CN1101125C - 电致发光光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种至少由一根柔性缆状发光灯丝构成的电致发光光源，每个灯丝由一个由电绝缘介质层(4)环绕的中央电极(2)、和由荧光粉末与粘结剂组成的混合物层(6)构成。该混合物涂敷到介质层(4)上。该光源还包括一个环绕上述混合物层(6)的透明电极(8)，并用一种透明的填充物质填充在混合物层(6)中形成的孔隙。本发明还进一步提供了制作上述光源的方法。

Description

电致发光光源

技术领域

本发明涉及电致发光(EL)光源。更具体地，它涉及一种柔性电缆状光源-一种电致发光灯丝(EFL)-及其生产方法。

背景技术

在已知的光源中，通常把荧光粉放置在由两个甚至于更多个电极产生的电场中。然而，所有的这类装置都存在着缆状EL光源的制作方法所固有的基本缺陷：当使用连续的浸涂处理工艺给电缆芯线(既可以是导电性材料，也可以是绝缘材料)涂敷电致发光层时，需要给荧光颗粒/粘结剂混合物必须是一种非常低粘度的液体，这可以通过加适当的溶剂实现。不过，完成镀敷荧光层的工序后，添加在混合物中的溶剂和其它溶剂一样会蒸发出去，留下充满含有空气的孔隙的层。这些孔隙会大幅度地减小EL光源的电容，最终使得光源的亮度受损。

现有技术的EL光源还存在进一步的缺陷。事实上，不仅上述这些不规则气泡的壁表面散射引起光能量损失，上述充气的孔隙还导致EL层的光学特性存在不连续性，在粘结剂/空气界面上发生内部全反射，也会造成光能损失。

发明内容

本发明的目的之一就是要克服现有技术存在的上述缺陷，在其它参数相同的条件下，提供一种无孔隙电致发光灯丝，使灯丝的电容和亮度得到很大幅度的提高。

为了实现上述目的，本发明的光源至少由一个柔性、电缆状电致发光灯丝组成，每个灯丝包括：一个由电绝缘介质层环绕的中央电极；由荧光粉和粘结剂的混合物组成的层，所述混合物涂敷到所述介质层上；环绕由上述混合物组成的层的透明电极，其中在所述混合物层中形成的孔隙被一种透明物质填充。

本发明进一步提供了制作光源的方法，包括以下几个步骤：在中央电极上覆盖电绝缘介质层；给上述带有介质层的中央电极上涂敷荧光粉和粘结剂混合物；把透明电极涂敷到所述混合物层上；为了填充上述混合物层中的孔隙，用填充物质通过透明电极渗透上述混合物层；为了防止所述的填充物质从被填充的孔隙中渗漏或者蒸发出来，在透明电极上覆盖阻挡层；最后在所述的阻挡层外覆盖一层透明的柔性聚合物。

为了有助于更完全地理解本发明的内容，将结合下面的附图描述该发明的若干最佳实施例。

关于附图需要强调的是，附图中的细节仅仅是为了直观描述本发明的最佳实施例而举出的例子，只是提供一种帮助理解发明的原理和概念的最有效途径。因此，附图仅仅提供了基本上理解本发明所需要的细节，除此之外没有提供该发明有关结构方面的细节。描述性文字和附图相结合，就能够使得已经掌握了电致发光光源技术的人很清楚实践中怎样实现本发明的多种具体形式。

有关附图的说明：

图1是第一种实施例的纵向剖面图，该实施例的EFL由两个电极构成；

图2是在第一种实施例的基础上附加一个电极的另一种实施例的纵向剖面图；

图3是图1和图2放大后的纵向剖面图，进一步图解说明包含孔隙的EL层的详细结构；

图4的左半部分图解表示了用液态单体填充图3中的孔隙以后的情形，右半部分是在紫外线的照射下单体聚合成固态以后的孔隙示意图；

图5是一种适于安装在平面上的EFL实施例的示意图；

图6所示的实施例是在图2所示附加电极的基础上，沿轴向装设了一根辅助电极，该辅助电极与附加电极的绕组线圈之间是导电接触；

图7是图6所示实施例沿VII-VII平面的剖面图；

图8是由多个电极构成一个电致发光灯丝的实施例示意图；

图9是由两个电致发光灯丝构成的实施例的剖面图；

图10是图9所示实施例沿X-X平面的纵向剖面图；

图11所示的实施例在结构上与图2类似，所不同的是，该实施例通过涂敷一层导电液增强了透明电极和附加电极之间的电接触；及

图12是在图9所示实施例的透明电极上涂敷类似导电液后的示意图。

具体实施方式

参考附图，从图1可以看到，EFL的第一种实施例用一根柔性铜导线做成电极2，在铜线表面覆盖电绝缘介质层4，在氰乙基淀粉基中加入柔性粘结剂和BaTiO₃粉末的混合物是该层的优选材料，层4的最佳厚度为10-15μm。荧光层6环绕该层，该层附着在氰乙基淀粉基与柔性粘结剂中。很薄的透明电极8环绕层6，层6最佳厚度为30到100μm，可以选择厚度为200-400埃的金层做成透明电极8，选择导电氧化物或者导电的聚合物也是适合的。层6本身覆盖由透明的粘性物质构成的阻挡层10，例如硅油或者粘度系数超过1000mPasec的油脂均可，后面将会进一步解释阻挡层10的作用。最后，在阻挡层10的表面涂敷透明的柔性聚合物层12，该聚合物可以是聚乙烯或者PVC等，其厚度为0.3-1.2mm。

给电极2和8之间作用幅度范围为30-300V、频率范围为50Hz-20KHz的交流电压，上述ELF就可以正常发光。如果没有任何明显的损坏，该ELF可以承受半径为3d到5d的重复弯曲(10-20次)，这里d是ELF的直径，其最佳值大约是1.6mm，不过比最佳值大一点或者小一点也都是可行的。

图2和图1所示实施例的区别在于，前者比后者多一根直径大约为0.08mm的铜导线做成的附加电极14。该电极螺旋状地缠绕在透明电极8的表面，一方面可以使得阻抗较高的电极8的轴向电势达到平衡，另一方面，即使在极薄的电极8受损的情况下，该附加电极也可以确保整个灯丝连续发光。在图2所示的电极2和14之间作用适当的交流电压，该灯丝就可以正常发光。

相对于图1和图2放大之后的图3更进一步示例了EL层6的详细结构。正如前面所述，为了能够通过简单的浸镀处理镀敷EL层6，要求由荧光颗粒16和粘结剂(氰乙基淀粉或者氰乙基纤维素均可，介电常数ε大约为24)构成的混合物呈现粘度相当低的液态，通常用丙酮或者DMF等有机溶剂溶解粘结剂18来实现低粘度要求。经过浸镀和干燥处理后，有机溶剂蒸发出去，仅留下由荧光颗粒16和粘结剂18构成的EL层6，其中充满了含有空气的孔隙20，有关孔隙的危害性已经在前面讨论过。

然而值得注意的是，EL层6中的孔隙成因与溶剂蒸发过程无关，而是与处理工艺有关，比如说在形成混合物的某个过程中就已经形成孔隙了。

实践表明，消除上述孔隙之前给EL层6上镀敷透明电极8是比较合理的工艺流程。制作电极8的最佳材料是厚度约200-400埃的透明金层，最好采用已知的溅射工艺方式生成。

完成镀敷电极8的工序以后，接下来选用能够稀释粘结剂18的乙酸乙酯作为填充液，利用毛细现象消除孔隙20。由于电极8很薄，它不仅是透明的，而且具有液体渗透性，因此，填充液通过电极8渗入。

为了防止填充液从孔隙中渗漏或者蒸发出来，紧接着需要给透明电极8的表面镀敷阻挡层10，不仅要求选用透明的粘性绝缘材料，而且要求该材料不会与荧光层6和填充液发生化学反应。例如，若选用氰乙基材料作为粘结剂18，选用乙酸乙酯充当填充液，选用粘度系数超过1000mPa sec的硅油充当阻挡层材料就是合适的搭配。

这样以来，在其它参数和工艺条件完全相同的情况下，如果经过乙酸乙酯填充、并在电极8表面镀敷硅油阻挡层10，制作而成的ELF的亮度要比没有经过填充处理的ELF的亮度高15-20％。

为了能够达到最佳效果，不仅要求阻挡层10的折射率应该高于其外侧聚合物层12的折射率，与此同时，还要求它应该低于透明电极8的折射率。

选用一种热态(温度等于或者低于200℃)时粘度低且易渗入孔隙20、在骤然冷却或者接受特殊辐射时粘度急剧增大甚至于固化的物质作为填充液材料也是可行的。例如(参看图4)，在室温条件下，用含有二苯基乙醇酮甲醚作为光引发剂的甲基丙烯酸甲酯填充孔隙20也是可行的。继填充工序之后，用波长为254nm的紫外光(UV)照射，经过光化学聚合作用，甲基丙烯酸甲酯聚合成聚甲基丙烯酸甲酯。因为填充物质的粘度急剧增加了几个数量级，孔隙就被永久填充了。

如果选用高粘度的液体或者固体充当填充物质，或者根本不使用填充物质，就没有必要防止孔隙中的液体渗漏。即使在这种情况下，阻挡层10也是必要的，因为它对于提高ELF的可靠性很有益处，列举原因如下：

在ELF发生弯曲的时候，阻挡层能够防止外侧的聚合物层12与极薄的透明电极8之间发生摩擦，在结构上对电极8起到保护作用。

选用疏水性的硅油等材料做成的阻挡层10可以进一步防止外部的水蒸气渗透进入电致发光层6，充当了电致发光层的附加保护屏障。如果选用甘油或者甘醇等疏水性物质，它还同时起到干燥剂作用。在上述两种情况下，阻挡层10都会延长ELF的服务寿命。

给ELF安装接插件时，需要去掉最外侧的聚合物层12，阻挡层10对底层结构起到保护作用，而且使操作变得容易。

图4的左半部分和图3基本相同，唯一区别是孔隙20已经被液态单体填充了。经过填充工序之后，单体在紫外线的照射下聚合成固态，在图4的右半部分中用粗线22表示聚合后的情形。

图5所示的ELF是专门为安装于平面上而设计的结构。在这种设计方案中，为了防止背面(对消费者不可见的一侧)发光，减少能量损耗，仅在ELF的半个表面上镀敷透明电极8。为便于把ELF安装到平面上，需要在透明的柔性聚合物层12上专门设计一段平面部分23。层4、6和10的功能与其它附图中的对应部分相同。

在图6所示的实施例中，除了在图2所示实施例的基础上缠绕了一层很细的螺旋状导线电极14以外，还沿轴向装设了一根相对较粗的辅助电极24，该电极和较细的线圈电极14直接电连接。因为电极24能够承载相对较大的电流，当需要EFL的作用距离达到100m以上时该设计方案很合适。

图7是图6所示实施例的剖面图，表明该实施例具有独特的梨状外形。

图8所示的实施例中，透明的柔性聚合物层12中间封装了多个发光灯丝。和图2所示的实施例相比，该方案的光能输出更高一些。中央电极14分别与各个灯丝的透明电极8相连接，由公共的中央电极14给每个发光灯丝的透明电极8供电。因为电极14不会遮光，就允许其直径相对大一些，使得很长的ELF也能够正常工作。

图9和图10所示的实施例由两个电致发光灯丝构成，它们的透明电极8互相连接在一起。除了两个电极8的相互连接区域以外，两个灯丝被阻挡层10覆盖后被聚合层12封装在一起。

为了使得该实施例中的两个电致发光灯丝都能够正常发光，需要在两个电极2之间加上两倍的工作电压。允许使用很长的连续灯丝(长达300m)是该实施例的主要优点。通常情况下，允许加载在发光灯丝上的电流受螺旋状细线圈14(图2到图6)的限制，从而限制了连续灯丝的长度。在本实施例中，芯状电极2的直径要大得多，因此流过它的电流也可随之增大。

在图11所示的实施例中，为了改善透明电极8和附加电极14之间长期的电接触性能，给电极8缠绕附加电极14的过程中，以适当的距离间隔(1cm-20cm)在附加电极表面涂敷导电粘结剂或者导电涂料的小液滴26。继缠绕工序之后，把整个灯丝放在恒温槽中加热或者在紫外线下照射，促使导电液滴凝固。

图12所示的实施例在两个透明电极8之间涂敷了导电液滴26，达到了与上述类似的性能改善。涂敷液滴26之后，用力相互挤压两个灯丝，从而促使液滴凝固。

市场上买得到的掺杂铜、锰的硫化锌混合物是优先选用的荧光粉，改变它们的混合比例可以制作出期望颜色的光源。

很显然，对于已经掌握了电致发光光源基本技术的客户而言，本发明的内容并不局限于上述附图中的实施例，在不改变本发明的主导思想或者本质特性的情况下，以其它特定的方式也能够设计出本发明新的实施例。因此，从各个角度考虑，只能把现有的实施例看作附图，而不是本发明的约束条件，本发明的权限应该以增补的权利要求书中的内容为准，而不能以前面描述的实施例为准，任何在含义和范围上与权利要求书中条目等价的实施例都一律被视为本发明的权限。

Claims (24)

1.一种至少由一个柔性缆状电致发光灯丝构成的光源，每个灯丝包括：

一个由电绝缘介质层(4)环绕的中央电极(2)；

由电致发光体粉末和粘结剂混合物构成的层(6)，所述层被布置在所述介质层(4)上；

一个环绕在上述混合物层(6)上的透明电极(8)，

其中，在所述混合物层(6)中形成的孔隙(20)被一种透明的填充物质填充。

2.权利要求1所述的光源，进一步包括至少一个附加电极(14)，该电极沿螺旋线缠绕在所述透明电极(8)上，而且它们相互之间是电接触。

3.权利要求2所述的光源，进一步包括至少一个附加的轴向延伸的电极(24)，该电极至少与所述螺旋缠绕电极之一是电连接。

4.权利要求1所述的光源，其中所述透明填充物质的粘度在填充所述孔隙之前较低，但在填充所述孔隙之后，通过适当的处理达到高粘度状态。

5.权利要求1所述的光源，其中所述透明填充物质在填充所述孔隙之前是低粘度的单体，但在填充所述孔隙之后，通过适当的处理变成固态聚合物。

6.权利要求1所述的光源，其中所述填充物质的折射率高于所述粘结剂的折射率。

7.权利要求1所述的光源，其中所述的光源由多个所述的电致发光灯丝构成，该多个灯丝环绕在至少一个公共电极的周围，并和该至少一个公共电极电接触。

8.权利要求1所述的光源，其中所述的透明电极仅局部环绕在所述混合物层的圆周表面。

9.权利要求1所述的光源，进一步包括由透明物质构成的阻挡层(10)，该透明物质分布在所述透明电极和外侧柔性聚合物层之间，该透明填充物质由所述阻挡层永久性地保持。

10.权利要求9所述的光源，其中所述的透明阻挡层由粘性物质构成。

11.权利要求9所述的光源，其中所述的阻挡层具有疏水性。

12.权利要求9所述的光源，其中所述的阻挡层具有亲水性。

13.权利要求1所述的光源，其中所述的光源包括两个电致发光灯丝，并且其中环绕每个所述混合物层的所述透明电极互相电接触。

14.权利要求13所述的光源，其中由一个公用的阻挡层覆盖着所述的两个电致发光灯丝。

15.权利要求13所述的光源，其中所述的两个电致发光灯丝被公共阻挡层覆盖的同时，被一个公用的柔性透明聚合物层封装在一起。

16.权利要求2所述的光源，其中在所述附加电极和透明电极之间涂敷导电粘结剂或者导电涂料液滴。

17.权利要求13所述的光源，其中在所述的透明电极之间涂敷导电粘结剂或者导电涂料液滴。

18.一种光源的制作方法，包括以下几个步骤：

给中央电极上覆盖电绝缘介质层；

给覆盖有所述介质层的中央电极上涂敷荧光粉和粘结剂混合物；

在所述混合物层上涂敷透明电极；

为了填充所述混合物层中的孔隙，通过透明电极用填充物质渗透所述的混合物层；

为了防止所述的填充物质从被填充的孔隙中渗漏或者蒸发出来，给透明电极上覆盖阻挡层；以及

在所述的阻挡层上覆盖一层柔性透明的聚合物。

19.权利要求18所述的方法进一步包括步骤，在所述的透明电极上螺旋缠绕附加电极，并确保所述的附加电极和透明电极之间具有可靠的电接触。

20.权利要求18所述的方法进一步包括步骤，在所述混合物层的所述渗透之前把填充物质加热到等于或者低于200℃的温度，并且随后使所述的混合物层和填充所述孔隙的所述填充物质一起快速冷却。

21.权利要求18所述的方法进一步包括步骤，选用低粘度的单体充当填充物质，继渗透之后用电磁辐射照射所述的混合物层，促使所述的低粘度单体聚合。

22.权利要求18所述的方法进一步包括步骤，用有机溶剂溶解所述的粘结剂。

23.权利要求22所述的方法进一步包括步骤，在涂敷所述介质层的过程中，加热并干燥所述的混合物，从而促使所述溶剂蒸发。

24.权利要求19所述的方法进一步包括步骤，在所述的附加电极和透明电极之间涂敷导电粘结剂或者导电涂料液滴，随后使所述的液滴固化。

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