Elektrolumineszierende Leuchtzelle Es sind elektrolumineszierende Leuchtzellen be kannt, bei welchen zwischen zwei metallischen Arma turen bzw. leitenden oder leitend gemachten Elektro den, von welchen die eine Armatur das Licht zum Teil durchlässt, ein Stoff vorgesehen ist, welcher, unter der Einwirkung einer an die Elektroden an gelegten Wechselspannung, leuchtet. Die beiden Elek troden wurden dadurch hergestellt, dass man einen isolierenden Stoff, mindestens aber für die eine Elektrode einen durchsichtigen Isolierstoff, z. B. Glas oder einen Kunststoff, mit einer leitenden Schicht überzog.
Die zwei ,aus einem Isolierstoff bestehenden, je mit einer leitenden Schicht überzogenen Isolier platten, zusammen mit dem zwischen ihnen vorge sehenen Leuchtstoff, bildeten die Leuchtzelle.
Von diesen Zellen wurde bereits festgestellt, dass ihre abgestrahlte Lichtmenge, bei einem Wechselstrom gegebener Frequenz, mit der am lumineszierenden Stoff auftretenden elektrischen Feldstärke rasch zu nimmt. Eine elektrolumineszierende Zelle, die mit guter Wirkung arbeitet, kann deshalb nur mit grosser elektrischer Feldstärke in Betrieb gehalten werden. Mit Rücksicht darauf, dass in der Praxis die Netz spannung verwendet wird, die z. B. 220 Volt be trägt, ist eine grosse elektrische Feldstärke nur mit einer möglichst dünnen Schicht erreichbar.
Die notwendige Feldstärke liegt jedoch praktisch in jedem Fall über der Durchschlagfestigkeit der Luft, welche bei Wechselspannung etwa 21 kV/cm beträgt. Man muss daher dafür Sorge tragen, dass auch die kleinsten Spuren von Luft aus der Zelle entfernt werden. Zu diesem Zweck wurde die Leucht- schicht zweckmässig so ausgebildet, dass man den aus kleinen Pulverkörnchen bestehenden elektro lumineszierenden Stoff, zusammen mit organischen Bindemitteln, zu einer dünnen, filmartigen Schicht ausbildete, wobei die die Spannung zuführenden Elektroden an die beiden Seiten dieser Schicht an geschlossen wurden.
Diese Ausführungsform hat den Nachteil, dass mit Rücksicht auf die Verwendung von elektro lumineszierenden Stoffen des ZnS-Typs, welche eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 12 aufweisen, wobei die Dielektrizitätskonstante des als Füllmittel dienenden Bindemittels im allgemeinen kleiner ist, so dass die auf die Zelle geschaltete Spannung, in Abhängigkeit von den dielektrischen Konstanten, das Bindemittel in einem höheren Mass, den lumi neszierenden Stoff hingegen nur in einem geringeren Mass beanspruchte.
Zur Erreichung einer entspre chenden Feldstärke war also entweder die Netz spannung nicht ausreichend, oder man war gezwun gen, den El'ektrodenabstand derart zu verringern, dass wiederum die Herstellung einer entsprechend dünnen Schicht technologischen Schwierigkeiten be gegnete, bzw. es wurde die Gefahr von Entladungen in der Luft zwischen den Zuleitungen der Elektroden vergrössert.
Es sind auch elektrolumineszierende Zellen be kannt, bei welchen der elektrolumineszierende Stoff anstatt in organischen Bindemitteln im Glas oder in glasartigen Emails eingebettet ist. Die Herstellung derartiger glasartiger Emails ist aber schwierig.
Ausserdem beeinflussen diese Stoffe die Eigen schaften des Leuchtpulvers nachteilig und es ist deren Dielektrizitätskonstante im Verhältnis zu derjenigen des Leuchtpulvers zu niedrig, ihr dielektrischer Ver lust hingegen zu hoch, welcher Umstand wiederum zu Schwierigkeiten führt.
Zweck der Erfindung ist, die obigen Schwierig keiten zu vermeiden und eine elektrolumineszierende Zelle herzustellen, welche mit den normalen Netz spannungen mit einem wirtschaftlichen Lumen[Watt- Wert in Betrieb gehalten werden kann. Zweck der Erfindung ist ferner, die Lichtleistung elektrolumineszierender Zellen zu erhöhen. Die Ein zelheiten der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrolumi neszierende Leuchtzelle, in welcher zwischen zwei Elektroden, von welchen mindestens die eine durch sichtig oder durchscheinend ist, eine mit einem Binde mittel vermischtes, elektrolumineszierendes Leucht- pulver enthaltende Schicht vorgesehen ist, wobei die letztgenannte Schicht auch einen anorganischen Füll stoff enthält, dessen dielektrische Konstante minde stens 20 und dessen dielektrischer Verlustfaktor tg ö höchstens 0,2 beträgt.
Es wurde gefunden, dass zwecks Erreichens des obigen Zieles der Raum zwischen den Armaturen zweckmässigerweise mit einem Mittel auszufüllen ist, dessen dielektrische Konstante wesentlich höher liegt als jene des elektrolumineszierenden Pulvers.
Es wurde ferner gefunden, dass, falls diesem Stoff eine Korngrösse verliehen wird, die um mindestens eine Grössenordnung feiner ist als jene des elektro lumineszierenden Pulvers, dieser pulverförmige Füll stoff mit der feineren Korngrösse die Räume zwi schen den Körnchen des elektrolumineszierenden Pulvers mit gutem Formfüllfaktor ausfüllen kann, ,so dass die Menge des benötigten organischen Stoffes mindestens um eine Grössenordnung kleiner sein kann, als es bisher nötig war.
Dadurch kann er reicht werden, dass zum Erzeugen eines elektrischen Feldes ein wesentlich grösserer Teil der ganzen Span nung auf das elektrolumineszierende Pulver und nur ein wesentlich kleinerer Teil dieser Spannung auf das Bindemittel fällt, so dass höchstens bei einer geringen Erhöhung der am Bindemittel liegenden Feldstärke, wegen der geringen Menge derselben letzten Endes die auf die Körnchen des elektrolumineszierenden Stoffes entfallende Gesamtspannung, also dadurch auch die Feldstärke, erhöht wird. Hierbei entfällt auf den Füllstoff, zufolge dessen hoher dielektrischen Konstante, keine, bzw. eine praktisch vernachlässig bare Spannung.
Im Sinne der Erfindung wird dem mit einem Bindemittel vermischten elektrolumineszierenden Stoff ein anorganischer Füllstoff zugesetzt, dessen dielek- trische Konstante mindestens 20, vorteilhaft jedoch wesentlich grösser, beispielsweile mindestens 50 ist, der dielektrische Verlustfaktor tg. 8 höchstens 0,2, vorteilhaft jedoch weniger als 0,1 beträgt.
Der Füllstoff ist zweckmässigerweise ein feinkör niger pulverförmiger Stoff, dessen Korngrösse vor zugsweise kleiner ist als jene des elektrolumineszie renden Stoffes. Da die Korngrösse des elektrolumines zierenden Stoffes zweckmässig grösser als 5,u zu sein pflegt, beträgt die Korngrösse des Füllstoffes vorteil haft weniger als 5 ,u, und zwar z. B. 1-2 ,u. oder noch weniger.
Für die elektrolumineszierende Leuchtzelle ge mäss der Erfindung eignet sich als Füllstoff jede anorganische Verbindung, welche die Wirkungsweise der Zelle nicht schädlich beeinflusst und den obigen Bedingungen entspricht. Es wurde jedoch gefunden, d'ass sich Titandioxyd besonders gut eignet, sowie im allgemeinen die Oxyde der Elemente der Gruppe IV des periodischen Systems, deren dielektrische Konstante mindestens 20 beträgt, ferner salzartige Verbindungen, wie z.
B. Titanate, Zirkonate, Hafnate oder Niobate, insbesondere aber Erdalkali-Titanat, -Zirkonat, -Hafnat, -Niobat bzw. Gemische dieser Stoffe untereinander bzw. mit den entsprechenden Oxyden. Gute Erfolge können z. B. mit Hilfe von Bariumtitanat erreicht werden, dessen dielektrische Konstante verhältnismässig gross ist.
Als Bindemittel werden vorteilhaft Zellulose derivate, z. B. Nitrozellulose oder ähnliche Stoffe, ver wendet. Man kann jedoch auch Bindemittel ver wenden, welche neben z. B. Kolladium oder Konden sationskunstharzen auch ein Polymerisationskunst- harz, z. B. einen Polyester enthalten.
Was nun die Menge des Füllstoffes betrifft, so wurde gefunden, dass diese Menge vorzugsweise min destens 10 Gewichtsprozente des elektrolumineszie renden Stoffes, höchstens aber 200 Gewichtsprozente dieses Stoffes betragen soll. Sehr gute Resultate wur den erreicht bei der Verwendung von 75 Gewichts prozent Füllstoff. Die Menge des benötigten Füll stoffes kann natürlich auch von dessen Korngrösse abhängig sein.
Als elektrolumineszierender Stoff kann ein jeder Stoff verwendet werden, der bisher zu diesem Zweck verwendet wurde, insbesondere aber z. B. elektrolumi neszierende Stoffe des ZnS-Typs.
Die Leuchtschicht, die z. B. aus einem elektro lumineszierenden Stoff des ZnS-Typs, ferner z. B. aus Kollodium als Bindemittel und aus Bariumtitanat als Füllstoff besteht, bildet vorzugsweise ein inniges Gemisch dieser Stoffe. Von diesen Stoffen kann die Korngrösse des ZnS z. B. 6-10 ,ei, die des Barium- titanats z. B. 0,3-1,0 p betragen. Die Menge des elektrolumineszierenden Stoffes im Gemisch kann sich zur Menge des Füllstoffes z. B. wie 4 : 3 ver halten.
Um eine Leuchtzelle nach der Erfindung herzu stellen, wird z. B. ein elektroluminesziernder Stoff mit einer Korngrösse von z. B. 8 p, vorteilhaft z. B. ZnS, vor der Anfertigung der Schicht mit einem an organischen pulverförmigen Stoff mit einer Korngrösse von kleiner als 5 @c und mit einer entsprechend gro ssen dielektrischen Konstante, z.
B. mit der notwen digen Menge Bariumtitanat innig vermischt, sodann wird aus diesem Gemisch und einem nötigenfalls mit Weichmachungsmitteln oder eventuell anderen organischen Zusätzen versehenen Bindemittel und einem Lösungsmittel eine Suspension hergestellt und diese Suspension durch Zerstäubung oder auf eine andere, an sich bekannte Weise, zwischen die Elek troden, z. B. mit einer Schichtstärke von 25-200,1(, vorteilhaft z. B. 50,u, aufgetragen, sodann das Lö sungsmittel durch Verdampfen entfernt. Als Binde- mittel kann z.
B. in an sich bekannter Weise Kollo dium mit Dibutylphthalat als Weichmacher ver mischt werden; man kann jedoch auch irgendeinen anderen Nitrozelluloselack oder einen anderen ähn lichen Stoff verwenden.
Das Lösungsmittel kann vorteilhaft Butylazetat sein, man kann jedoch auch irgendein anderes, an sich bekanntes Lösungsmittel verwenden. <I>Beispiel 1</I> Es werden 100 g ZnS-Leuchtpulver mit einer maximalen Korngrösse von<I>20</I> ,cc mit 125 g Titan dioxyd mit einer maximalen Korngrösse von 0,2,u mit einer dielektrischen Konstante von 40 und einem dielektrischen Verlustfaktor von 0,1 und 150 g Binde mittel miteinander innig vermischt. Dieses Gemisch wird mit 101 eines 150 g Weichmachungsmittel ent haltendem Lösungsmittels vermischt und aus dem Ge misch eine Suspension hergestellt.
Die Suspension wird zwischen die leitenden Elektroden, deren eine durchsichtig oder durchscheinend ist, mit einer Schichtdicke von 25,u aufgetragen, und sodann das Lösungsmittel verdampft.
<I>Beispiel 2</I> Es werden 100 g Zinkkadmiumsulfid'leuchtpulver mit einer maximalen Korngrösse von 30 ,u, 80 g Füll- stoff (50% Bariumtitanat + 50% Strontiumtitanat) mit einer maximalen Korngrösse von 0,5-1,5 /c mit einer dielektrischen Konstante von 40 und einem dielektrischen Verlustfaktor von 0,1 und 200 g Binde mittel miteinander innig vermischt.
Aus diesem Ge misch wird ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben, eine Suspension angefertigt und diese zwischen die Elektroden mit einer Schichtdicke von 55,u aufge tragen.
<I>Beispiel 3</I> Es werden 100 g Zinksulfid-selenid-Leuchtpulver mit einer Korngrösse von maximal 14,u, 200 g Füll stoff (ein Gemisch von Titandioxyd, Zirkondioxyd und Strontiumtitanat) mit einer maximalen Korngrösse von 0,3-1,1 ,u mit einer dielektrischen Konstante von 40 und einem dielektrischen Verlustfaktor von 0,1 und 220 g Bindemittel miteinander vermischt. Aus diesem Gemisch wird, wie im Beispiel 1 beschrie ben, eine Suspension hergestellt und diese zwischen die Elektroden mit einer Schichtdicke von 38,a. auf getragen.
<I>Beispiel 4</I> Es werden 100 g ZnS-Leuchtpulver mit einer maximalen Korngrösse von 27 ,u, 50 g Füllstoff (800/a Magnesiumtitanat + 20 0/0: Bariumzirkonat) mit einer maximalen Korngrösse von 2-4,u mit einer di- elektrischen Konstante von 40 und einem dielektri- schen Verlustfaktor von 0,1 und 180 g Bindemittel miteinander innig vermischt.
Aus diesem Gemisch wird mit Hilfe eines Lösungsmittels, wie im Beispiel 1 beschrieben, eine Suspension hergestellt und diese zwischen die Elektroden mit einer Schichtdicke von 100,u aufgetragen. Die elektrolumineszierende Zelle gemäss der Er findung, wie oben anhand der Beispiele beschrieben, kann mit einer Spannung von 220 Volt betrieben werden. Die Lichtleistung der neuen Zelle ist gegen über derjenigen bekannten Zellen eine recht grosse, sie beträgt ungefähr 4-5 Lumen/Watt und kann so gar wesentlich grösser sein. Die Zelle ist frei von Durchschlägen und einfach herstellbar.