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ELECTROLUMINESCENCE PAR MONOCRISTAL.
La présente in,ention est relative à une cellule électro-luminescente dans laquelle le phosphore est présent sous la forme d'un monocristal.
Plus particulièrement, l'invention a trait à une cellule électroluminescente utilisant un cristal mixte de sulfure de zinc et d'une ou plusieurs 'substances telles que le phosphore.
Les cellules électroluminescentes, désignées souvent sous le nom de condensateurs lumineux", ressemblent à un condensateur plat dans le diélectrique duquel est incorporé une certaine quantité de phosphore électroluminescent, l'une des plaques étant une couche conductrice transparente.
Lorsqu'on fait passer du courant alternatif entre les deux plaques, des effets lumineux sont observés dans la couche diélsorique. Un appareil de ce genre est revendiqué dans le brevet belge (N provisoire 402.080) déposé par la Société demanieresse le 6 septembre 1952.
Les cellules électroluminescentes connues jusqu'à présent, opéraient seulement sur le courant alternatif et l'intensité de la lumière émise augmentait, en fonction de la tension et de la fréquence, jusqu'à un certain point.
Au delà de ce point, une augmentation de fréquence n'était plus accompagnée d'un accroissement de brillance. Quant à l'augmentation de tension, elle était limitée par la rupture du diélectrique.
Un objet de l'invention est de présenter un3 cellule électroluminescente de petites dimensions, de brillance élevée,qui fonctionne aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif et qui est composée d'un monocristal de phosphore électroluminescent.
Suivant un aspect de l'invention, une cellule électroluminescente est obtenue en constituant un monocristal contenant un métal activateur et une ou plusieurs substances telles que le sulfure de zinc, le séléniure de zinc et le sulfure de cadmium, une paire d'électrôdes opposées étant disposée
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sur le cristal.
On comprendra mieux les caractéristiques techniques et les avantages de l'invention en se référant aux figures 1 & 2 qui représentent, sous forme fortement agrandie, un monocristal 10 de phosphore électroluminescent activé. Le cristal 10 peut être très petit, par exemple plus petit qu'un grain de blé ou avoir des dimensions de plusieurs millimètres. Les deux électrodes 11 & 12 peuvent être constituées en une substance conductrice opaque telle qu'une pâte d'argent ou une plaque métallique lisse, ou des sondes métalliques; il peut être désirable, dans certains cas, que l'une ou les deux électrodes soient composées d'une substance conductrice transparente telle que du verre étamé.
Si les deux élec rodes sont opaques, la luminosité émanant des parties exposées du cristal 10, lorsque les électrodes 11 & 12 sont alimentées, est facilement décelable.
Une soufce d'énergie 13 est connectée aux électrodes 11 & 12 par l'intermédiaire des conducteurs respectifs 14 & 15. Cette source 13 peut délivrer du courant alternatif ou continu, puisque la cellule va donner de la lumière dans les deux cas.
On prépare le cristal en mélangeant, dans des proportions adéquates, du sulfure de zinc, du séléniure de zinc et du sulfure de cadmium avec un métal activateur. Le mélange est finement divisé et placé dans un tube de quartz soigneusement nettoyé, que l'on vide en chauffant de façon à libérer les gaz occlus, enfin que l'on scelle. On chauffe ensuite la partie inférieure du tube contenant le mélange pulvérulant à une tempérarure sensiblement égale à la température de sublimation du mélange (1175 C. dans le cas considéré), la température de la partie supérieure étant maintenue à une centaine de degrés au-dessous.
La poudre se sublime graduellement dans le bas du tube et vient se condenser dans le haut sous forme d'un cristal unique.
Comme activateur de la substance luminescente, on utilise, comne il a déjà été dit plus haut, des éléments du 4ème Groupe, tels que le cuivre et l'argent de préférence, ou encore du manganèse, mais le phosphore a éga- lement donné des résultats satisfaisants. La teneur doit être inférieure à 5 %, on a trouvé que d'excellents produits avaient été obtenus avec 0,5% seulement du métal activateur. Celui-ci peut être---Introduit sous forme d'un sel, par exemple un nitrate dans le cas du cuivre. On remarquera que la teneur en activateur initialement contenue dans le mélange, ne constitue pas nécessairement une indication du pourcentage présent dans le monocristal.
A titre d'exemple, voici le mode de préparation d'une substance électroluminescente qui s'est révélée, à l'expérience, comme possédant d'excellentes propriétés. Le mélange initial contenait 80 parties, en poids, de sulfure de zinc, 20 parties de séléniures de zinc et 0,5 partie de cuïvre : sous forme de nitrate de cuivre.
Le traitement thermique doit être conduit sur une période de temps suffisamment longue pour que la croissance du cristal s'effectue très lentement. Pour le mélange en question, le temps minimum pour obtenir un cristal ayant des propriétés satisfaisantes était de 48 heures environ. Une réduction de ce temps était préjudiciable à la qualité du cristal.
Quand le cristal est formé, il est retiré du tube scellé, des électrodes conductrices sont disposées par un procédé adéquat sur deux de ses faces.
Les caractéristiques de fonctionnement d'un cristal dépendent de l'orientation du champ électrique qui lui est appliqué, vis-à-vis de son axe optique. C'est ainsi que la brillance, pour une val eur donnée du champ électrique, est beaucoup plus grande quand cette direction et cet axe sont perpendiculaires, cas représenté par la figure 2.
Les cristaux luminescents peuvent être utilisés individuellement ou assemblés de façon à former toute figure désirée; ou encore disposés pour
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' former un écran fluorescent dans un tube oscilloscope.
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ELECTROLUMINESCENCE BY MONOCRISTAL.
The present in, ention relates to an electroluminescent cell in which the phosphorus is present in the form of a single crystal.
More particularly, the invention relates to an electroluminescent cell using a mixed crystal of zinc sulfide and one or more substances such as phosphorus.
Light-emitting cells, often referred to as “light-emitting capacitors”, look like a flat capacitor in the dielectric of which a certain amount of electroluminescent phosphor is incorporated, one of the plates being a transparent conductive layer.
When alternating current is passed between the two plates, light effects are observed in the dielsor layer. An apparatus of this type is claimed in Belgian patent (provisional N 402,080) filed by the Demanieresse Company on September 6, 1952.
The light-emitting cells known until now, operated only on alternating current and the intensity of the light emitted increased, depending on the voltage and frequency, up to a certain point.
Beyond this point, an increase in frequency was no longer accompanied by an increase in brightness. As for the voltage increase, it was limited by the breakage of the dielectric.
An object of the invention is to provide a small-sized, high-brightness electroluminescent cell which operates both with direct current and alternating current and which is composed of an electroluminescent phosphor single crystal.
According to one aspect of the invention, an electroluminescent cell is obtained by constituting a single crystal containing an activating metal and one or more substances such as zinc sulfide, zinc selenide and cadmium sulfide, a pair of opposing electrodes being willing
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on the crystal.
The technical characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to FIGS. 1 & 2 which represent, in greatly enlarged form, a single crystal 10 of activated electroluminescent phosphorus. Crystal 10 can be very small, for example smaller than a grain of wheat or have dimensions of several millimeters. The two electrodes 11 & 12 can be made of an opaque conductive substance such as a silver paste or a smooth metal plate, or metal probes; it may be desirable in some cases that one or both electrodes be composed of a transparent conductive substance such as tinned glass.
If both electrodes are opaque, the brightness emanating from the exposed portions of crystal 10, when electrodes 11 & 12 are energized, is readily detectable.
An energy source 13 is connected to the electrodes 11 & 12 via the respective conductors 14 & 15. This source 13 can deliver alternating or direct current, since the cell will give off light in both cases.
The crystal is prepared by mixing, in suitable proportions, zinc sulphide, zinc selenide and cadmium sulphide with an activator metal. The mixture is finely divided and placed in a carefully cleaned quartz tube, which is emptied by heating so as to release the occluded gases, and finally which is sealed. The lower part of the tube containing the pulverulent mixture is then heated to a temperature substantially equal to the sublimation temperature of the mixture (1175 C. in the case considered), the temperature of the upper part being maintained at a hundred degrees below .
The powder gradually sublimates at the bottom of the tube and condenses at the top in the form of a single crystal.
As activator of the luminescent substance, elements of the 4th Group are used, as has already been said above, such as copper and silver preferably, or also manganese, but phosphorus has also given satisfactory results. The content should be less than 5%, it has been found that excellent products have been obtained with only 0.5% of the activator metal. This can be --- Introduced in the form of a salt, for example a nitrate in the case of copper. It will be noted that the activator content initially contained in the mixture does not necessarily constitute an indication of the percentage present in the single crystal.
By way of example, here is the method of preparing an electroluminescent substance which has been shown, in experience, to have excellent properties. The initial mixture contained 80 parts, by weight, of zinc sulphide, 20 parts of zinc selenides and 0.5 part of copper: as copper nitrate.
The heat treatment must be carried out over a sufficiently long period of time that the growth of the crystal takes place very slowly. For the mixture in question, the minimum time to obtain a crystal having satisfactory properties was approximately 48 hours. A reduction in this time was detrimental to the quality of the crystal.
When the crystal is formed, it is withdrawn from the sealed tube, conductive electrodes are arranged by a suitable method on two of its faces.
The operating characteristics of a crystal depend on the orientation of the electric field which is applied to it, with respect to its optical axis. This is how the brightness, for a given value of the electric field, is much greater when this direction and this axis are perpendicular, case represented by figure 2.
Luminescent crystals can be used individually or assembled to form any desired figure; or even willing to
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'form a fluorescent screen in an oscilloscope tube.