Elektrolumineszenz-Folie

Grundlagen

Elektrolumineszenz ist die Eigenschaft bestimmter Materialien oder Materialkombinationen, bei Anlegen eines elektrischen Feldes Licht zu emittieren. Im Falle der Elektrolumineszenz-Folie wird ein Halbleiter in einer speziellen Kondensator-Konfiguration durch ein elektrisches Wechselfeld zum Leuchten angeregt. Die Elektrolumineszenz-Folie ist ein Lambert-Strahler.

Aufbau

Zusammenfassung

Kontext

Der Grundaufbau einer Elektrolumineszenz-Folie ähnelt dem eines Plattenkondensators: Zwischen zwei leitenden Schichten (Elektroden) liegt, elektrisch isoliert, das elektrolumineszente Material. Eine Elektrode ist lichtdurchlässig und besteht meist aus mit Indiumzinnoxid beschichteter Kunststofffolie. Die zweite Folie reflektiert das Licht. Die Gesamtdicke liegt unter 1 mm. Aufbau:

Kunststoff-Schutzfolie
Transparente leitende Folie
Isoliermaterial mit eingebettetem Leuchtstoff
Metallfolie
Kunststoff-Schutzfolie

Thumb — Bunte Leuchtstoffe (typ. 0,4 mm im Durchmesser)

Bei dem elektrolumineszenten Leuchtstoff handelt es sich in der Regel um Zinksulfid, einen II-VI-Verbindungshalbleiter, der mit verschiedenen Metallen wie Mangan (ZnS:Mn), Gold, Silber, Kupfer oder Gallium dotiert ist. Weißes Licht wird meist durch die Überlagerung bunt leuchtender Pigmente erzeugt.

Die elektrolumineszenten und isolierenden Schichten können im Siebdruckverfahren aufgetragen werden. Auch gestreckte, runde Formen (Leuchtschläuche, EL-Kabel, engl. electroluminescent wire) werden gefertigt, bei denen das Wechselfeld zwischen einem zentralen Draht und darauf angebrachten Schichten erzeugt wird.

Der Leuchtstoff degradiert, wenn er mit Feuchtigkeit in Berührung kommt. Die Flächen werden durch verschweißte Kunststofffolien geschützt, die nicht beschädigt werden sollten. Hingegen lassen sich Lichtschläuche kürzen, da nur die Schnittfläche geschädigt wird.

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Betrieb

Zusammenfassung

Kontext

Die Materialien einer EL-Folie sind bei Gleichspannung isolierend und leuchten nicht. Der Betrieb von EL-Folien und -Kabeln erfordert eine sinusförmige Wechselspannung. Je nach Bauart liegt die Betriebsspannung zwischen 30 und 300 Volt bei einer Frequenz zwischen 50 Hz und 4 kHz. Die Helligkeit, in geringen Maße auch die Farbe und die Lebensdauer hängen ab von der Amplitude und Frequenz der Wechselspannung. Beispielsweise halbiert sich die Lebensdauer bei Verdopplung der Frequenz. Zur Einhaltung optimaler Betriebsbedingungen bieten Hersteller ihre Folien meist zusammen mit abgestimmten Invertern an.

Die Lichtemission erfolgt ohne nennenswerte Wärmeentwicklung, großflächig, ungerichtet und mit geringer Leuchtdichte. Die Stromaufnahme beträgt ca. 1 bis 2 A/m². Die Feldstärke liegt bei 10 kV/cm, entsprechend ca. 100 V bei einer Schichtdicke von 0,1 mm.

Typische Parameter:

Spannung	30 – 160 V
Frequenz	100 – 2000 Hz
Leuchtdichte	30 bis 200 cd/m²
Stromaufnahme	0,15 mA/cm²
Leistungsaufnahme	10–20 mW/cm²
Leistungsaufnahme für 1 DIN A4 Fläche	6 W
Arbeitstemperatur	−40° bis 60°
Lichtausbeute	0,47 – 6,3 lm/W
Gesamtdicke	<1 mm
Krümmungsradius	<20 mm
Wellenlänge	450 bis 750 nm
Lebensdauer	>10'000 h

Anwendung

EL-Folien und -Kabel leuchten flächig, aber nicht sehr hell. Die Leuchtdichte verringert sich mit der Zeit. Als Lebensdauer wird die Betriebszeit angegeben, nach der sie auf die Hälfte abgesunken ist.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind durch die außergewöhnlichen Eigenschaften sehr vielseitig.

Beispiele:

Sicherheitsbeleuchtung (Treppenstufenprofil)
Kostüme
Selbstleuchtende Kfz-Kennzeichenschilder
Selbstleuchtende Tachoscheiben
Display-Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristallbildschirmen (LC-Displays) und Dünnschichttransistor-Displays (TFT-Displays)
Nachtbeleuchtung.
In einem tritt- und rutschfesten Laminat als Bodengrafik
Als Flatfield-Generator zur Aufnahme von Flatframes für die Astrofotografie