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WESTINGHOUS ELECTRIC CORPORATION, résidant à EAST PITTSBURGH
E. U.A
CELLULE ELECTROLUMINESCENTE,
La présente invention concerne les cellules électroluminescen- tes et,plus spécialement, une cellule électroluminescente construite de façon à constituer une cellule de débit lumineux et de rendement élevés.
L'étude des cellules électroluminescentes a fortement progres- sé depuis que Destriau et Mattler ont fait) ressortir les possibilités in- dustrielles d'une cellule de ce genre dans un article intitulé New Phenome- non of Electorluminessence publié dans le "London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine", Volume 38, page 700, Octobre 1947. Comme il est décrit dans cet article, une cellule électroluminescente consiste essentiel- lement en deux électrodes séparées par une matière électroluminescente.
Les électrodes elles-mêmes sont habituellement planes et parallèle s entre elles. Quand un champ électrique est appliqué à la matière fluorescente électroluminescente, en appliquant une différence de potentiel entre les deux électrodes, les particulesélectroluminescentesproduisent de la lu- mière. Cette lumière peut être utilisée en pratique, si une des électrodes est capable de transmettre la lumière. Afin de pouvoir augmenter la diffé- rence de potentiel entre électrodes, il est préférable d'enlever l'air d'en- tre les électrodes et de la remplacer par une matière diélectrique à con- stante et rigidité diélectriques supérieures à celles de l'air. En labora- toire, on utilise souvent de l'huile comme diélectrique de substitution.
Cependant, comme décrit dans l'article précité, il est préférable de rempla- cer l'huile par une matière diélectrique solide comme le polystyrène, dans les applications industrie lle s .
Les chercheurs dans le'domaine de l'électroluminescence n'avaient pas découvert jusqu'ici que la lumière se crée à la surface de contact entre la matière électroluminescente et les électrodeso L'ignorance de cette par- ticularité a donné lieu à la production de cellules électroluminescentes qui ne travaillent pas à leur rendement maximum et n'ont pas le débit lumi- neux le plus grand dont ils sont capables. Aucun effort n' a été fait pour obtenir un contact intime entre les particules électroluminescentes et les
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électrodes de la cellule. Suivant, une ancienne forme d'exécution, les par- ticules électroluminescentes sont mises en suspension dans une' solution' de la matière diélectrique devant remplacer l'air entre les* électrodes 'et d'un solvant.
Ce mélange est ensuite déposé, par aspersion, sur une des électrodes et, en séchant, il constitue une couche de particules électro- luminescentes enrobées dans une matière diélectrique . La couche de'parti- cules électroluminescentes enrobées dans le diélectrique est ensuite recou- verte d'une seconde électrode de façon à éliminer l'air entre l'électrode et la couche diélectrique contenant les particules électroluminescentes.
Une cellule construite de cette façon ne présente que par un hasard heureux, un contact entre les particules et l'électrode de la cellule sur laquelle la couche est appliquée. Par ce manque de contact intime entre les parti- cules électroluminescentes et les électrodes des cellules, les anciennes cellules sont constituées par des couches de particules électroluminescen- tes trop épaisses que pour avoir un rendement maximum ou un débit lumineux correspondant à toutes les possibilités de cette épaisse couche de parti- cules fluorescentes relativement inefficace.
Les particules électrolumi- Descentes et les matières diélectriques desanciennes cellules doivent trans- mettre la lumière, puisque la grande partie de la lumière des cellule s est créée à l'intérieur de la couche et doit traverser les particules fluorescen- tes et la matière diélectrique. Ceci est inutile quand les cellules sont construites de façon que la lumière se crée aux surfaces des électrodes.
La présente invention a pour but principal de procurer une cellule électroluminescente à rendement et débit lumineux élevés.
Ce but et d'autres, qui ressortiront clairement lors de la description donnée ci-après, sont atteints en procurant une cellule élec- troluminescente à contact intime entre au moins une des électrodes de la cellule électroluminescente et les particules électroluminescentes voisi- nes, et, de préférence, en utilisant plusieurs couches de particules élec- troluminescentes en contact direct et, intime avec une surface d'électrode.
L'expérience a montré qu'une cellule construite de façon qu'il y ait contact direct et intime entre les particules électroluminescentes voisines des électrodes et les électrodes elles-mêmes, a un rendement plus élevé et un débit lumineux total important. Il est entendu par "contact di- rect et intime avec la surface de l'électrode" un contact direct de la plu- part des (en substance toutes les) particules de la couche électrolumines- cente dans le voisinage immédiat de la surface de l'électrode avec cette surface d'électrode, sans matière diélectrique ni autres corps étrangers entre les particules et la surface de l'électrode.
En profitant de ce con- tact direct, il est possible d'utiliser des couches de particules fluores- cen-tes épaisses d'une seule particule, ce qui permet d'utiliser efficacement plusieurs couches électroluminescentes. Il est ainsi possible de construi- re des cellules électroluminescentes à plus de deux couches de particules électroluminescentes, ce qui était impossible jusqu'ici.
Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 est une vue perspective d'une cellule électrolu- minescente conforme à l'invention et utilisant deux électrodes.
La figure 2 est une vue perspective d'une forme d'exécution de l'invention utilisant trois électrodes.
La cellule électroluminescente représentée à la figure 1 et portant la référence générale 10 comprend une électrode transmettant la lu- mière 12, de préférence en verre avec une surface conductrice 13 transpa- rente à la lumière, et une électrode 14 faite en un métal à haut pouvoir de réflexion. Les électrodes 12 et 14, qui sont, de préférence, en sub- stance planes et parallèles, sont séparées par deux couches 16 de particu- les électroluminescentes enrobées de matière diélectrique. Les couches de particules électroluminescentes sont séparées par un isolant transparent à
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la lumière 18 qui peut être une matière plastique transparente (résine synthétique) ou de la cellophane.
L'isolant 18 sert à relever la tension de rupture de la cellule, de manière à pouvoir appliquer des potentiels plus élevés entre les électrodes 12 et 14 de la cellule.
Les particulesélectroluminescentes voisines des surfaces con- ductrices des électrodes 12 et 14 sont en contact direct avec celles-ci.
De préférence, la couche 16 de particules électroluminescentes a une épais- seur d'une seule particule, et les particules ainsi que la matière diélec- trique transmettent, de préférence, la lumière. Il y a beaucoup de parti- cules électroluminescentes transmettant la lumière, par exemple du sulfure de zinc activé à l'argent ou au cuivre.
Quoiqu'on puisse tirer des avan- tages, conformément à la présente invention, du contact direct entre les par- ticules et l'électrode dans le cas d'une couche épaisse de plusieurs épais- seurs de particules au lieu d'une, le rendement le plus élevé est obtenu quand en substance toutes les particules de la couche se trouvent en contact avec la surface de l'électrode.,
La présente invention permet de fabriquer une cellule élec- troluminescente ayant plus de deux couches de particules électroluminescen- tes, comme représenté à la figure 2. Dans cette forme d'exécution, on uti lise deux électrodes 20 et 22 transparentes à la lumière.
L'électrode transmettant la lumière 20 est l'électrode d'éclairement et est la même que l'électrode 12 de la figure 1; elle est en verre et sa paroi intérieu- re est recouverte d'une couche électriquement conductrice 24 La surface non conductrice de l'électrode 20 constitue la surface extérieure de la cellule coté éclairemento L'électrode 22 est, de préférence, en verre et a, sur chaque paroi, une surface conductrice transparente à la lumière 13.
L'électrode 22 se trouve, dans la cellule, entre l'électrode 20 et une éleo trode métallique 26 à haut pouvoir de réflexion. Entre l'électrode d'éclai- rement 20 et l'électrode 22 se trouvent des couches 16 de particules élec- troluminescentes séparées par un isolant 18 Ce dernier est semblable à la couche isolante 18 de la figure 1.
Aussi, comme à la figure 1, les particules électroluminescen- tes de la couche 16 de la figure 2 sont enrobées d'une matière diélectrique et se trouvent pratiquement toutes en contact direct avec une surface d'élec- trodeo Donc,en substance toutesles particules électroluminescentes de la couche 16 supérieure sont en contact avec la surface conductrice 24 de l'électrode 20, tandis qu'en substance toutes les particules électrolumi- nescentes de l'autre couche 16 comprise entre les électrodes 20 et 22, sont en contact direct avec une surface conductrice de l'électrode 22. Les cou- ches de particules électroluminescentes 16 ont l'épaisseur d'une particule et laissent passer la lumière.
Il y a aussi deux couches 16 de particules électroluminescentes enrobées de matière diélectrique entre l'électrode 22 et l'électrode réflectrice 26 Ces deux couches sont aussi séparées par un isolant 18 et ressemblent en tous points aux couches de particules élec- troluminescentes comprises entre le d'électrodes 22 et 20, c'est-à-dire que les particules d'une couche sont en contact direct avec l'électrode 22 et, les particulesde l'autre couche sont en contact direct avec l'électrode 26.
La description de la cellule représentée à la figure 2 montre qu'en utilisant plusieurs couches de particules électroluminescentes trans- parentes à la lumière et de l'épaisseur d'environ une particule, et en as- surant un contact intime entre les différentes couches et des électrodes, on peut obtenir une cellule à rendement et débit lumineux total élevés.
Le débit lumineux total est augmenté parce que l'électrode métallique 26 réfléchit la lumière à travers la cellule, sans absorption anormale dans celle-ci, et parce que la quantité de lumière créée à la surface des élec- trodes est plus grande.
L'électrode 22 a été décrite comme' étant une électrode en verre recouverte, sur ses deux faces, de revêtements conducteurs. Cette électrode pourrait cependant être remplacée par toute autre électrode convenable qui
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serait assez mince pour laisser passer la lumière à transmettre et qui' serait conductrice sur ses deux faces. Comme il a été dit, l'électrode 26 est faite en un métal à haut pouvoir de réflexion de façon que toute lu- mière qui la touche soit renvoyée à travers les couches de matière fluores- c ente et l'électrode d'éclairement 20, vers l'extérieur.
Si la cellule doit être éclairante sur ses deux faces, l'électrode 26 peut être remplacée par une électrode semblable à l'électrode 20 et, dans ce cas, c'est l'élec- trode 22 qui doit avoir des revêtements conducteurs à haut pouvoir de ré- flexion, si on désire obtenir le maximum de rendement. Quoique la forme d'exécution préférée de l'invention prévoie le cas d'une électrode à haut pouvoir de réflexion et de couches épaisses d'une seule particule, des avantages peuvent aussi être tirés d'autres types de construction de cel- lules, pourvu que soit maintenu le principe du contact direct entre les particule s électroluminescentes et l'électrode adjacente.
On peut obtenir le contact voulu entre les particules fluores- centes et l'électrode, en déposant les particules fluorescentes, par asper- sion, sur l'électrode, après le s avoir mises en suspension dans un véhicule très volatil, comme l'alcool éthylique. Après pistolage des électrodes 12 et 14 au moyen de la suspension de articules fluorescentes dans de l'al- cool et après évaporation de l'alcool, on peut monter la cellule en appli- quant les deux électrodes l'une contre l'autre avec, entre elles, l'isolant 18. Il faut veiller à ce que chacune des électrodes ne soit recouverte que d'une mince couche de particules, afin que pratiquement toutes les par- ticules fluorescentes de chaque couche soient en contact avec les électro- des.
Après assemblage, la cellule peut être imprégnée, sous vide, d'une matière diélectrique. En principe, le même procédé peut être utilisé pour monter la cellule de la figure 2.
Quoique le dépôt de particulesélectroluminescentes sur les électrodes par pistolage soit le plus rapide, on peut utiliser un autre procédé pour déposer une mince couche de particules très régulière. Ce procédé consiste à faire flotter une pellicule de particules électrolu- minescentes sur une surface d'eau ou d'un autre liquide, puis à remonter l'électrode à travers la pellicule flottante de manière que les particu- les flottantes se déposent sur la surface de l'électrode.
Quoique les cellules électroluminescentes décrites ci-avant utilisent une couche de particules électroluminescentes laissant passer la lumière, l'invention permet aussi l'utilisation d'une matière diélectrique ne transmettant pas la lumière. Dans une cellule à matières ne laissant pas passer la lumière, on ne peut utiliser qu'une couche de particules électroluminescentes par diélectrique d'éclairement.
C'est pourquoi, dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, dans le cas d'une matière électroluminescente ne transmettant pas la lumière, l'électrode 14 est, de préférence, une électrode d'éclairement comme l'électrode 12, de façon que la lumière créée aux points de contact entre la couche 16 de particule s électroluminescentes et 1'électrode 14 sorte de la cellule à travers l'élec trode 12 Si on le désire, la seconde couche de particules électrolumines- centes 16 peut être supprimée et l'électrode 14 peut être appliquée direc- tement à la surface de la couche isolante 18.
La description qui précède montre que l'invention procure une cellule électroluminescente efficace à débit lumineux élevé, pouvant aussi utiliser des particules électroluminescentes qui ne laissent pas passer la lumière ainsi qu'une matière diélectrique ne laissant pas passer la lumière.
REVENDICATIONS.
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WESTINGHOUS ELECTRIC CORPORATION, residing in EAST PITTSBURGH
E. U.A
ELECTROLUMINESCENT CELL,
The present invention relates to electroluminescent cells and, more particularly, to an electroluminescent cell constructed so as to constitute a cell of high light output and high efficiency.
The study of electroluminescent cells has made great progress since Destriau and Mattler highlighted the industrial possibilities of such a cell in an article entitled New Phenome- non of Electorluminessence published in the "London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine ", Volume 38, page 700, October 1947. As described in this article, an electroluminescent cell consists essentially of two electrodes separated by electroluminescent material.
The electrodes themselves are usually planar and parallel to each other. When an electric field is applied to the fluorescent electroluminescent material, by applying a potential difference between the two electrodes, the electroluminescent particles produce light. This light can be used in practice, if one of the electrodes is capable of transmitting light. In order to be able to increase the potential difference between electrodes, it is preferable to remove the air between the electrodes and to replace it with a dielectric material with dielectric constant and dielectric strength higher than those of the electrodes. air. In the laboratory, oil is often used as a substitute dielectric.
However, as described in the above article, it is preferable to replace the oil with a solid dielectric material such as polystyrene in industrial applications.
Researchers in the field of electroluminescence had not yet discovered that light is created at the contact surface between electroluminescent material and electrodes. Ignorance of this peculiarity has given rise to the production of electroluminescent cells that are not working at their maximum efficiency and do not have the greatest light output of which they are capable. No effort has been made to obtain intimate contact between the electroluminescent particles and the particles.
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electrodes of the cell. According to an older embodiment, the electroluminescent particles are suspended in a 'solution' of the dielectric material to replace the air between the 'electrodes' and a solvent.
This mixture is then deposited, by spraying, on one of the electrodes and, on drying, it constitutes a layer of electroluminescent particles coated in a dielectric material. The layer of electroluminescent particles embedded in the dielectric is then covered with a second electrode so as to remove air between the electrode and the dielectric layer containing the electroluminescent particles.
A cell constructed in this way presents only by happy coincidence a contact between the particles and the electrode of the cell on which the coating is applied. By this lack of intimate contact between the electroluminescent particles and the electrodes of the cells, the old cells are made up of layers of electroluminescent particles that are too thick to have a maximum efficiency or a light output corresponding to all the possibilities of this. thick layer of fluorescent particles relatively inefficient.
The electrolumi- descents and dielectric materials of old cells must transmit light, since most of the light in cells is created inside the layer and must pass through fluorescent particles and dielectric material. This is unnecessary when the cells are constructed so that light is created at the surfaces of the electrodes.
The main object of the present invention is to provide an electroluminescent cell with high efficiency and light output.
This object and others, which will become clear from the description given below, are achieved by providing an electroluminescent cell in intimate contact between at least one of the electrodes of the electroluminescent cell and the neighboring electroluminescent particles, and , preferably, using several layers of electroluminescent particles in direct and intimate contact with an electrode surface.
Experience has shown that a cell constructed in such a way that there is direct and intimate contact between the electroluminescent particles neighboring the electrodes and the electrodes themselves, has a higher efficiency and a large total light output. By "direct and intimate contact with the electrode surface" is meant direct contact of most (substantially all) particles of the electroluminescent layer in the immediate vicinity of the surface of the electrode. 'electrode with this electrode surface, free of dielectric material and other foreign bodies between the particles and the electrode surface.
By taking advantage of this direct contact, it is possible to use single-particle thick fluorescent particle layers, which enables multiple electroluminescent layers to be efficiently used. It is thus possible to construct electroluminescent cells with more than two layers of electroluminescent particles, which has hitherto been impossible.
Several embodiments of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which:
FIG. 1 is a perspective view of an electroluminescent cell according to the invention and using two electrodes.
FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of the invention using three electrodes.
The light-emitting cell shown in Figure 1 and bearing the general reference 10 comprises a light transmitting electrode 12, preferably of glass with a conductive surface 13 transparent to light, and an electrode 14 made of a high-grade metal. power of reflection. The electrodes 12 and 14, which are preferably substantially planar and parallel, are separated by two layers 16 of electroluminescent particles coated with dielectric material. The layers of electroluminescent particles are separated by a transparent insulator with
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the light 18 which can be a transparent plastic material (synthetic resin) or cellophane.
The insulator 18 serves to raise the breaking voltage of the cell, so as to be able to apply higher potentials between the electrodes 12 and 14 of the cell.
The electroluminescent particles adjacent to the conductive surfaces of electrodes 12 and 14 are in direct contact with them.
Preferably, the layer 16 of electroluminescent particles is of a single particle thickness, and the particles as well as the dielectric material preferably transmit light. There are many electroluminescent particles which transmit light, for example zinc sulphide activated with silver or copper.
Although advantages can be derived in accordance with the present invention from the direct contact between the particles and the electrode in the case of a thick layer of several particle thicknesses instead of one, the highest efficiency is obtained when substantially all the particles of the layer are in contact with the surface of the electrode.,
The present invention makes it possible to manufacture an electroluminescent cell having more than two layers of electroluminescent particles, as shown in FIG. 2. In this embodiment, two electrodes 20 and 22 transparent to light are used.
The light transmitting electrode 20 is the illumination electrode and is the same as the electrode 12 of Fig. 1; it is made of glass and its interior wall is covered with an electrically conductive layer 24 The non-conductive surface of the electrode 20 constitutes the exterior surface of the cell on the illuminance side o The electrode 22 is preferably made of glass and has , on each wall, a conductive surface transparent to light 13.
The electrode 22 is located in the cell, between the electrode 20 and a metal eleo trode 26 with high reflectance. Between the illumination electrode 20 and the electrode 22 are layers 16 of electroluminescent particles separated by an insulator 18. The latter is similar to the insulating layer 18 of FIG. 1.
Also, as in Figure 1, the electroluminescent particles in layer 16 of Figure 2 are coated with a dielectric material and are substantially all in direct contact with an electrode surface. Therefore, substantially all particles electroluminescent particles of the upper layer 16 are in contact with the conductive surface 24 of the electrode 20, while in substance all the electroluminescent particles of the other layer 16 between the electrodes 20 and 22, are in direct contact with a conductive surface of the electrode 22. The layers of electroluminescent particles 16 are particle-thick and allow light to pass.
There are also two layers 16 of electroluminescent particles coated with dielectric material between electrode 22 and reflector electrode 26.These two layers are also separated by an insulator 18 and resemble in all respects the layers of electroluminescent particles between the electrodes 22 and 20, that is to say that the particles of one layer are in direct contact with the electrode 22 and, the particles of the other layer are in direct contact with the electrode 26.
The description of the cell shown in Figure 2 shows that by using several layers of light-transparent electroluminescent particles of about one particle thickness, and ensuring intimate contact between the different layers and electrodes, one can obtain a cell with high efficiency and total light output.
The total light output is increased because the metal electrode 26 reflects light through the cell, without abnormal absorption therein, and because the amount of light created on the surface of the electrodes is greater.
The electrode 22 has been described as being a glass electrode covered on both sides with conductive coatings. This electrode could however be replaced by any other suitable electrode which
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would be thin enough to pass the light to be transmitted and which would be conductive on both sides. As has been said, the electrode 26 is made of a high reflectance metal so that any light which touches it is reflected back through the layers of fluorescent material and the illuminating electrode 20. , outwards.
If the cell is to be illuminating on both sides, electrode 26 can be replaced by an electrode similar to electrode 20 and, in this case, it is electrode 22 which should have high conductive coatings. power of reflection, if one wishes to obtain the maximum output. Although the preferred embodiment of the invention provides for the case of a high reflectance electrode and thick single particle layers, advantages can also be derived from other types of cell construction, provided that the principle of direct contact between the electroluminescent particles and the adjacent electrode is maintained.
The desired contact between the fluorescent particles and the electrode can be obtained by depositing the fluorescent particles, by spraying, on the electrode, after being suspended in a very volatile vehicle, such as alcohol. ethyl. After spraying the electrodes 12 and 14 by means of the suspension of fluorescent articulations in alcohol and after evaporation of the alcohol, the cell can be mounted by applying the two electrodes against each other with , between them, the insulator 18. Care must be taken that each of the electrodes is covered only with a thin layer of particles, so that practically all the fluorescent particles of each layer are in contact with the electrodes. .
After assembly, the cell can be impregnated, under vacuum, with a dielectric material. In principle, the same method can be used to assemble the cell of figure 2.
Although the deposition of electroluminescent particles on the electrodes by spraying is the fastest, another method can be used to deposit a very even thin layer of particles. This process involves making a film of electroluminescent particles float on a surface of water or other liquid, then pulling the electrode up through the floating film so that the floating particles are deposited on the surface. of the electrode.
Although the electroluminescent cells described above use a layer of electroluminescent particles allowing light to pass, the invention also allows the use of a dielectric material which does not transmit light. In a material cell which does not pass light, only one layer of electroluminescent particles can be used per illumination dielectric.
Therefore, in the embodiment shown in Figure 1, in the case of an electroluminescent material not transmitting light, electrode 14 is preferably an illumination electrode like electrode 12 , so that the light created at the points of contact between the layer 16 of electroluminescent particles and the electrode 14 exits the cell through the electrode 12 If desired, the second layer of electroluminescent particles 16 can be omitted and the electrode 14 can be applied directly to the surface of the insulating layer 18.
The above description shows that the invention provides an efficient electroluminescent cell with a high light output, which can also use electroluminescent particles which do not pass light as well as a dielectric material which does not pass light.
CLAIMS.
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