Elektrolumineszenz-Zelle und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenz-Zelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
In einer Elektrolumineszenz-Zelle wird durch eine lumineszierende Substanz, die sich in einem elektrischen Feld befindet, Licht erzeugt. In einer derartigen Elektrolumines- zenz-Zelle ist z. B. eine als Elektrode die nende Metallplatte mit einer dünnen Schicht einer lumineszierenden Substanz (Phosphor) überzogen, die ihrerseits mit einem dünnen Belag dielektrischen Materials bedeckt ist, dessen Aussenseite in enger Berührung mit einer zweiten Elektrode steht. Falls er wünscht, kann der Phosphor auch in dein dielektrischen Belag suspendiert werden.
Diese Bauart der Zellen wird gewöhnlich mit einer transparenten Elektrodenfläche ver sehen, hergestellt durch Aufbringen einer dünnen Schicht von elektrisch leitendem Zinnoxyd auf Glas, welche Schicht dann mit einem Belag von Phosphor oder einer Mi schung aus feinverteiltem Phosphor in einem dielektrischen Material versehen wird. Die andere Elektrode kann dann eine spiegelnde Oberfläche aufweisen, welche die Licht intensität der Zelle ausserhalb der transpa renten Elektrode vergrössert. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Elektrolumi- neszenz-Zellen aus einem Einkristall von Zinksulfid aufzubauen.
Die vorliegende Erfindung verwendet demgegenüber mit einem Aktivator ver- sehenes Zinkfluorid als Lumineszenz-Sub- stanz, verwendbar sowohl für Einkristall zellen als auch für Zellen mit polykristallinem Phosphor, wodurch Zellen mit verbesserten Helligkeitswerten herstellbar sind, die Licht grösserer Intensität emittieren.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Elektrolumineszenz-Zelle mit einer Elektrolumineszenz-Substanz zwischen zwei leitenden Elektroden. Kennzeichnend hierbei ist, dass die Elektrolumineszenz- Substanz aus Zinkfluorid mit einer Aktivie- rungssubstanz zwischen 1 und 6 Gewichts prozenten besteht.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Zinkfluorid mit 1 bis 6 Gewichtsprozenten einer Aktivie- rungssubstanz bis zur Schmelztemperatur erhitzt und langsam abgekühlt wird, und die transparenten, aus Zinkfluorid und Aktivie- rungssubstanz bestehenden Kristalle ab getrennt werden.
Die vorliegende Erfindung ist in beispiels weisen Ausführungen nachstehend an Hand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Hierbei ist: Fig. 1 eine Elektrolumineszenz-Zelle, be stehend aus einem Einkristall aus Zinkfluorid mit einer Aktivatorsubstanz, Fig. 2 eine ähnliche Elektrolumineszenz- Zelle wie Fig. 1, jedoch mit den Elektroden auf andern Kristallflächen,
Fig. 3 eine Elektrolumineszenz-Zelle üb licher Bauart mit Zinkfluorid und einer Aktivatorsubstanz als Lumineszenz-Sub- stanz, Fig. 4 eine Elektrolumineszenz-Zelle mit einer Vielzahl von Einkristallen, Fig. 5 eine Elektrolumineszenz-Zelle mit einer Schicht polykristallinen Materials.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Einkristall 10 in vergrössertem Massstab dargestellt mit zwei Elektroden 11 und 12, die an gegenüber liegenden Kristallflächen angebracht sind. Die Elektroden 11 und 12 können aus einem undurchsichtigen leitenden Material beste hen, beispielsweise einem Silberbelag, einer Metallplatte mit polierter Oberfläche, oder Metallsonden an den Kristallflächen. In gewissen Fällen kann eine oder alle beide Elektroden durch eine transparente leitende Schicht gebildet sein, beispielsweise eine auf Glas aufgebrachte Schicht aus leitendem Zinnoxyd.
Die Elektroden 11 und 12 sind mittels der Leitungen 14 und 15 mit einer elektrischen Spannungsquelle 13 verbunden, die im Falle der Fig. 1, 2, 4 und 5 entweder Wechsel- oder Gleichspannung sein kann. Zinkfluorid ist in gewissem Ausmasse selbst aktivierend, weshalb ein Kristall 10 aus reinem Zinkfluorid, wenn es einem elektri schen Feld ausgesetzt ist, Licht emittiert. Jedoch wird die Helligkeit des emittierten Lichtes vergrössert, wenn im Kristall eine geringe Menge Aktivierungssubstanz wie eine Verbindung von Mangan, Thalliurn, Cerium oder Blei enthalten ist.
Für den vor liegenden Fall wird eine Manganverbindung vorgezogen, wobei .der Gehalt an Aktivie- rungssubstanz ein bis sechs Gewichtsprozente beträgt.
Die in den Fig. 3 bis 5 angegebenen Zellen besitzen eine viel grössere Lumineszenz- Oberfläche als die Zellen nach Fig. 1 und 2. Die Elektrode 12 kann durch eine Metall platte gebildet werden, oder aber durch eine Platte aus Glas oder ähnlich durchsichtigem Material mit einer leitenden Schicht aus Zinnoxyd auf der Oberfläche. Ein Belag aus Phosphor 16 (Fig. 3) befindet sich in Kontakt mit der leitenden Oberfläche der Elektrode 12.
Der Belag 16 ist durch einen dünnen Film 16a aus dielektrischem Material abgedeckt, das aus einem der vielen Kunststoffe, Harze oder aus einem anorganischen Film (8i02 usw.) bestehen kann.
Beispielsweise kann für die Schicht 16a Zellulosenitrat, Polyacryl säure, Polyvinylchlorid, Zelluloseazetat, Al- kyd-Harz oder ein anderes transparentes dielektrisches Material verwendet werden, dem Zusatzstoffe wie Kampher, Glyzerin, Tricresylphosphat und ähnliche Substanzen beigefügt werden können.
Die Elektroden 11 und 12 der Ausführung nach Fig. 3 sind mit einer Wechselspannungsquelle 13 über die Leitungen 14 und 15 verbunden, in gleicher Weise wie bei den Ausführungen nach Fig. 1 und 2. .
In der Ausführung nach Fig. 4 besteht die Zelle aus einer Anzahl von Einkristallen 17, die durch ein Dielektrikum 18 vonein ander getrennt sind. Die in Fig. 5 dargestellte Zelle weist als Phosphor 19 aktiviertes polykristallines Zinkfluorid oder eine trans parente Schicht von Zinkfluorid mit einem Aktivator auf.
Zur Herstellung von kristallinem Zink- fluorid kann Zinkfluoridpulver mit einem Zusatz von ein bis fünf Prozent Ammonium fluorid und bis zu sechs Prozent Aktivie- rungssubstanz, wie beispielsweise Mangan- fluorid, in ein Platingefäss mit fest anliegen dem Deckel gegeben und dann über einem Bunsenbrenner erhitzt werden. Nachdem ,die Zinkfluoridmischung durch die Erhitzung geschmolzen ist, wird der Gaszustrom zum Bunsenbrenner nach und nach im Zeitraum von einer Stunde verringert.
Diese Behand lung ermöglicht die Herstellung von klaren transparenten Kristallen von Zinkfluorid mit einer Aktivatorsubstanz in der Nähe der obern äussern Kante der Schmelze. Auf diese Weise erzeugte Kristalle können einzeln oder in Kombination in einer Elektrolumineszenz- Zelle verwendet werden. Ein transparenter Film aus Zinkfluorid kann auf einer elektrisch leitenden Unterlage hergestellt werden, indem in einer Vakuum kammer entweder das noch nicht wärme behandelte oder das kristallisierte Zinkfluorid erhitzt und der verdampfte Phosphor auf der leitenden Oberfläche niedergeschlagen wird.
Eine Aktivierungssubstanz kann dadurch beigefügt werden, dass sie entweder mit dem Zinkfluorid vor dem Verdampfen vermischt wird, oder indem sie aus einem getrennten Gefäss gleichzeitig verdampft wird. Eine andere Methode zur Erzeugung eines trans parenten Films aus aktiviertem Zinkfluorid auf einer leitenden Unterlage besteht darin, dass eine Reaktion von Zinkchlorid und Ammoniumfluorid im Dampfzustand herbei geführt und das gebildete Zinkfluorid auf der leitenden Unterlage kondensiert wird.
Bisher in der Technik bekannte Elektro- lumineszenz-Zellen konnten nur Licht so geringer Helligkeit erzeugen, dass derartige Zellen nur in Apparaturen brauchbar sind, wo geringe Helligkeiten ausreichen. Eine mit Zinkfluorid und mit einer Aktivatorsubstanz hergestellte Elektrolumineszenz-Zelle gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt eine fünf fach grössere Helligkeit als die bisher be kannten Zellen unter Verwendung von Zink sulfid- oder Zinkoxyd-Phosphoren, bei den gleichen Bedingungen bezüglich Spannung und Frequenz.