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Einbettungsmittel für den Leuchtstoff einer elektrolumineszenten Flächenlampe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Einbettungsmittel für den Leuchtstoff einer elektrolumineszenten
Flächenlampe, das eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.
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Bei derartigen Flächenlampen, die auch unter der Bezeichnung »Leuchtstoff-Kondensatoren«
bekannt sind, ist eine transparente oder durchsichtige dielektrische Schicht mit
eingebettetem oder sonstwie feinverteiltem Leuchtstoff zwischen zwei elektrischen
Leitern eingelegt. Eine an die beiden Leiter angelegte Spannung erzeugt ein elektrisches
Feld, welches den Leuchtstoff in dem dielektrischen Material zum Leuchten anregt.
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Die erzeugte Lichtmenge bei einer gegebenen angelegten Spannung wird
um so größer, je höher die Dielektrizitätskonstante des Materials ist, in
welchem der Leuchtstoff eingebettet ist. Es wäre daher scheinbar sehr einfach, ein
dielektrisches Material von hoher Dielektrizitätskonstante zu wählen, um die Leuchtwirkung
zu vergrößern. Indessen muß ein für solche Flächenlampen taugliches dielektrisches
Material eine zusätzliche Bedingung erfüllen; d. h., es muß fest an den elektrischen
Leitern, zwischen die es eingelegt ist, haften. Diese Bedingung kann, wenn sie nicht
erfüllt ist, den Vorteil der hohen Dielektrizitätskonstante mehr als ausgleichen
durch den Nachteil, daß Luft zwischen die den Leuchtstoff tragende dielektrische
Schicht und die benachbarten Leiter eindringt, wodurch die Leuchtkraft verringert
wird, da der überwiegende Anteil des Spannungsabfalls in dem Luftfilm stattfindet
und nur ein Bruchteil der angelegten Spannung zur Anregung des Leuchtstoffs in der
dielektrischen Schicht zur Verfügung steht.
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Die an das Einbettungsmittel für den Leuchtstoff zu stellende Forderung
besteht sonach darin, daß es sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzt,
als auch eine gute Haftung gewährleistet.
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Bei einer elektrolumineszenten Flächenlampe, die aus einer lichtdurchlässigen
Schicht, einem Paar von elektrisch leitenden Schichten und einer zwischen die letzteren
Schichten eingelegten Leuchtstoff tragenden dielektrischen Schicht besteht, besteht
erfindungsgemäß das Einbettungsmittel für den Leuchtstoff der dielektrischen Schicht
aus zyanäthyliertem Polyvinylalkohol.
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In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer
Flächenlampe im Querschnitt gezeigt.
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Es wurde gefunden, daß zyanäthylierter Polyvinylalkohol gegen alle
Erwartung ein ideal geeignetes Dielektrikum zur Verwendung in elektrolumineszenten
Flächenlampen ist. Gemäß der Figur besteht die Flächenlampe aus einer lichtdurchlässigen
Schicht 3, z. B. aus Glas, einer transparenten elektrisch leitenden Schicht
2, welche auf der lichtdurchlässigen Schicht 3 aufgebaut ist, einer elektrisch
leitenden Schicht 4 und einer Leuchtstoffschicht 1, die zwischen die Leiterschichten
2 und 4 gelegt ist. Die Leuchtstoffschicht 1 besteht erfindungsgemäß aus
einer Folie oder Platte von zyanäthyliertem, Polyvinylalkohol, in welcher Leuchtstoff
suspendiert oder eingebettet ist.
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Die Schicht 2 kann aus jedem geeigneten Leitermaterial bestehen; sie
wird an die lichtdurchlässige Schicht 3 in üblicher Weise angelegt. Zum Beispiel
wird zunächst ein überzug aus wäßriger Lösung von Zinnchlorid auf mindestens eine
Oberfläche der Schicht 3 aufgebracht. Dieser überzug wird dann in einem Ofen
getrocknet, wobei sich eine Halbleiteroxydschicht bildet. Diese Schicht enthält
Zinnoxyd in der Mischforin von SnO und Sn02.
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Der in der Schicht 1, eingebettete Leuchtstoff kann von irgendeiner
bekannten Art sein, die auf ein elektrisches Feld anspricht, d. h. unter
der Einwirkung eines elektrischen Feldes zum Leuchten kommt, beispielsweise ein
Gemisch aus Zinkoxyd- und Zinksulfidpulvern
oder Zinksulfid, aktiviert
durch Kupfer oder Kupfer und Blei oder Mangan oder Kupfer und Mangan.
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Der Anteil an verwendetem Leuchtstoff bei der Herstellung der elektrolumineszenten
Flächenlampe gemäß der Erfindung kann in weiten Grenzen variieren. Je größer der
Anteil des in eine gegebene Stärke von zyanäthyliertem Polyvinylalkohol einverleibten
Leuchtstoffes ist, eine um so stärkere Lichtwirkung wird erzeugt. Die obere Grenze
für eine gegebene Stärke des zyaiiäthylierten Polyvinylalkohols hängt ab von der
Partikelgröße des Leuchtstoffs. Je kleiner die Partikelgröße, ein um so höherer
Anteil kann verwendet werden. Besonders befriedigende Resultate wurden erhalten
bei Einhaltung eines Gewichtsverhältnisses von 2 bis 3: 1
von Leuchtstoff
zu zyanäthyliertem Polyvinylalkohol. Dieses Verhältnis kann größer oder kleiner
gewählt werden, je nach der Dicke der Schicht aus zyanäthyliertem Polyvinylalkohol.
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Die Leiterschicht 4 kann aus elektrisch leitendem Metall, wie Aluminium,
Kupfer, Silber od. dgl. bestehen; ihre Stärke kann variieren von jener eines dünnen
Films bis zu jener einer relativ dicken Platte. Die Schicht aus leitendem Metall
kann auch angewendet werden in Form von gesonderten Partikeln, die in geschmolzenem
Zustand gesprüht oder zerstäubt werden.
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Zyanäthylierter Polyvinylalkohol ist für den Erfindungszweck insofern
besonders geeignet, als er eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante, gute Haftfähigkeit,
hervorragende Flexibilität, Feuchtigkeitsunempfindlichkeit, Transparenz und hohe
Durchschlagfestigkeit besitzt.
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Zyanäthylierter Polyvinylalkohol kann gewonnen werden durch Reaktion
von Polyvinylalkohol mit einer verhältnismäßig großen Menge von Akrylnitril in Gegenwart
einer verhältnismäßig großen Menge von Wasser und eines alkalischen Katalysators.
Dieses Reaktionsprodukt wird sodann in Reaktion gebracht mit Dimethylazetamid; sein
Harzprodukt bildet das Dielektrikum gemäß vorliegender Erfindung. Nachstehend wird
eine übliche Methode zur Gewinnung von zyanäthyliertem Polyvinylalkohol an einem
Beispiel erläutert. Die angegebenen Teile sind Gewichtsteile, sofern nichts anderes
erwähnt ist.
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Ein Gemisch aus 240 Teilen Akrylnitril und 27 Teilen Polyvinylalkohol
mittlerer Viskosität wird gerührt unter langsamer Zugabe von 20 ml 29 1/oigen
Ammoniumhydroxyds und 5 nil einer waßrigen 51/oigen Natriumhydroxydlösung.
Das Gemisch wird dann auf Rückflußtemperatur erhitzt unter ständigem Rühren; nach
ungefähr 90 Minuten Rückfluß wird eine teilweise Klärung beobachtet.
3 Stunden später wird die trübe Lösung gekühlt, zentrifugiert und gefiltert,
bis eine klare Flüssigkeit erhalten wird. Diese klare Flüssigkeit wird in 2000 ml
einer 50150 denaturierten Alkohol-Wasser-Lösung gegossen, um den zyanäthylierten
Polyvinylalkohol auszufällen. Von dem Alkohol-Wasser wird eine weiße, schwammige
(blasige) Harzmasse getrennt und in 200 ml Azeton gelöst. Zur Neutralisierung rückständigen
Alkalis (Alkalibildner) wird Vioo Teil Trockeneis zugegeben. Nach dem Verdampfen
des Treckeneises und Erwärinung der Azetonlösung auf Raumtemperatur wird das Harz
neuerdings ausgefällt durch allmähliche Zugabe von 200 g Wasser. Das Harz
wird anschließend neuerdings in 200 ml Azeton gelöst und durch langsames Rühren
der Lösung in 200 ml Wasser wieder ausgefällt. Es wird ein weiches weißes gummiartiges
Harz gewonnen. Nach der Ausbringung aus dem Wasser wird dasselbe gepreßt, gedehnt
und geknetet und gleichzeitig mit zusätzlichen Mengen von Frischwasser gewaschen.
Die gummiartige Masse wird sodann ausgebreitet und unter Vakuum bei 50 bis
55' C getrocknet.
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Bei der Herstellung einer Flächenlarnpe der erfindungsgemäßen Art
wird zweckmäßig die Leuchtstoff tragende Schicht aus zyanäthyliertem Polyvinylalkohol
zuerst bereitet. Dies kann auf irgendeine der üb-
lichen Arten geschehen.
Eine davon besteht darin, daß der zvanäthylierte Polyvinylalkohol in einem geeigneten
Lösungsmittel, beispielsweise Dimethylformamid, Azeton, Pyridin oder Azetonitril
gelöst wird. Die Lösung wird zu einem dünnen Film unmittelbar auf die Metallschicht
4 oder die Leiterschicht 2 der lichtdurchlässigen Glasschicht 3 gegossen
oder gesprüht.
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Insofern, als Bahnen oder Platten aus zyanäthyliertem Polyvinyl mit
leitenden überzügen versehen werden können, beispielsweise auf dem Weg der Vakuummetallisierung
mit Filmen aus Aluminium, Silber, Gold, Kupfer u. dgl., in der Stärke der Größenordnung
von ungefähr 6 nm = 60 A oder weniger, herunter bis auf beispielsweise
96 bis 24 Angströmeinheiten, liegt es im Bereich der vorliegenden Erfindung,
eine so überzogene Bahn oder Tafel an Stelle der Glasschicht 3 und der leitenden
Schicht 2 zu verwenden. In diesem Fall erhält man eine flexible Flächenlampe, vorausgesetzt,
daß die Schicht 4 eine Metallfolie oder eine andere flexible elektrisch leitende
Folie ist.
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Eine besondere Ausführungsform der Erfindung in Gestalt einer Leuchtlampe
kann man verwirklichen durch Sprühen eines Leuchtstoff-Harz-Gemisches, in welchem
das Verhältnis Leuchtstoff zu Harz 1,5: 1
als 51)/oige Lösung von zyanäthyliertem
Polyvinylalkohol in einer Lösungsmischung aus 32,% Dimethylformamid und 6811/o Azetonitril
ist. Die Stärke des überzugs nach dem Trocknen beträgt 30 gm. Der aufgesprühte
überzug wird zuerst getrocknet, sei es in Luft oder in einem geeigneten Ofen, bei
80 bis 1101 C. Hierauf wird die Oberfläche des so gebildeten dielektrischen
Leuchtstoffilms 1 eine elektrisch leitende Schicht 4 aus Aluminium oder anderem
Metall, wie Gold, Silber, Kupfer od. dgl., durch übliche Vakuummetallisierung niedergeschlagen.
Gewünschtenfalles kann man aber auch eine Metallfoli# 4 auf die freie Oberfläche
des Films 1 legen und mit dieser unter Druck heißverleimen.
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Alternativ kann man das leuchtstoffzyanäthylierte Polyvinylalkoholgemisch
auf die Metallschicht 4 aufsprühen und über die Glasplatte 3 legen, wobei
die Leiterschicht 2 der Glasplatte in Kontakt mit der aufgesprühten Schicht aus
leuchtstoffzyanäthyliertem Polyvinylalkohol gelangt.
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Die Dicke der verschiedenen die erfindungsgemäße Flächenlampe bildenden
Schichten wechselt je nach den Spannungsverhältnissen. Die Schicht3 aus Glas kann
eine beliebige Dicke besitzen. Gewöhnlich wird eine Dicke von 3,2 mm bevorzugt.
Die elektrisch leitende Schicht2 soll eine Dicke in der Größenordnung von
2,5 bis 62 jim erhalten, um ein Optimum an Lichtdurchlässigkeit zu
gewährleisten. Die Dicke der Leuchtstoff enthaltenden Schicht aus zyanäthyliertem
Polyvinylalkohol 1 kann variieren von 12 bis
bis
250 #trn oder mehr. Die Schicht 4 soll ein dichter Überzug einer Stärke von
ungefähr 0,6 mm oder mehr sein, um eine gute Reflexion und gute elektrische
Leiteigenschaften zu gewährleisten. Im Betrieb wird eine Spannung, vorzugsweise
eine Wechselspannung, zwischen den Leiterschichten 2 und 4 über geeignete Zuleitungen
(nicht gezeichnet) angelegt. Die Höhe der Spannung hängt von dem verwendeten Leuchtstoff,
der Dicke der Leuchtstoffschicht und der Helligkeit der gewünschten Lichtintensität
ab. Beispielsweise beträgt bei einer Betriebsspannung von 110 Volt und einem
Gewichtsverhältnis von Leuchtstoff zu zyanäthyliertem Polyvinylalkohol von 2:
1 die Dicke der Schicht 1 ungefähr 12 pm bei 400 Volt Betriebsspannung
wird die Dicke zweckmäßig auf ungefähr 45 jim und bei 600 Volt Betriebsspannung
auf ungefähr 60 #trn erhöht. In jedem Fall sind die Flächenlampen der erfindungsgemäßen
Ausführung mit in zyanäthyliertem Polyvinylalkohol eingebettetem Leuchtstoff mindestens
zweimal so hell als Flächenlampen mit dem bisher üblichen Harzmaterial, z. B. einem
Polyvinylchlorid-Azetat-Kopolymer. Bei Anwendung einer Spannung von 140 Volt beispielsweise
ergibt eine Polyvinylehlorid-Azetat-Kopolymer-Leuchtstoffschicht eine Helligkeit
von 0,001 Lumen/cm2. Im Vergleich dazu liefert bei einer Spannung von
150 Volt ein Film aus Leuchtstoff tragenden zyanäthyliertern Polyvinylalkohol
eine Helligkeit von 0,004 Lumen/CM2.