht. Eine nicht benetzte Stelle, die infolgedessen eine Gasschicht (z. B. Luft) zwischen Oberflächen aus Einkapselungsmaterial besitzt, besitzt ausgeprägt gerichtete Eigenschaften und ist am hellsten bei Betrachtung aus einer Richtung senkrecht zu der lichtemittierenden Oberfläche, während sie bei Betrachtung unter einem spitzen Winkel verhältnismäßig dunkel erscheint. Dieses Verhalten entspricht dem Snellschen Gesetz und ist eine Folge der verschiedenen Brechungsindizes zwischen Luft und polymeren Stoffen.

Das Fehlen einer Verbindung zwischen dem äußeren und dem inneren Einkapselungsmittel führt ferner dazu, daß zwischen der flexiblen Lampe und der entsprechenden Außenstruktur nur eine einzige Verankerungsstelle bei den Zuführungsdrähten besteht. Eine unterschiedliche Wärmeausdehnung in Verbindung mit Erschütterungen und Vibration kann einen Bruch dieser elektrischen Zuführungen an deren Austrittsstellen aus der CTFE- oder PCTFE-Packung bewirken.

Aus der US-PS 31 48 299 ist eine elektrolumineszierende Lampe der eingangs genannten Gattung bekannt, bei der das verwendete Einkapselungsmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff wie z. B. Polyäthylen oder Polychlortrifluoräthylen (PCTFE) besteht. Eine der beiden Elektroden dieser bekannten Lampe besteht aus einer Aluminiumfolie, während die zweite Elektrode aus einem durch Imprägnieren mit basischem Indiumtrifluoroacetat leitfähig gemachtem Glasfaserpapier besteht. Zur Imprägnierung und Festigung der Elektrode aus imprägniertem Glasfaserpapier wird letztere mit einer Polyamidfolie bedeckt, die beim Heißverpressen des Gesamtverbundes schmilzt und durch die Poren des Glasfaserpapiers hindurchtritt. Diese bekannte Lampe besitzt keine zweite Einkapselung mit einem sekundären Einkapselungsmaterial.

Aus der Zeitschrift "Illuminating Engineering, März 1961, S. 195-204, ist es ferner bekannt, zur Verbesserung der Lampenfunktion die primäre Einkapselungsschicht mittels eines Epoxyd-Klebers mit einer zweiten Schutzschicht zu verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rißbildung innerhalb der Verkapselung einer Lampe der eingangs genannten Gattung zu vermeiden und die Stabilität des gesamten Schichtaufbaus gegenüber mechanischer und thermischer Beanspruchung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrolumineszierenden Lampe sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der elektrolumineszierenden Lampe ist dadurch gekennzeichnet, daß man die mit mindestens einer Schicht eines primären Einkapselungsmaterials eingekapselte Lampe in eine das die Haftung fördernde Mittel enthaltende Lösung eintaucht, die primär eingekapselte Lampe aus dieser Lösung entnimmt und zwischen zwei Schichten aus dem polymeren Filmmaterial legt, das Ganze einer Temperatur von mindestens 150°C und einem Druck von mindestens etwa 0,6×10⁶ Pa unter Verbindung der Schichten aus polymerem Filmmaterial mit dem primären Einkapselungsmaterial aussetzt und schließlich die Schichten aus polymerem Filmmaterial mit einer Schicht aus einem sekundären Einkapselungsmaterial abdeckt.

Mit der Erfindung wird somit eine elektrolumineszierende Lampenanordnung mit einem Zwischenfilm aus polymerem Material geschaffen, der sich zwischen einem primären Einkapselungsmittel und einem sekundären Einkapselungsmittel befindet. Vorzugsweise ist dieser Polymerfilm mit dem primären Einkapselungsmittel durch ein geeignetes Verbindungsmittel, z. B. ein durchsichtiges Silan, verbunden, was in wirksamer Weise die Haftung des Polymerfilms begünstigt. Dieser Polymerfilm bildet eine dünne, durchsichtige und nahezu farblose Haut, welche die Wahl einer großen Vielzahl von sekundären Einkapselungsmitteln mit ausgezeichneten thermischen, strukturellen Eigenschaften und Beständigkeit gegen Umgebungsbedingungen ermöglicht, wenn das Einkapselungsmittel richtig verformt und ausgehärtet wird. Derartige elektrolumineszierende Lampen zeigen weder sofort noch mit der Zeit eine Spannungsrißbildung, wie sie sich oft in bekannten Lampen findet und dort häufig den örtlichen Zutritt von Feuchtigkeit zu der Leuchtschicht verursacht, was ein Auslöschen oder andere Verfärbungen derselben zur Folge hat. Ein solcher Zwischenfilm wird auch leicht und gleichförmig von dem sekundären Einkapselungsmittel benetzt, so daß das undurchsichtige und fleckige Aussehen und die ungleichmäßige Lichtemission bekannter Lampen vermieden wird, wobei die genannten Mängel auf die schlechte Benetzbarkeit zurückzuführen sind, die dann eintritt, wenn das sekundäre Einkapselungsmittel in direkten Kontakt mit dem primären Einkapselungsmittel gebracht wird. Die feste Verbindung an den Zwischenschichten erzeugt auch einen höheren Biegemodul (Steifigkeit) der erfindungsgemäßen Lampenstruktur, verglichen mit dem Stand der Technik.

Eine weitere Verbesserung erzielt man mit der Erfindung, indem man an der Ebene zwischen der vorderen oder durchsichtigen Elektrode der lumineszierenden Lampe und einer darüber befindlichen Trockenmittelschicht mit einer den Zutritt von Wasserdampf hemmenden Schicht eine Zwischenfläche vorsieht, welche derart beschaffen ist, daß an keiner Stelle eine bleibende Verbindung auftritt. Eine solch vollständige und gleichförmige Trennung an dieser Zwischenfläche in Anwesenheit eines Wärmevakuums gewährleistet, daß die Lampe während der Verwendung nicht ausfällt. Im Gegensatz dazu wurde bei bekannten Lampen versucht, eine solche Zwischenfläche bleibend zu binden. Während der Verwendung neigte diese Verbindung dann zu einer nur partiellen Trennung an verschiedenen getrennten Stellen infolge des Wärmevakuums, wodurch die Lampe unbrauchbar wurde.

Außerdem wurde gefunden, daß der Zusatz eines geeigneten chemischen Stoffs zu dem dielektrischen Material der Grundstruktur der Lampe zur Unterdrückung der Erzeugung von Gas im Innern eine Gasfüllung der Lampenpackung bei hohen Temperaturen und niedrigen Drücken verhindert, wodurch eine innere Schichttrennung vermieden wird, die oft bei der Entstehung von Gas innerhalb der hermetisch verschlossenen Packung auftritt.

Außerdem kann eine weitere Verbesserung dadurch erzielt werden, daß man die elektrischen Anschlußleitungen der Lampe innerhalb des primären Einkapselungsmittels richtig anordnet, und die Kontaktstellen dazwischen mit einem in einem wärmehärtenden Harzträger verteilten Lötpulver ohne weitere Hilfsmittel für die Befestigung anstreicht. Die Anschlüsse werden dann in dem primären Einkapselungsmittel unter Druck wärmeversiegelt, und während des Betriebs wird der elektrische Kontakt selbst in Anwesenheit verhältnismäßig extremer Wärmezyklen nicht gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine aufgelöste Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampenstruktur,

Fig. 2 eine aufgelöste Ansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrolumineszierende Lampe 10, deren Basisstruktur aus einer Schicht 11 aus elektrolumineszierendem Material, z. B. einer geeigneten Phosphorverbindung in Form eines in einem Binder aus dielektrischem Material dispergierten Pulvers, die an einer Seite mit einer Metallschicht 12, z. B. einer Aluminiumfolie, verbunden ist, die eine rückseitige undurchsichtige Elektrode bildet, besteht. Eine vordere durchsichtige oder durchscheinende Elektrode 13 liegt auf der anderen Seite der elektrolumineszierenden Schicht auf, so daß bei Anlegung eines elektrischen Wechselfeldes zwischen der vorder- und rückseitigen Elektrode das elektrolumineszierende Material leuchtet. Das elektrische Feld kann durch Anlegen einer Wechselspannung an die Anschlußleitungen 14 und 14 A erzeugt werden, die in geeigneter Weise an die Elektroden entweder direkt oder über eine Sammelschiene angeschlossen und außerhalb der Lampe zugänglich sind. So kann die Leitung 14 an eine Sammelschiene 15 angeschlossen sein, die wiederum an der Elektrode 13 befestigt ist, während die Anschlußleitung 14 A direkt an die Folienelektrode 12 angeschlossen sein kann.

Eine Schicht 16 aus Trockenmaterial kann zur Absorption von Feuchtigkeit, die während der Herstellung oder des Betriebs anwesend sein kann, über der Vorderelektrode 13 gebildet werden. Diese Grundstruktur der Lampe wird dann in die Schicht 17 aus einem primären Einkapselungsmittel eingeschlossen, die normalerweise die gesamte Struktur über beide Elektroden in der dargestellten Weise umschließt. Ein erfolgreich verwendetes primäres Einkapselungsmittel ist ein Polychlortrifluoräthylenfilm (PCTFE). Andere verwendbare primäre Einkapselungsmittel sind z. B. Mischpolymerisate aus CTFE und Vinylidenfluorid und Terpolymerisate aus CTFE, Vinylidenfluorid und Tetrafluoräthylen.

Solche Grundstrukturen einer Lampe in zusammengebauter Form sind mit dem primären Einkapselungsmittel erhältlich; das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch ausgehend von einer Grundstruktur aus elektrolumineszierender Schicht und Elektrode ohne ein primäres Einkapselungsmittel und ein geeignetes Trockenmittel durchgeführt werden.

Anschließend wird das primär eingekapselte Gebilde weiter mit einem zweiten Einkapselungsmittel umhüllt, um die Lampe vor Feuchtigkeit und anderen störenden Substanzen in ihrer Umgebung während der Lagerung oder des Betriebs zu schützen. Die Verwendung eines sekundären Einkapselungsmittels muß so erfolgen, daß in der fertigen Lampe keine durch Spannung verursachte Rißbildung des primären Einkapselungsmittels bei Verwendung unter strengen Umgebungsbedingungen auftritt.

Diese Probleme werden durch die Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Lampenstruktur im wesentlichen vermieden, bei welcher vor Umhüllung der primär eingekapselten Lampe mit einem sekundären Einkapselungsmittel die Lampe zuerst zwischen zwei Schichten 18 aus einem Polymerfilm gelegt wird, der mit der Außenfläche des primären PCTFE-Einkapselungsmittels unter Bildung einer dünnen transparenten Haut mit einem vorzugsweise klaren oder höchstens schwach gelben Aussehen verbunden wird. Ein solcher Dünnfilm 18 kann aus verschiedenen film- oder folienförmigen Materialien, z. B. Polyamiden, Polycarbonaten, Cellulosen, Polyolefinen, Polyäthylenterephthalat und dergleichen bestehen. Solche Filme müssen bis zu Temperaturen von 150 bis 220°C bei Drücken bis zu 2,06×10⁶ Pa, vorzugsweise mindestens innerhalb eines Druckbereichs von etwa 0,6×10⁶ Pa bis etwa 0,9×10⁶ Pa, thermisch stabil sein. Außerdem müssen diese Filme sich mit dem sekundären Einkapselungsmaterial gut verbinden können. Perfluorierte Stoffe wie z. B. Tetrafluoräthylen sollen daher, obwohl sie eine geeignete Wärmestabilität besitzen, vermieden werden, da sie sich mit dem sekundären Einkapselungsmittel nicht wirksam verbinden können.

Um sicherzugehen, daß zwischen dem Polymerfilm und dem primären Einkapselungsmittel eine gute Verbindung besteht, wird die Außenfläche des primären Einkapselungsmittels vorzugsweise mit einem Material behandelt, welches die Haftung zwischen diesen organischen Polymerschichten fördert. Für diesen Zweck haben sich überraschenderweise Silankupplungsmittel als geeignet erwiesen, die zusammen mit einem Lösungsmittel auf die Oberfläche des primären Einkapselungsmittels aufgebracht werden und dort eine durchscheinende und minimale Abscheidung bilden, die schematisch durch die Schichten 17 A in Fig. 1 dargestellt ist. Obgleich solche Silankupplungsmittel zur Förderung der Verbindung mit anorganischen Materialien, z. B. Glas, bereits verwendet wurden, war doch nicht zu erwarten, daß sie die Haftung zwischen zwei Schichten aus organischen Stoffen fördern würden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Haftung bei Verwendung solcher Silane zur Verbindung der polymeren Filmschicht mit dem primären Einkapselungsmittel beträchtlich verbessert wird.

Als für diese Zwecke geeignete Silane haben sich z. B. verhältnismäßig einfache Silanverbindungen, wie Vinyltrichlorsilan, und Kombinationen eines Silans mit einem Harz, z. B. einem Epoxyharz, erwiesen. Eine erfolgreiche Methode zur Aufbringung dieser Silane besteht darin, die primär eingekapselte Lampe in eine Lösung zu tauchen, welche das Silan zusammen mit einem Lösungsmittel, z. B. Methyläthylketon in Mischung mit n-Propylalkohol, enthält, wobei gegebenenfalls zusätzlich ein Netzmittel verwendet werden kann.

Die so behandelte, mit der primären Einkapselung versehene Lampe wird dann zwischen die beiden Polymerfilme gelegt und Temperaturen zwischen 150 und 220°C bei Drücken innerhalb eines Bereichs von vorzugsweise etwa 0,6×10⁶ Pa bis etwa 0,9×10⁶ Pa ausgesetzt. Ein bevorzugtes Material für den Polymerfilm ist Polymethylmethacrylat. Ein solcher Film eignet sich besonders, wenn er in Stärken zwischen 0,025 und 0,075 mm verwendet wird.

Das Silan verbindet das CTFE mit dem davon verschiedenen polymeren Filmmaterial unter Bildung eines geeigneten Kupplungsmittels oder einer Molekularbrücke. Die Anwendung dieser Technik mit einer dünnen Polymerhaut zur Verhinderung von spannungsverursachten Rissen in CTFE-Einkapselungen für elektrolumineszierende Lampen war bisher nicht bekannt. Die Erzielung einer zufriedenstellenden Verbindung hängt in keiner Weise von der jeweiligen Filmstärke ab, außer daß es schwierig sein kann, so dünnes Folienmaterial zu handhaben und die erforderlichen Operationen damit auszuführen. Die in ihrer Primäreinkapselung befindliche, elektrolumineszierende Lampe erhält somit eine sehr dünne, haftende, nahzu farblose und durchsichtige Haut aus Acrylfilm. Obwohl nicht unbedingt erforderlich, erfolgt die Verbindung am besten so, daß man das mit dem Polymerfilm umhüllte Gebilde zwischen die Oberfläche eines feinmaschigen Tuchs mit abstoßenden Eigenschaften legt, welches als Entgaser dient, um sicherzugehen, daß keine eingefangenen Gasblasen zwischen der primär eingekapselten Lampe und der dünnen Acrylhaut verbleiben. Ein solches Entgasungsmaterial kann ein poröses Material sein, z. B. ein mit Tetrafluoräthylen überzogenes Glasgewebe. Das Maschengewebe prägt ferner der Acryloberfläche eine rauhe Textur auf, die für die anschließenden Verfahrensstufen günstig ist.

Obwohl der Acrylfilm auf eine primär eingekapselte Lampenstruktur, wie vorstehend beschrieben, aufgebracht werden kann, ist ein ähnliches Ergebnis erhältlich, wenn man vor der primären Lampeneinkapselung den Acrylfilm und das primäre PCTFE-Einkapselungsmittel zu einem Schichtgebilde verarbeitet. Zu diesem Zweck kann ein primäres PCTFE-Einkapselungsmittel mit einer Silanlösung auf übliche Weise, z. B. durch Überziehen auf der Rückseite mit einer Walze einseitig benetzt werden. Der benetzte Film wird am Fließband getrocknet, und der Acrylfilm und der trockene PCTFE-Film werden dann zusammengelegt und sofort durch den Spalt von beheizten Laminierwalzen unter Bildung eines Verbundfilms geschickt. Typische Filmstärken sind z. B. 0,019 cm PCTFE zusammen mit einem 0,0038 cm starken Acrylfilm. Das erhaltene filmförmige Verbundmaterial dient als Ausgangsprodukt für die primäre Einkapselung der Grundstruktur der elektrolumineszierenden Lampe, wobei die Acrylfilmoberfläche nach außen zeigt. Ein ähnliches Verfahren kann zum Überziehen der zuinnerst in der Lampe befindlichen Trockenmittelfilmschicht, die ein Polyamid oder dergleichen sein kann, angewendet werden. Wenn die Lampe mit einem solchen Verbundfilm versiegelt wird, kann somit das PCTFE in keinem Fall eine nicht-gebundene Filmzwischenfläche besitzen. Wenn der Film die Rückseite oder Folienoberfläche der Lampe bedeckt, wird in der Regel eine ausreichend gute Verbindung direkt mit der Aluminiumfolie erzielt, ohne daß ein Spezialüberzug oder eine Präparierung erforderlich ist.

Nachdem die primär eingekapselte Lampe einmal mit dem Copolymerisatfilm wie vorstehend beschrieben umhüllt ist, können für die sekundäre Einkapselung eine große Vielzahl von Harzen oder anderen Stoffen gewählt werden. Ein solches, erfolgreich verwendetes Material, das allgemein wegen seiner ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften zu bevorzugen sein dürfte, ist z. B. ein mit Epoxyharz gesättigtes Glasgewebe; dieses Material besitzt bei richtiger Verformung und Aushärtung ausgezeichnete strukturelle und thermische Eigenschaften sowie ein ausgezeichnetes Verhalten gegenüber Umgebungseinflüssen. Die richtigen Form- und Aushärtungsmethoden sind dem Fachmann bekannt.

Wenn bekannte, primär eingekapselte elektrolumineszierende Lampen weiter eingekapselt werden, ohne daß zwischen dem primären und dem sekundären Einkapselungsmittel ein Copolymerisatfilm angeordnet wird, zeigen sie ausnahmslos starke Spannungsrißbildung, und zwar in der Regel innerhalb einer Woche, jedoch oft noch nach einigen Monaten. Wenn solche Beleuchtungsanordnungen nach längerer Lagerung angeschaltet werden, läßt ein örtlicher Feuchtigkeitszutritt in Nähe der Risse die angrenzende Phosphorschicht grau oder schwarz werden. Das hat zur Folge, daß das Netzwerk der Sprünge als scharfes Relief auf der lichtemittierenden Oberfläche abgebildet wird. Im Gegensatz dazu zeigen die erfindungsgemäßen Lampen keine sofortige oder verzögerte Spannungsrißbildung, und zwar infolge der Einkapselung mit dem Harzsystem. Mit einer solchen Zwischenschicht aus einer Acrylhaut versehene modifizierte Lampen, insbesondere wenn sie infolge des während der Entgasung verwendeten Tuchs eine aufgerauhte Oberfläche besitzen, lassen sich leicht von den Einkapselungsharzen benetzen, und mit den bevorzugten Systemen, z. B. dem mit Epoxyharz präparierten Glasgewebe, erhält man eine zähe Haftung. Im Gegensatz dazu werden die mit dem typischen primären PCTFE-Einkapselungsmittel versehenen bekannten Lampen in der Regel nur schlecht benetzt, was ein undurchsichtiges fleckiges Aussehen ergibt. Die Lichtemission wird dadurch ungleichmäßig und eine Haftung des sekundären Einkapselungsmittels ist oft nicht vorhanden. Aufgrund der durch die Zwischenschicht erzielten starken Verbindung zwischen dem primären und dem sekundären Einkapselungsmittel ist der Biegemodul, d. h. die Steifigkeit, der Struktur wesentlich stärker als sie bisher erzielbar war.

Ein anderer Faktor, der zu einer Beschädigung oder Zerstörung solcher elektrolumineszierender Lampen während strenger Test- oder Betriebsbedingungen führen kann, ist die Entstehung von Gas innerhalb der versiegelten Lampenstruktur. Eine Hauptquelle für eine Gasentstehung ist die Neigung von Polymerisaten, insbesondere von cyanäthylierten Polysacchariden, die verbreitet als dielektrisches Einbettungsmedium für elektrolumineszierende Phosphore verwendet werden, während der Verwendung eine gewisse thermische Zersetzung zu erleiden, was zur Erzeugung von polymeren oder monomeren Bruchstücken oder Substanzen, wie Wasser oder CO₂, führt, deren Dampfdruck dann ausreicht, um die versiegelte Umhüllung aufzublähen. Zur Vermeidung eines solchen Problems und zur weiteren Verbesserung des Betriebs der Lampe werden den dielektrischen Materialien bestimmte chemische Stoffe zur Unterdrückung dieser Neigung zur Gaserzeugung zugegeben. Zwei Gruppen chemischer Stoffe, welche die Erzeugung von Gasen im Innern ganz oder doch wesentlich beseitigen, sind Vernetzungsmittel und Antioxidationsmittel. Die Wirksamkeit dieser Stoffe kann dadurch gezeigt werden, daß man das Fehlen eines Aufblähens der versiegelten Lampenstruktur bei einer Temperatur von etwa 185°C und unter einem Vakuum feststellt, welches einem Umgebungsdruck bei einer Höhe von etwa 27 000 m entspricht. Diese beiden Gruppen von chemischen Zusätzen können getrennt oder in Kombination verwendet werden.

Es ist bekannt, daß bestimmte bifunktionelle oder multifunktionelle Vernetzungsmittel cyanäthylierte Polysaccharidäther verhältnismäßig unlöslich und unschmelzbar machen. Bestimmte dieser Stoffe haben sich als besonders wirksam zur Herabsetzung der Gaserzeugung erwiesen, wahrscheinlich infolge einer verbesserten Wärmestabilität des Polymerisats. Ein für diesen Zweck bevorzugtes geeignetes Mittel ist ein blockiertes Urethan. Die Einbringung dieses Mittels als Zusatz in das cyanäthylierte Dielektrikum beseitigt für alle praktischen Zwecke das Problem des Aufblähens und die dadurch bedingte innere Schichtauftrennung unter Wärmeeinfluß und Vakuum. Dieses Mittel ist in Konzentrationen von etwa 0,1 bis 5,0 Gew.-% des cyanäthylierten Harzes wirksam. Da die höheren Konzentrationen manchmal dazu neigen, die Lampenhelligkeit ungünstig zu beeinflussen, wird eine bevorzugte Konzentration von etwa 0,5% empfohlen.

Eine zweite Gruppe von im vorliegenden Falle wirksamen chemischen Zusätzen sind die Antioxidationsmittel. Sie wirken einer Oxidation entgegen und hindern durch Sauerstoff oder Peroxide geförderte Reaktionen. Bei Zugabe in kleinen Mengen begünstigen sie die Wärmestabilität und verzögern die Alterung. Insbesondere haben sich Phenylendiaminderivate und ähnliche primäre Antioxidationsmittel für den vorliegenden Fall als wirksam erwiesen. Ein bevorzugtes Mittel, nämlich ein Amin, ist in Konzentration von 0,05 bis 0,5% wirksam.

Eine weitere Verbesserung, die sicherstellt, daß eine elektrolumineszierende Lampe infolge eines Wärmevakuums nicht ausfällt, beruht darauf, daß eine Schichttrennung im Innern der Lampe zulässig sein kann, vorausgesetzt, daß sie entlang einer Ebene und einer vorherbestimmten Zwischenfläche stattfindet, so daß die Schichtauftrennung die Lampe nicht betriebsunfähig macht, sondern eine Trennung der lichtemittierenden Grundkondensatorstruktur von den Schichten auftritt, welche die Linse oder den Vorderteil des primären Einkapselungsmittels bilden. Eine solche Zwischenfläche existiert z. B. zwischen der vorderen oder durchsichtigen Elektrode und den darüber befindlichen Trocken- und Wasserdampfsperrschichten des primären Einkapselungsmittels. Die Zusammensetzung und Methoden zur Herstellung flexibler, durchsichtiger Elektroden sind dem Fachmann bekannt; in der Regel sind es Pigmente, überzogene Fasern oder Filme aus durchsichtigen, halbleitenden Materialien, z. B. SnO₂ oder In₂O₃. Bei einer derzeit verbreiteten Methode werden mit durchsichtigen leitenden Filmen überzogene Fasermaterialien als elektrolumineszierende Vorderelektroden einer Lampe verwendet, wie dies z. B. in den US-PS 28 49 339 und 33 46 758 beschrieben ist. Bei der vorliegenden Lampe ist die Wahl solcher Zusammensetzungen für die Frontelektrode nur insoweit beschränkt, als diese Zusammensetzungen mit Schmelz- oder Erweichungspunkten gewählt werden, die ausreichend höher sind als bei einer anschließenden Wärmebehandlung auftretende Temperaturen, so daß keine Verbindung mit der darüber befindlichen Packung erfolgt. Auch sollen keine druckempfindlichen Klebstoffe, klebrig machende Mittel oder eine Haftung fördernde Weichmacher zugegen sein, die eine Verbindung entlang der vorstehend erwähnten Zwischenfläche ergeben könnten, oder welche unter Wärmeeinfluß und Vakuum flüchtige Stoffe abgeben könnten. Wie Fig. 2 zeigt, kann zu diesem Zweck die durchsichtige Vordereleketrode 13 mit einer unschmelzbaren, flexiblen, durchsichtigen Polymerschicht 20 bedeckt werden, die Trennmitteleigenschaften besitzt. Die Schicht 20 befindet sich zwischen der Elektrode 13 und der Trockenmittelschicht 16. Zum Beispiel kann eine aus etwa 20 bis 80 Vol.-% Polyvinylbutyral und im übrigen aus einem butylierten Methylolmelaminharz bestehende Zusammensetzung verwendet werden, welche beim anschließenden Sintern unschmelzbar wird; ein günstiger Temperaturbereich hierfür beträgt etwa 204 bis 210°C. Nach dem richtigen Sintern ist der Film durchsichtig, flexibel und im wesentlichen unschmelzbar.

Ein solcher Film ist dünn, haftend und für flüchtige Stoffe durchlässig genug, damit eine Vakuumsinterung der aus Metallfolie, Dielektrikum und phosphorhaltigen Schichten, durchsichtiger Elektrode und Überzug bestehenden Lampenanordnung keine Schichtauftrennung, Bläschenbildung, keinen Verlust ihrer strukturellen Integrität oder eine Störung des Betriebs im Temperaturbereich bis zu etwa 210°C während mehrerer Stunden zur Folge hat. Die daran angrenzende Filmauflage, welche die Zwischenfläche der primären Einkapselung umfaßt, wird auch im Hinblick auf ihre Unschmelzbarkeit und ihre Trenneigenschaften gewählt. Wenn die Lampe primär durch Wärmeversiegelung eingekapselt wird, bildet sich an dieser Zwischenfläche keine Verbindung, obwohl sich die Oberflächen in innigem Kontakt befinden. Wenn überdies beide Oberflächen rauh oder glanzlos sind, erzeugt die Lichtverteilung der fertigen Lampe keine gerichteten oder nicht dem Lambertschen Gesetz folgende Eigenschaften infolge Durchquerens der Zwischenfläche. Eine Verringerung der Lichtintensität infolge Verlusten an der Zwischenfläche ist minimal. Verschiedene Polymerfilme, z. B. Polyäthylenterephthalat, Poly(äthylen-chlortrifluoräthylen) oder lineare aliphatische Polyamide besitzen alle ausreichend hohe Schmelz- oder Erweichungstemperaturen, um die Bildung einer Verbindung an der Zwischenfläche zu vermeiden und trotzdem ausreichend zu fließen, um dicht angepaßte glanzlose Oberflächen mit einer leichten, im wesentlichen mechanischen Haftung zu ergeben.

Setzt man die erhaltene Packung einem zur Gasbildung innerhalb der Packung und einer damit verbundenen Aufblähung der Packung ausreichenden Wärmevakuum aus, so zeigt sich, daß nach Rückkehr auf Umgebungsbedingungen die Lampe ungestört funktioniert, obwohl entlang der vorherbestimmten Trennzwischenfläche eine Schichtaufspaltung stattgefunden hat.

Noch eine weitere Abänderung der primären Lampenstruktur kann Anwendung finden, die sich auf die derzeitige Praxis bezieht, elektrische Anschlüsse innerhalb der primären PCTFE-Packung lediglich durch Druckkontakt zu bewirken, was jetzt durch eine Wärmeversiegelung der Lampe erzielt wird, wobei die Leiter in die richtige Stellung gebracht, aber nicht anderweitig befestigt werden. Das primäre Einkapselungsmittel dichtet rundum und auf den Leitern ab, welche die Form fester oder perforierter Kupferbänder oder auch die Form von Kupfer- oder einem anderen Metallnetz aufweisen können. Obwohl für viele Zwecke ausreichend, ist doch klar, daß, wenn die Packung sich infolge einer Gasbildung im Innern aufbläht, der elektrische Kontakt verlorengehen kann. Es wurde gefunden, daß gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung man einen festen elektrischen Kontakt in Form einer Lötverbindung während der Versiegelung der Lampe erzielt, wenn die Kontaktfläche mit einer Farbe überzogen wird, die aus pulverförmigem Lötmittel in einem wärmehärtenden polymeren Träger besteht. Durch eine zusätzliche Wärmebehandlung wird die Verbindung nicht gelöst, und zwar wegen der Anwesenheit des wärmehärtenden Binders, der während der Versiegelung der Lampe verhältnismäßig gehärtet und unschmelzbar wird. Jede leicht zugängliche Epoxyverbindung oder Polymerisate, die durch Kondensationspolymerisation mit geeigneten Härtungsmitteln unschmelzbar werden, können als Bindermatrix dienen. Ein bevorzugtes Lötpulver besteht aus 50% Indium und 50% Zinnlegierung.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das Wesen der Erfindung nicht von der exakten Reihenfolge abhängt, in welcher die Lampenstruktur zusammengebaut wird, wobei der Acrylfilm entweder auf genormte handelsübliche Lampen oder auf fertige Lampen aus Eigenherstellung, die bereits eine primäre Einkapselung tragen, oder auf das primäre PCTFE-Einkapselungsmaterial vor Herstellung und Zusammenbau der Lampe aufgebracht werden kann. Die Methode der Verkleidung des primären PCTFE-Einkapselungsmittels mit dem Acrylfilm ist ähnlich, egal, ob der Film als Handelsprodukt erhalten oder auf das PCTFE aufgestrichen oder stranggepreßt wird. Das Verfahren arbeitet in vergleichbarer Weise, wenn das Silan auf den verkleidenden Film anstatt auf das PCTFE vor der Bildung des Laminats durch Wärmeeinwirkung aufgebracht wird. Das Verfahren ist innerhalb weiter Grenzen anwendbar und eignet sich mehr oder weniger auch für andere polymere Verkleidungen als solche aus einem Acrylat.

Wenn der Leuchtkörper eine komplexe Form aufweist, können zur weiteren Verstärkung Rippen oder ein innerer Füllstoff, z. B. syntaktischer Schaum, verwendet werden. Die Verbindung der verstärkten Kunststoffschichten mit der primär eingekapselten Lampe könnte auch durch Verwendung eines wärmehärtenden Harzes unter Verbindung mit einer vorgehärteten verstärkten Kunststoffolie erfolgen. Die zusammengebaute Lampe kann auch einen Schutzüberzug oder einen dekorativen Überzug über die verstärkte Kunststoffoberfläche zur Verbesserung des Aussehens, des Verhaltens oder zur Erzielung anderer spezifischer Funktionen erhalten.

Claims (20)

1. Elektrolumineszierende Lampe, enthaltend eine Schicht (11) aus elektrolumineszierendem Material zwischen einem Paar von Elektroden (12, 13), wovon mindestens eine (13) für von dem elektrolumineszierenden Material ausgesandtes Licht durchlässig ist, sowie mindestens eine Schicht (17) aus einem Einkapselungsmaterial, das die vorgenannte Schichtfolge (12, 11, 13) einschließt, gekennzeichnet durch ein primäres und ein sekundäres Einkapselungsmaterial und durch mindestens eine Schicht (18) aus einem im wesentlichen durchsichtigen polymeren Filmmaterial, das die mindestens eine Schicht (17) aus primärem Einkapselungsmaterial umschließt und das bis zu Temperaturen von 150 bis 220°C und bei einem Druck von mindestens etwa 0,6×10⁶ Pa thermisch stabil ist, sowie durch mindestens eine Schicht (19) aus glasfaserverstärktem, wärmehärtendem Kunststoff als sekundärem Einkapselungsmaterial, welche die mindestens eine Schicht (18) aus polymerem Filmmaterial umschließt.

2. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mindestens eine Schicht (17) aus primärem Einkapselungsmaterial ein im wesentlichen durchsichtiges, die Haftung förderndes Mittel (17 A) aufgebracht ist.

3. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Haftung fördernde Mittel (17 A) aus mindestens einer Silanverbindung besteht.

4. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Haftung fördernde Mittel (17 A) noch ein wärmehärtendes Harzmaterial enthält.

5. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Silanverbindung ein Vinyltrichlorsilan ist.

6. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmehärtende Harz ein Epoxidharz ist.

7. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der mindestens einen Schicht (18) aus polymerem Filmmaterial zwischen etwa 0,025 und 0,075 mm beträgt.

8. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Filmmaterial aus einem Polyamid, Polycarbonat, Cellulose, einem Polyolefin oder einem Polyäthylenterephthalat besteht.

9. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (11) aus elektrolumineszierendem Material noch ein die Gasbildung unterdrückendes Mittel zur Verhinderung der Entstehung von gasförmigen Materialien im Innern der Lampe während deren Herstellung oder Betrieb enthält.

10. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolumineszierende Material ein dielektrisches Medium und daß es das die Gasbildung unterdrückende Mittel in einer Konzentration von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf das dielektrische Medium, enthält.

11. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des die Gasbildung unterdrückenden Mittels etwa 0,5 Gew.-% beträgt.

12. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gasbildung unterdrückende Mittel ein blockiertes Urethan ist.

13. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich noch einen im wesentlichen durchsichtigen und unschmelzbaren Überzug (20) aus einem polymeren Material auf der Außenfläche der mindestens einen lichtdurchlässigen Elektrode (13) aufweist.

14. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (20) aus etwa 20 bis 80 Vol.-% Polyvinylbutyral und etwa 80 bis 20% eines butylierten Methylolmelaminharzes besteht.

15. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (20) aus einem Film aus Polyäthylenterephthalat, Poly(äthylen-chlortrifluoräthylen) oder einem linearen aliphatischen Polyamid besteht.

16. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich noch Anschlußmittel an jede Elektrode des Elektrodenpaars (12, 13) und einen Überzug aus pulverförmigem Lötmittel in einem härtbaren und unschmelzbaren, wärmehärtenden Binder auf den Kontaktflächen zwischen den Anschlußmitteln und den Elektroden (12, 13) enthält, wobei dieser Überzug während der Versiegelung der Einkapselungsschichten der Lampe Lötverbindungen bildet.

17. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Lötmittel zu etwa 50 Gew.-% aus Indiumpulver und zu etwa 50 Gew.-% aus einem Zinnlegierungspulver besteht.

18. Elektrolumineszierende Lampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmehärtende Binder ein Epoxidharz ist.

19. Verfahren zur Herstellung der elektrolumineszierenden Lampe gemäß einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit mindestens einer Schicht (17) eines primären Einkapselungsmaterials eingekapselte Lampe in eine das die Haftung fördernde Mittel (17 A) enthaltende Lösung eintaucht, die primär eingekapselte Lampe aus dieser Lösung entnimmt und zwischen zwei Schichten (18) aus dem polymeren Filmmaterial legt, das Ganze einer Temperatur von mindestens 150°C unter einem Druck von mindestens etwa 0,6×10⁶ Pa unter Verbindung der Schichten (18) aus polymerem Filmmaterial mit dem primären Einkapselungsmaterial aussetzt und schließlich die Schichten (18) mit einer Schicht (19) aus einem sekundären Einkapselungsmaterial abdeckt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit dem Polymerfilm umhüllte Lampe zwischen die Oberflächen eines feinmaschigen Tuchs mit Trenneigenschaften legt, während man gleichzeitig die Anordnung der genannten Temperatur und dem genannten Druck aussetzt, um zu vermeiden, das gasförmige Stoffe zwischen der primär eingekapselten Lampe und den Schichten (18) aus polymerem Filmmaterial zurückgehalten werden, und daß man dann das feinmaschige Tuch vor Umhüllung der Lampenanordnung mit dem sekundären Einkapselungsmaterial entfernt.