DE1007432B

DE1007432B - Electroluminescent lamp

Info

Publication number: DE1007432B
Application number: DES42184A
Authority: DE
Inventors: Joseph Arnold Dombrowski
Original assignee: Sylvania Electric Products Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1953-12-31
Filing date: 1954-12-31
Publication date: 1957-05-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Elektrolumineszenzlampen, insbesondere auf ihre Herstellung.The invention relates to electroluminescent lamps, in particular to their manufacture.

Licht entsteht bekanntlich bei einer Elektrolumineszenzlampe dadurch, daß man an einen Leuchtstoff direkt eine Spannung anlegt oder daß man den Leuchtstoff in ein elektrisches Feld bringt. In vielen Fällen ist der Leuchtstoff in einem dielektrischen Medium eingebettet und zwischen zwei Leitern angeordnet, an die eine elektrische Spannung gelegt werden kann. Einer dieser Leiter besteht gewöhnlich aus einer Schicht eines elektrisch leitenden Materials, die sich auf einer Glasscheibe oder einer anderen Scheibe aus keramischem Material oder auf der Schicht aus Leuchtstoff und dielektrischem Material befindet.As is well known, light is produced in an electroluminescent lamp by touching a fluorescent material directly applying a voltage or bringing the phosphor into an electric field. In many cases it is Phosphor embedded in a dielectric medium and arranged between two conductors to which an electrical Tension can be placed. One of these conductors usually consists of a layer of an electrical one conductive material that is deposited on a sheet of glass or another sheet of ceramic material or is on the layer of phosphor and dielectric material.

Eines der Probleme, die bei der Herstellung von Elektrolumineszenzlampen bei Verwendung einer keramischen Fritte als dielektrisches, den Leuchtstoff einbettendes Medium auftreten, ist die Durchschlagsfestigkeit. Dies Problem äußert sich in Funkenerscheinungen an der Oberfläche, d. h. in kleinen Entladungen, die anscheinend nur eine sehr kleine Fläche verbrennen, und in kontinuierlichem Brennen sowohl der Schicht des elektrisch leitenden Materials als auch der Schicht aus Leuchtstoff und dielektrischem Material. Da die Durchschlagsfestigkeit eine direkte Funktion der Dicke der dielektrischen Schicht ist und da die Helligkeit der Lampe umgekehrt proportional der Dicke der dielektrischen Schicht ist, ergibt sich, daß hierdurch sowohl der Helligkeit als auch der zulässigen Spannung eine enge Grenze gesetzt ist. Bisher wurde angenommen, daß die Schicht des elektrisch leitenden Materials zur Erzielung einer guten Helligkeit einen niedrigen Widerstand, z. B. etwa 500 bis 1000 Ohm pro Quadratfläche, haben sollte. Es wurde jedoch gefunden, daß, wenn die Schicht des elektrisch leitenden Materials einen hohen Widerstand besitzt, die Durchschlagsfestigkeit der Lampe höher wird, ohne daß die Helligkeit darunter leidet.One of the problems encountered in the manufacture of electroluminescent lamps when using a ceramic frit as a dielectric that embeds the phosphor Medium occur is the dielectric strength. This problem manifests itself in the appearance of sparks on the Surface, d. H. in small discharges that seem to burn only a very small area, and in continuous Burning of both the layer of electrically conductive material and the layer of phosphor and dielectric material. Because the dielectric strength is a direct function of the thickness of the dielectric Layer and since the brightness of the lamp is inversely proportional to the thickness of the dielectric layer, it follows that this sets a narrow limit both to the brightness and to the permissible voltage. It was previously believed that the layer of electrically conductive material to achieve a good Brightness has a low resistance, e.g. B. about 500 to 1000 ohms per square area should have. It was however, found that when the layer of electrically conductive material has a high resistance, the The dielectric strength of the lamp becomes higher without the brightness being impaired.

Die Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenzlampe, die aus einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Leiter und einem dazwischen angeordneten elektrolumineszierenden Leuchtstoff besteht, der auch in ein Dielektrikum eingebettet sein kann, und ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Leiter einen Widerstand von etwa 50 000 bis etwa 500 000 Ohm pro Quadratfläche hat.The invention relates to an electroluminescent lamp, which consists of a pair of spaced apart Conductor and an electroluminescent phosphor arranged between them, which is also in a dielectric can be embedded, and is characterized in that at least one of the conductors has a Has resistance from about 50,000 to about 500,000 ohms per square area.

Bei einer in der Zeichnung dargestellten besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Glasplatte 1 mit einer Schicht 2 aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material versehen. Verschiedene in der Technik bekannte Verfahren können angewendet werden, um die Platte 1 mit der Schicht 2 zu versehen. Beispielsweise kann die Platte 1 in heißem Zustand mit einer Lösung besprüht werden, die im wesentlichen aus einer Metallverbindung, z. B. aus Chloriden oder, weniger üblich, aus ElektrolumineszenzlampeIn a particular embodiment of the invention shown in the drawing, the glass plate 1 is with a layer 2 made of a transparent, electrically conductive material. Different in technology known methods can be used to provide the plate 1 with the layer 2. For example the plate 1 can be sprayed in the hot state with a solution which essentially consists of a metal compound, z. B. from chlorides or, less common, from an electroluminescent lamp

Anmelder:Applicant:

Sylvania Electric Products Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)Sylvania Electric Products Inc.,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36Representative: Dr. W. Beil, lawyer,
Frankfurt / M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1953Claimed priority:
V. St. v. America December 31, 1953

Joseph Arnold Dombrowski, Salem, Mass. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenJoseph Arnold Dombrowski, Salem, Mass. (V. St. A.), has been named as the inventor

Oxyden, Sulfaten oder organischen Komplexen besteht. Die Glasplatte kann aber auch erhitzt und in heißem Zustand den Dämpfen der Chloride von Metallen, wie z. B. Zinn, Antimon oder Indium, ausgesetzt und danach in eine leicht reduzierende Atmosphäre gebracht werden. Wenn die Aufbringung in dampfförmigem Zustand oder durch Aufsprühen unzweckmäßig ist, können auch gute Ergebnisse erzielt werden, wenn man Zinnchlorid mit absolutem Alkohol und Eisessig mischt und das erhitzte Glas in das siedende Gemisch taucht.Oxides, sulfates or organic complexes. The glass plate can also be heated and in hot State of the vapors of the chlorides of metals, such as B. tin, antimony or indium, exposed and thereafter be brought into a slightly reducing atmosphere. If the application is in the vapor state or If spraying on is inconvenient, good results can also be achieved if you use tin chloride mix absolute alcohol and glacial acetic acid and immerse the heated glass in the boiling mixture.

Eine Schicht 3 aus einem elektrolumineszierenden Leuchtstoff, der in einer keramischen Fritte eingebettet ist, wird auf die aus transparentem, elektrisch leitendem Material bestehende Schicht 2 aufgeschmolzen.A layer 3 made of an electroluminescent phosphor embedded in a ceramic frit is, is melted onto the layer 2 made of transparent, electrically conductive material.

Der Leuchtstoff liegt in Form von pulverförmigen feinen Teilchen vor, die z. B. aus aktiviertem Zinksulfid bestehen. Zinksilikat, das mit Kupfer aktiviert ist und vorzugsweise eine kleine Menge Blei enthält, sowie durch Mangan und Blei aktiviertes Calciumsilikat können gleichfalls verwendet werden.The phosphor is in the form of powdery fine particles containing e.g. B. from activated zinc sulfide exist. Zinc silicate that is activated with copper and preferably contains a small amount of lead, as well as by Manganese and lead activated calcium silicate can also be used.

Die keramische Fritte wird auf Grund ihrer Fähigkeit ausgewählt, bei einer Temperatur zu schmelzen oder zu sintern, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der der Leuchtstoff während des Schmelzens zerstört würde. Sie ist vorzugsweise frei von jeglichen merklichen Verunreinigungen an leicht reduzierbaren Metallverbindungen, die eine unerwünschte metallische Abscheidung ergeben würden. In dem keramischen Material sollten nicht irgendwelche wesentliche Mengen Blei in einer Form anwesend sein, die sich mit dem Leuchtstoff unter Bildung einer schwarzen lichtabsorbierenden Schicht, wie z. B. Bleisulfid, umsetzen. Leicht reduzierbare Stoffe, die die Leit-The ceramic frit is selected for its ability to melt or close at a temperature sintering, which is below the temperature at which the phosphor would be destroyed during melting. she is preferably free of any noticeable contamination of easily reducible metal compounds, which would result in undesirable metallic deposition. There should not be any in the ceramic material substantial amounts of lead may be present in a form that interacts with the phosphor to form a black light absorbing layer such as B. lead sulfide, implement. Easily reducible substances that

709 507/341709 507/341

fähigkeit erhöhen, sollten gleichfalls in dem keramischen Material zur Erzielung bester Ergebnisse vermieden, werden.Increase ability should also be used in the ceramic Material to be avoided for best results.

Die folgende Zusammensetzung hat sich als geeignet erwiesen: Glas mit einem Gehalt von 3,9% CaO, 4,8% BaO, 27,2% ZnO, 21,8% SiO₂, 26,8% B₂O₃, 8,8% Na₂O, 0,7% PbO und 5,8% M₂O₃, wobei die Prozentsätze sich auf das Gewicht beziehen. In der letzten Verbindung ist M ein allgemeiner Ausdruck und umfaßt ein oder mehrere Metalle, deren Oxyde in dieser empirischen Form existieren können.The following composition has proven to be suitable: Glass with a content of 3.9% CaO, 4.8% BaO, 27.2% ZnO, 21.8% SiO ₂ , 26.8% B ₂ O ₃ , 8, 8% Na ₂ O, 0.7% PbO and 5.8% M ₂ O ₃ , the percentages being by weight. In the last connection, M is a general term and includes one or more metals, the oxides of which can exist in this empirical form.

Eine für das Versprühen geeignete Suspension wird hergestellt, indem man ein Gemisch aus 100 Teilen einer keramischen Fritte (die zu Pulver einer größten ausgesiebten Teilchengröße von etwa 70 μ [Prüfsieb Br. 81] zerkleinert war) und 40 Teilen eines elektrolumineszierenden Leuchtstoffs in Isopropylalkohol in Gegenwart einer kleinen Menge, etwa 10 Volumprozent, Wasser in einer Kugelmühle verarbeitete. Etwa 108:324 g/m² (Trockengewicht) dieses Keramik-Leuchtstoff-Gemischs werden aixf die Schicht 2 des transparenten, elektrisch leitenden Materials aufgesprüht. Nach dem Sprühen wird die Schicht 3 etwa 10 Minuten lang an der Luft bei Raumtemperatur und etwa 10 bis 15 Minuten an der Luft bei 150° C getrocknet.A suspension suitable for spraying is prepared by adding a mixture of 100 parts of a ceramic frit (which was comminuted to a powder with a largest sieved particle size of about 70 μ [test sieve Br. 81]) and 40 parts of an electroluminescent phosphor in isopropyl alcohol in the presence a small amount, about 10 percent by volume, of water in a ball mill. About 108: 324 g / m ² (dry weight) of this ceramic-phosphor mixture are sprayed onto the layer 2 of the transparent, electrically conductive material. After spraying, layer 3 is dried in air at room temperature for about 10 minutes and in air at 150 ° C. for about 10 to 15 minutes.

Die Glasscheibe 1 mit den darauf befindlichen Schichten 2 und 3 wird dann mit der Keramik-Leuchtstoff-Schicht 3 nach oben auf einen flachen keramischen Träger gelegt und in einem Ofen etwa 2 bis 3 Minuten bei einer Temperatur von etwa 780° C erhitzt, um das Aufschmelzen dieser Schicht auf die auf der Platte 1 befindliche Schicht 2 zu bewirken. Der keramische Träger wird dann aus dem Ofen herausgenommen und unter eine Sprühhaube gebracht, in der die aus keramischem Material und dem Leuchtstoff bestehende Schicht 3 unter Bildung einer Schicht 4 mit einer Zinnchloridlösung besprüht wird. Dieses Sprühen wird vorgenommen, während die Keramik-Leuchtstoff-Schicht 3 noch heiß ist, d. h. innerhalb von 10 bis 15 Sekunden nach der Entnahme aus dem Ofen. Diese Lösung ist vorzugsweise verdünnt, um ihre Auftragung zu erleichtern und eine ziemlich gleichförmige Schicht mit hohem Widerstand zu erhalten. Eine Lösung, die zufriedenstellend arbeitete, bestand z. B. aus etwa 20 cm³ einer Lösung aus 90 g Zinnchlorid, 100 cm³ Methylalkohol und 40 cm³ Formaldehydlösung (40%), die mit etwa 400 cm³ Methylalkohol verdünnt war. Die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Daten zeigen das Anwachsen der Durchschlagsfestigkeit, die ohne nachteilige Auswirkung auf die Helligkeit erhalten wird, wenn die Schicht 4 einen hohen Widerstand besitzt.The pane of glass 1 with the layers 2 and 3 thereon is then placed with the ceramic-phosphor layer 3 facing up on a flat ceramic support and heated in an oven for about 2 to 3 minutes at a temperature of about 780 ° C To effect melting of this layer on the layer 2 located on the plate 1. The ceramic support is then removed from the oven and placed under a spray hood in which the layer 3, which consists of ceramic material and the phosphor, is sprayed with a tin chloride solution to form a layer 4. This spraying is carried out while the ceramic-phosphor layer 3 is still hot, ie within 10 to 15 seconds after removal from the oven. This solution is preferably diluted to facilitate its application and to provide a fairly uniform, high resistivity layer. One solution that worked satisfactorily was e.g. B. from about 20 cm ^{3 of} a solution of 90 g of tin chloride, 100 cm ^{3 of} methyl alcohol and 40 cm ^{3 of} formaldehyde solution (40%), which was ^{diluted with about 400 cm 3 of} methyl alcohol. The data given in the table below show the increase in dielectric strength obtained with no adverse effect on brightness when the layer 4 has a high resistance.

Durchschlagsfestigkeit:Dielectric strength:

Lampelamp Widerstandresistance Leuclrt-
QlCIIt)OLeuclrt-
QlCIIt) O FunkenSpark UnstabileUnstable DurchschlagsBreakthrough Nr.No. der Schicht 4layer 4 in Apostilbin apostilb spannungtension Spannungtension spannungtension 11 650 Ohm/Ouadratfläche650 ohms / square area 0,560.56 0: 20 V0: 20 V. 225 V225 V 250 V250 V 22 750 „750 " 0,540.54 0: 30 V0:30 V. 250 V250 V 300 V300 V 33 800 „800 " 0,540.54 0: 40 V0:40 V. 275 V275 V 350 V350 V 44th 5 500 „5 500 " 1,081.08 0:120 V0: 120 V. 300 V300 V 400 V400 V 55 70 000 „70,000 " 1,401.40 250 V250 V 600 V600 V 650 V650 V 66th 100 000 „100,000 " 1,611.61 300 V300 V 600 V600 V 700 V700 V 77th 270 000 „270,000 " 1,081.08 300 V300 V 650 V650 V 750 V750 V 88th 300 000 „300,000 " 0,970.97 300 V300 V 750 V750 V 850 V850 V

In der vorstehenden Tabelle sind die Werte des Widerstands in Ohm pro Quadratfläche der Schicht 4 die Durchschnittswerte von verschiedenen Messungen, die an verschiedenen Punkten jeder Schicht 4 vorgenommen wurden. Bei der Lampe 5 wurde z. B. an einem Punkt ein Widerstand von etwa 50 000 Ohm festgestellt, während bei der Lampe 8 an einer Stelle ein Widerstand von etwa 500 000 Ohm gemessen wurde. Die Leuchtdichte in Apostilb ist der Wert, der beim Betrieb der Lampen bei 120 V und 60 Perioden erzielt wurde. Im Fall der Lampen 1 2, 3 und 4 ist die Funkenspannung, der Spannungsbereich, innerhalb dessen an verschiedenen Stellen der Fläche der Lampe vorübergehende Oberflächenentladungen auftreten, während im Falle der Lampen 5, 6, 7 und 8 die Funkenspannung die niedrigste Spannung ist, bei der dieses Phänomen zuerst auftritt. Die unstabile Spannung ist die Spannung, bei der kontinuierliche Funkenentladung an verschiedenen Punkten der Oberfläche der Lampe erfolgt. Die Durchschlagsspannung ist die Spannung, bei der ein kontinuierliches Verbrennen der Keramik-Leuchtstoff-Schicht sowie der Schichten des transparenten, elektrisch leitenden Materials stattfindet.In the table above, the values of the resistance in ohms per square area of layer 4 are the average values of different measurements made at different points on each layer 4. The lamp 5 was z. B. found a resistance of about 50,000 ohms at one point, while at of the lamp 8 a resistance of about 500,000 ohms was measured at one point. The luminance in The apostilb is the value that was achieved when the lamps were operated at 120 V and 60 periods. In the case of lamps 1 2, 3 and 4 is the spark voltage, the voltage range within which at different points the Surface of the lamp transient surface discharges occur, while in the case of lamps 5, 6, 7 and 8 the spark voltage is the lowest voltage at which this phenomenon occurs first. The unstable one Voltage is the voltage at which spark discharge is continuous at various points on the surface the lamp takes place. The breakdown voltage is the voltage at which there is continuous burning the ceramic-phosphor layer and the layers of the transparent, electrically conductive material takes place.

Obgleich in der beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten spezifischen Ausführungsform der Erfindung die Elektrolumineszenzlampe aus einer Glasplatte, einer Schicht aus transparentem, elektrisch leitendem Material, einer Keramik-Leuchtstoff-Schicht und einer Schicht aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material besteht, kann die Verwendung einer Schicht eines elektrisch leitenden Materials mit einem erfindungsgemäß hohen Widerstand auch bei Elektrolumineszenzlampen anderer Konstruktion angewendet werden.Beispielsweise kann an Stelle einer Glasplatte mit einem darauf befindlichen leitenden Überzug eine Metallplatte verwendet werden. In diesem Fall würde die Keramik-Leuchtstoff-Schicht unmittelbar auf die Metallplatte aufgeschmolzen werden. Es könnte auch eine Keramikschicht zwischen einer Elektrode und der Keramik-Leuchtstoff-Schicht angeordnet werden.Although in the specific embodiment of the invention described and shown in the drawings the electroluminescent lamp made of a glass plate, a layer of transparent, electrically conductive material, consists of a ceramic-fluorescent layer and a layer made of a transparent, electrically conductive material, can use a layer of an electrically conductive material with a high according to the invention Resistance can also be used in electroluminescent lamps of other designs, for example on Instead of a glass plate with a conductive coating on it, a metal plate can be used. In this case, the ceramic-phosphor layer would be melted directly onto the metal plate. A ceramic layer could also be arranged between an electrode and the ceramic-phosphor layer will.

Obwohl die Zeichnung nicht darauf eingeht, wird betont, daß die zwei Leiter, zwischen denen die Keramik-Leuchtstoff-Schicht angeordnet ist, selbstverständlich mit geeigneten Kontakten versehen sind, durch die sie mit einer elektrischen Energiequelle verbunden werden können.Although the drawing does not go into detail, it is emphasized that the two conductors between which the ceramic-phosphor layer is arranged, of course, are provided with suitable contacts through which they can be connected to an electrical energy source.

Claims

Patent claims:

1. Electroluminescent lamp with a pair of spaced conductors and one electroluminescent luminescent material in between, which is also embedded in a dielectric can be, characterized in that at least one of the conductors has a resistance of about 50,000 to about 500,000 ohms per square area.

2. Light source according to claim 1, characterized in that the dielectric medium consists of ceramic Material.

3. Light source according to claim 1 or 2 with a plate made of translucent material on which The surface of the conductor that is translucent is applied in a layer, characterized in that that the other conductor is made of a layer of an electrically conductive material with a resistor from about 50,000 to about 500,000 ohms per square area, which is on the layer of in the

dielectric medium embedded phosphor is arranged.

4. Light source according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the Conductor has a resistance of about 100,000 ohms.

Considered publications:
Belgian patent specification No. 497 702.

1 sheet of drawings