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Elektroleuchtendes Element
Die Erfindung betrifft ein elektroleuchtendes Element, das aus einem Metallträger und einer Glasemailschicht besteht, in der das elektroleuchtende Material eingebettet ist und die beiderseits mit einer leitenden Schicht versehen ist, wobei die auf der vom Träger abgekehrten Seite liegende Schicht für die beim Anlegen einer Spannung an die beiden leitenden Schichten von der elektroleuchtenden Schicht emittierte Strahlung durchlässig ist. Die dem Träger zugekehrte leitende Schicht und der Träger können kombiniert sein. Unter einer leitenden Schicht wird eine galvanisch nach aussen geführte, mit einem Anschluss versehene Elektrode verstanden. Als elektroleuchtende Materialien werden z. B. aktivierte Zinksulfide und Zinksulfide-Selenide verwendet.
Es ist bekannt, als Untergrund für elektroleuchtende Elemente, bei denen das elektroleuchtende Material in Glasemail eingebettet ist, aus Eisen, Kupfer und vernickeltem oder verkupfertem Eisen bestehende Metallplatten zu verwenden. Die Verwendung von Platten aus reinem Eisen oder reinem Kupfer, auf die die elektroleuchtende Schicht unmittelbar aufgebracht wird, bietet den Vorteil eines billigen Trägermaterials. Dabei auftretende Nachteile sind aber die schlechte Haftung an Eisen oder Kupfer von solchen Glasemailarten, die gut schmelzbar und gegen Zinksulfid beständig sind, die geringe Lichtausbeute des Elementes und die niedrige Durchschlagspannung. Es ergibt sich, dass das Vernickeln und Verkupfern des Eisens diese Nachteile nicht hinreichend beseitigt.
Die Nachteile können aber dadurch teilweise beseitigt werden, dass als Träger ein schwer emaillierter Eisenträger verwendet wird, der aber zu einer teureren und verwickelteren Bauart Anlass gibt. Das Element nach der Erfindung schafft eine Lösung, durch die diese Nachteile vermieden sind.
Nach der Erfindung besteht der Metallträger aus Ferrochrom. Dieses ist in der Technik unter dem Namen Chromstahl bekannt, dessen Zusammensetzung aus 10 - 35 % Chrom und 90 - 65 eb Eisen besteht.
Der Ausdehnungskoeffizient von Ferrochrom ist derart, dass man eine günstige pigmentierte Glasemailschicht mit elektroleuchtenden Eigenschaften herstellen kann, die hinsichtlich ihres Ausdehnungskoeffizienten demjenigen des Ferrochroms gut angepasst ist, so dass nach der Haftung des Glasemails an Ferrochrom in der elektroleuchtenden Schicht keine grösseren mechanischen Spannungen auftreten, woraus sich eine schlechte Lichtausbeute ergeben würde, z. B. infolge von Haarrissen, welche die Durchschlagspannung der elektroleuchtenden Schicht herabsetzen. Das Glasemail haftet gut am Ferrochromträger, da das Chrom beim Emaillieren eine Übergangsschicht von Chromoxyd bildet, welche zur Haftung beiträgt. Das Element nach der Erfindung kann ausserdem eine hohe Durchschlagspannung aushalten, sogar in Fällen, in denen der Metallträger zunächst nicht emailliert wurde.
Besonders günstige Ergebnisse werden mit einer aus 25 % Chrom und 75 % Eisen bestehenden Chrom-Eisenlegierung erzielt.
Viele der günstigen Effekte sind auch dadurch erzielbar, dass als Trägermaterial Eisen oder eine Eisenlegierung verwendet wird, welches bzw. welche derart behandelt wurde, dass eine chromreiche Oberflächenschicht entstanden ist, z. B. gemäss dem sogenannten Einchromierverfahren.
Da bei einer gegebenen Betriebsspannung, z. B. der Netzspannung, die Lichtausbeute bei zunehmender Stärke der Glasemailschicht abnimmt, wird diese Stärke nicht unnötig gross gewählt und beträgt vorzugsweise 20 - 80 Mikron. Insbesondere ist die Glasemailschicht aus einer dem Metallträger zugekehrten Teilschicht, welche Titandioxydpigment enthält, und einer vom Metallträger abgekehrten Teilschicht
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aufgebaut, welche das elektroleuchtende Material enthält. Diese Einrichtung bietet den Vorteil, dass die Lichtausbeute höher ist, als die einer Vorrichtung mit einer Glasemailschicht, welche die gleiche Stärke hat, jedoch nur elektroleuchtendes Material enthält.
Ausserdem besteht eine geringere Möglichkeit, dass das elektroleuchtende Material vom Metallträger angegriffen wird, während das vom elektroleuchtenden Material emittierte Licht von der Titandioxydpigment enthaltenden Teilschicht reflektiert wird. Im Gegensatz zu bekannten ähnlichen Schichten, die organische Bindemittel statt Glasemail enthalten, ist bei der Bauart nach der Erfindung die Durchschlagsfestigkeit in den beiden Fällen gleich. Eine Titandioxydpigment enthaltende Teilschicht mit einer Stärke von 5 - 50 Mikron, deren Gehalt an Titandioxydpig-
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Volf20 - 50 Vol. -ufo.
Was das Glasemail anbelangt, in dem das elektroleuchtende Material eingebettet ist, sind diejenigen Emailarten vorzuziehen, welche gegenüber dem Ferrochromträger wenig reaktiv sind, da sonst durch Diffusion von Chrom durch das Glasemail die Lichtausbeute infolge des nachteiligen Einflusses von Chrom auf ein elektroleuchtendes Material abfallen würde. Dieser Angriff erfolgt, wenn das Email viele Alkalioxyde gegenüber den sauren Oxyden enthält, also im Falle von alkalischen Emailarten. Man verwendet daher im Falle von Ferrochromträgern vorzugsweise Glasemailarten, die wenig alkalisch sind. Die Alkalinität eines Glases kann z. B. in folgender Weise bestimmt werden. Ein Glaspulver (sogenannte Fritte) wird dadurch hergestellt, dass geschmolzenes Email in Wasser gegossen wird, wobei es in viele Stücke zerspringt.
Der Säuregrad des Wassers ist dann ein Mass für denjenigen des Glasemails. Ein nur wenig al-
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<tb> 5 <SEP> Mol-% <SEP> Lino,
<tb> 10 <SEP> Mol-% <SEP> Nazi.
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6 <SEP> Mol-% <SEP> C <SEP> a0, <SEP>
<tb> 4,5 <SEP> Mol-% <SEP> SrO.
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14, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO, <SEP>
<tb> 3,5 <SEP> Mol-% <SEP> TiO,
<tb> 3,5 <SEP> Mol-% <SEP> Al20 <SEP>
<tb> 23, <SEP> 0 <SEP> Mol-SiOy
<tb> 30,0 <SEP> Mol-BO.
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Wie bemerkt wurde, haftet das Glasemail gut am Ferrochromträger. da das Chrom eine Übergangsschicht aus Chromoxyd bildet, welche zur Haftung beiträgt. Die Oxydation tritt vor oder während des Anbringens der Emailschicht auf, nachdem der Ferrochromträger zwecks Reinigung einige Zeit an Luft erhitzt worden ist. Die auf diese Weise auftretende Oxydation kann gering sein, aber die Oxydschicht kann dennoch nicht vernachlässigt werden, da sie bei zu grosser Stärke die Lichtausbeute des Elementes noch nachteilig beeinflussen könnte, wahrscheinlich durch Diffusion der Oxyde zu den Körnern des elektroleuchtenden Materials. Daher ist ein Element vorzuziehen, bei dem die Stärke der Oxydschicht zwischen dem Ferrochromträger und der Glasemailschicht weniger als 1 Mikron beträgt.
Eine solche Schicht kann dadurch erzielt werden, dass der Ferrochromträger vor dem Emaillieren in einem Bad bei Zimmertemperatur entfettet und nach dem Aufbringen der Emailfarbstoffsuspension schnell auf die Emailliertemperatur erhitzt wird.
Beim Herstellen des Ferrochromträgers kann die gewünschte Stärke durch Walzen erreicht werden. Es ist möglich, dass die Homogenität der Oberflächenschicht beim Walzen gestört wird, wodurch Spannungen auftreten. Hiedurch entsteht ein Unterschied in der Reaktionsfähigkeit gegenüber Sauerstoff bei der Erhitzung während des Aufbringens der Emailschicht. Folglich entstehen Oxydschichten verschiedener Stärke und Farbe. Infolge des verschiedenen Verhaltens bei der Absorption des betreffenden Lichtes sind bei Verwendung eines elektroleuchtenden Elementes auf dieser Basis Striche sichtbar. Das Entstehen der Striche mit dem Walzmuster kann dadurch verhütet werden, dass ein Ferrochromträger verwendet wird, der mit einer Schicht aus einem hydrolysierten Kieselsäureester, z. B. aus hydrolysiertem Äthylsilikat bedeckt ist.
Das Metall ist dann durch diese Schicht abgeschirmt ; die Oxydschicht ist so dünn, dass keine
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merklichen Unterschiede in der Farbe auftreten. Die erwähnte Schicht bietet ausserdem den Vorteil, dass sie sowohl bei sehr hohen als auch bei sehr niedrigen Temperaturen wirksam ist. Die Stärke der Schicht wird vorzugsweise derart gewählt, dass einerseits bei sichtbarem Licht keine Interferenzmuster entstehen und anderseits noch eine gute Haftung am Träger erzielt wird. Die Stärke der Schicht liegt dann zwischen 400 und 10000A.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der in den Fig. 1, 2 und 3 schematische Schnitte durch elektroleuchtende Elemente dargestellt sind, bei denen die gegenseitigen Schicht- stärken nicht massgerecht wiedergegeben sind.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein elektroleuchtendes Element nach der Erfindung, welches aus einem Ferrochromträger 1 besteht, auf dem eine Oxydhaut 2 vorhanden ist, die während des Reinigens und Emaillierens des Trägers entstanden ist. Auf dem Träger 1 befindet sich die Schicht 3 aus in Glasemail eingebettetem elektroleuchtendem Zinksulfid, das z. B. mit Kupfer, Silber, Gold oder Mangan aktiviert und mit Aluminium oder Chlor koaktiviert wurde. An der vom Träger 1 abgekehrten Seite ist die Schicht 3 mit einer leitenden, aus Zinnoxyd bestehenden durchsichtigen Schicht 4 bedeckt, welche zum Schutz mit der Glasschicht 5 überzogen ist. Der Träger 1 ist mit einer Anschlussklemme 6 und die leitende durchsichtige Schicht 4 mit einer Anschlussklemme 7 versehen.
Fig. 2 zeigt gleichfalls einen Schnitt durch ein elektroleuchtendes Element nach der Erfindung, welches aus einem Ferrochromträger 11 besteht, auf dem eine Oxydhaut 12 vorhanden ist, die während des Reinigens und Emaillierens des Trägers entstanden ist. Auf dem Träger 11 befindet sich die Glasemailschicht 13, welche aus zwei Teilschichten, das heisst einer dem Träger zugekehrten Teilschicht 14, welche Titandioxydpigment enthält, und einer vom Träger abgekehrten Teilschicht 15 aufgebaut ist, welche elektrGleuchtendes Zinksulfid enthält. Die Schicht 13 ist mit einer leitenden, aus Zinnoxyd bestehenden, durchsichtigen Schicht 16 bedeckt. Der Träger 11 ist mit einer Anschlussklemme 17 und die leitende durchsichtige Schicht 16 mit einer Anschlussklemme 18 versehen.
Bei einem bestimmten Aufbau eines Elementes nach Fig. 2 hat der Ferrochromträger 11 eine Stärke von 0,2 mm und eine Zusammensetzung von 25'je Chrom und 75 % Eisen. Die Teilschicht 14 hat eine Stärke von 15 Mikron und ihr Gehalt an Titandioxydpigment beträgt 10 Vol. -%. Die 30Vol. -% aktiviertes Zinksulfid enthaltende Teilschicht 15 hat eine Stärke von 25 Mikron. Die auf dem Ferrochromträger 11 vorhandene Oxydhaut 12 hat eine Stärke von 0,5 Mikron. Eine solche dünne Schicht wurde dadurch erzielt, dass der Träger 11 vor dem Aufbringen der Emailschicht in einem Tetrabad bei Zimmertemperatur entfettet wurde. Nach dem Aufbringen der Ema1lpigmentsuspension werden bei Erhitzung auf 4500 C die organischen Bestandteile aus dieser Schicht entfernt.
Nach Abkühlung wird der Träger sofort in einen auf 7000 C befindlichen Ofen eingebracht und in diesem 3 - 5 Minuten gehalten.
Bei einer Spannung von 200 Volt und 120 Hz beträgt die Lichtausbeute 45 Lumen/m. Vergleichshalber wird erwähnt, dass bei einem gleichen Element, welches statt des Ferrochromträgers einen Glasträger besitzt, die Lichtausbeute 25 Lumen/mbeträgt.
Fig. 3 zeigt gleichfalls einen Schnitt durch ein elektroleuchtendes Element nach der Erfindung, welches aus einem Ferrochromträger 31 in der Stärke von 0,3 mm besteht, der allseitig von einer hydrolysierten Äthylsilikatschicht 32 mit einer Stärke von 0, 8 Mikron umgeben ist, auf der eine Anschlussklemme 33 angebracht ist. Auf der Schicht 32 befinden sich nacheinander die Glasemailschicht 34 mit einer Stärke von 45 Mikron, welche 10 Vol.-% Titandioxydpigment enthält, die 25 Mikron starke Glasemailschicht 35, welche 35 Vol. -0/0 aktiviertes Zinksulfid enthält, die 0,3 Mikron starke durchsichtige leitende Schicht 36, die aus in geeigneter Weise aktiviertem Zinnoxyd besteht und mit einer Anschlussklemme 37 versehen ist, und die durchsichtige Emailschicht 38 mit einer Stärke von 50 Mikron.
Die hydrolysierte Äthylsilikatschicht wurde in folgender Weise auf den Ferrochromträger aufgebracht. Ein Sol von 6,2 Gew.-% Äthylsilikat, 1, 2 Grew.-% Methanol, 3,4 Gew.-% Wasser und 89, 1 Gew.-% Isobutanol wird hergestellt. 1 Volumenteil dieses Sols wird mit 19 Volumenteilen Isobutanol verdünnt und darin wird die Chrom-Eisenplatte eingetaucht.
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