DE1194492B

DE1194492B - Electroluminescent surface lamp

Info

Publication number: DE1194492B
Application number: DEG12944A
Authority: DE
Inventors: Shepard Roberts; John Owens Aicher
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1952-10-30
Filing date: 1953-10-28
Publication date: 1965-06-10

Description

Elektrolumineszente Flächenlampe Bisher bestehen die wirksamen Teile von elektrolumineszenten Flächenlampen aus plattenförinigen Elektroden, deren eine Licht durchläßt mit dazwischen angeordneten Licht emmitierenden Stoffen, bestehend aus einem elektrolumineszenten Leuchtstoff und einem dielektrischen Material, das als Bindemittel für den Leuchtstoff dient. Derartige Lampen können befriedigen, wenn der in das Dielektrikum eingebettete Leuchtstoff einen hohen Eigenwiderstand hat oder wenn die Vorrichtung nur mit niedriger Spannung betrieben werden soll. Solche Lampen haben jedoch beachtliche Nachteile, wenn der Leuchtstoff einen niederen Widerstand, d. h. hohe Leitfähigkeit hat oder wenn die Vorrichtung bei hoher oder mäßig hoher Spannung gebraucht wird. Unter diesen Umständen überhitzen sich die Lampen und leuchten nicht mehr und sind im allgemeinen unwirtschaftlich zur Lichterzeugung.Electroluminescent surface lamp So far, the effective parts of electroluminescent surface lamps consist of plate-shaped electrodes, one of which lets light through with light-emitting substances arranged in between, consisting of an electroluminescent phosphor and a dielectric material that serves as a binding agent for the phosphor. Such lamps can be satisfactory if the phosphor embedded in the dielectric has a high intrinsic resistance or if the device is only to be operated with a low voltage. However, such lamps have considerable disadvantages when the phosphor has a low resistance, i.e. H. has high conductivity or when the device is used at high or moderately high voltage. Under these circumstances, the lamps overheat and stop lighting and are generally uneconomical to produce light.

Nach einem älteren Vorschlag werden bessere Betriebsmerkmale erzielt, wenn der gesamte Leuchtstoff im wesentlichen in einer Teilschicht bzw. Zone des Dielektrikums eingeschlossen ist, die einer der Elektroden anliegt. Vorzugsweise besteht hierbei das feste Dielektrikum aus zwei von Natur aus verschiedenen Schichten, von denen die eine den Leuchtstoff enthält und die andere nur aus Isolierstoff besteht, wobei die eine Schicht auf der anderen aufgebracht ist. Bei dieser Anordnung und insbesondere bei ihrer Herstellung kann jedoch die Neigung des Leuchtstoffs, in die leuchtstofffreie Schicht zu wandern, störend in Erscheinung treten. Eine durch Wanderung des Leuchtstoffs bedingte Inhomogenität der Schichten und Verteilung der Leuchtstoffpartikeln in die Isolierschicht hat eine Verschlechterung der Lampeneigenschaften zur Folge, wie Verringerung der Lichtstärke, Überhitzungsgefahr und Erniedrigung der Durchschlagsfestigkeit, die bei hohen Spannungen sogar zum Kurzschluß führen kann.According to an older proposal, better operating characteristics are achieved, when the entire phosphor is essentially in a partial layer or zone of the Dielectric is included, which is applied to one of the electrodes. Preferably the solid dielectric consists of two naturally different layers, one of which contains the luminescent material and the other consists only of insulating material, one layer being applied on top of the other. With this arrangement and however, the tendency of the phosphor to in to wander the fluorescent-free layer, appear disturbing. One through Migration of the phosphor caused inhomogeneity of the layers and distribution of the Phosphor particles in the insulating layer have a deterioration in the lamp properties result, such as reduction in light intensity, risk of overheating and degradation the dielectric strength, which can even lead to a short circuit at high voltages can.

Diese Nachteile können vermieden werden, wenn die leuchtstofffreie Schicht eine möglichst hohe Dielektrizitätskonstante besitzt und so ausgebildet ist, daß praktisch kein Leuchtstoff einwandern kann. Gegenstand der Erfindung ist daher eine elektrolumineszente Flächenlampe mit Flächenelektroden, von denen wenigstens eine durchsichtig ist und zwischen denen eine feste Leuchtstoffschicht und wenigstens eine feste, nur aus Isolierstoff bestehende Schicht angeordnet sind, mit dem Kennzeichen, daß zur Vermeidung des Eindringens von Leuchtstoff aus der Leuchtstoffschicht in die Isolationsschicht die beiden Schichten aus verschiedenen sich nicht anlösenden dielektrischen Materialien bestehen. Die Anwendung einer Mehrzahl klarer Zonen oder isolierender Schichten auf gegenüberliegenden Seiten der Leuchtstoffzone stellt eine Variante der Erfindung dar.These disadvantages can be avoided if the fluorescent-free Layer has the highest possible dielectric constant and is designed in this way is that practically no phosphor can immigrate. The subject of the invention is hence an electroluminescent surface lamp with surface electrodes, of which at least one is transparent and between which a solid phosphor layer and at least a solid layer consisting only of insulating material is arranged with the label, that to avoid the penetration of phosphor from the phosphor layer in the insulation layer the two layers of different non-dissolving dielectric materials. The use of a plurality of clear zones or insulating layers on opposite sides of the phosphor zone a variant of the invention.

Die F i g. 1 zeigt im Querschnitt eine elektrolumineszente Flächenlampe mit einer einzigen klaren Schicht, die an eine Leuchtstoffschicht grenzt Hier ist auf einer Platte 1 aus Glas oder anderem durchsichtigem Material auf der einen Seite ein durchsichtiger leitfähiger Überzug 2 aus einer Metallverbindung aufgebracht, der als eine Elektrode dient. Solche Überzüge sind bekannt und bestehen beispielsweise aus einer durchsichtigen Zinnverbindung. Derartige Gläser mit einem Überzug aus durchsichtigem Material sind im Handel erhältlich. Über dem leitfähigen Film 2 ist eine Schicht 3 niedergeschlagen, die gleichmäßig verteilt einen elektrolumineszenten Leuchtstoff enthält. Für elektrolumineszente Flächenlampen verwendbare elektrolumineszente Leuchtstoffe sind an sich bekannt. Sie bestehen z. B. aus geglühten Mischungen von Zinksulfid und Zinkselenid im Gewichtsverhältnis von 3:4, die mit Kupfer aktiviert sind. Ein anderer geeigneter elektrolumineszenter Leuchtstoff wird durch Glühen von Zinksulfid und Zinkoxyd mit einem Kupfer- oder Bleihalogenid als Aktivator erhalten. Geeignete dielektrische Materialien, die sich zur Herstellung solcher elektrolumineszenter Flächenlampen eignen, sind z. B. Polystyrol, Polymethacrylat, Polyvinylchlorid, Alkydharze (vorzugsweise eine mit Ricinusöl modifizierte Verbindung aus Glycerin und Phthalsäureanhydrid), 2,2-Dinitropropan, Nitrowachs, Polyäthylen, eine feste Form von Methylphenylpolysiloxan und ein handelsübliches Copolymeres aus Butadien und Acrylnitril. Bevorzugt wird Cellulosenitrat, das mit einem geeigneten Weichmacher versetzt ist.The F i g. 1 shows in cross section an electroluminescent surface lamp with a single clear layer which is adjacent to a phosphor layer.Here, a transparent conductive coating 2 made of a metal compound is applied to a plate 1 made of glass or other transparent material on one side, which serves as an electrode. Such coatings are known and consist, for example, of a transparent tin compound. Such glasses with a coating of transparent material are commercially available. A layer 3 is deposited over the conductive film 2 and contains an electroluminescent phosphor in a uniformly distributed manner. Electroluminescent phosphors which can be used for electroluminescent panel lamps are known per se. They consist e.g. B. from annealed mixtures of zinc sulfide and zinc selenide in a weight ratio of 3: 4, which are activated with copper. Another suitable electroluminescent phosphor is obtained by calcining zinc sulfide and zinc oxide with a copper or lead halide as an activator. Suitable dielectric materials which are suitable for the production of such electroluminescent surface lamps are, for. B. polystyrene, polymethacrylate, polyvinyl chloride, alkyd resins (preferably a compound of glycerol and phthalic anhydride modified with castor oil), 2,2-dinitropropane, nitro wax, polyethylene, a solid form of methylphenylpolysiloxane and a commercially available copolymer of butadiene and acrylonitrile. Cellulose nitrate to which a suitable plasticizer has been added is preferred.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein dielektrisches Material verwendet, das durch Aufsprühen niedergeschlagen wurde, wodurch Homogenität, Freiheit von Leerstellen und Gaseinschlüssen erzielt wird. Die neuen charakteristischen Merkmale der Erfindung sind jedoch nicht auf das Aufsprühen des dielektrischen Materials, auch nicht auf irgendein spezifisches festes Material beschränkt, nur soll die leuchtstofffreie Schicht eine so hohe Dielektrizitätskonstante als möglich aufweisen und so ausgebildet sein, daß praktisch kein Leuchtstoff einwandern kann.According to a preferred embodiment of the invention, a dielectric Material is used that has been deposited by spraying, thus ensuring homogeneity, Freedom from voids and gas inclusions is achieved. The new characteristic However, features of the invention do not apply to the spraying of the dielectric material, also not limited to any specific solid material, only the fluorescent-free one Layer have as high a dielectric constant as possible and so formed be that practically no phosphor can immigrate.

Im allgemeinen werden Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante und niederem Leistungsfaktor bevorzugt. Die dielektrische Schicht braucht aber nicht aus organischen Stoffen, sondern kann auch aus anorganischen Stoffen bestehen. So ist z. B. ein Aluminiumoxydfikn besonders vorteilhaft, weil er besonders hohe dielektrische Festigkeit und ausgezeichnete Isolationseigenschaften aufweist und gewöhnlich schon eine einzige Isolationsschicht genügt. Die Leuchtstoffschicht 3 kann auf der mit einer leitenden Schicht versehenen Glasplatte 1 in irgendeiner bekannten Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufstreichen einer Suspension des Leuchtstoffes in einer dielektrischen Lösung oder indem in Wasser suspendierte Leuchtstoffteilchen auf der mit einer leitenden Schicht versehenen Glasscheibe niedergeschlagen werden, wozu die Glasplatte und die Suspension in einen nicht dargestellten Behälter gebracht werden. Hat sich ein genügender Leuchtstoffilm 3 abgesetzt, so wird die überstehende Flüssigkeit entfernt und die abgeschiedene Leuchtstoffschicht getrocknet. Die Schicht wird dann, wenn sie trocken ist, durch sorgfältiges Aufsprühen eines der obenerwähnten Bindemittel sanft benetzt.In general, high dielectric constant, low power factor materials are preferred. However, the dielectric layer does not need to consist of organic substances, but can also consist of inorganic substances. So is z. B. an aluminum oxide film is particularly advantageous because it has particularly high dielectric strength and excellent insulation properties and usually a single insulation layer is sufficient. The phosphor layer 3 can be applied to the glass plate 1 provided with a conductive layer in any known manner, for example by spraying or brushing on a suspension of the phosphor in a dielectric solution or by depositing phosphor particles suspended in water on the glass plate provided with a conductive layer, for which the glass plate and the suspension are placed in a container, not shown. If a sufficient phosphor film 3 has deposited, the supernatant liquid is removed and the deposited phosphor layer is dried. When dry, the layer is then gently wetted by carefully spraying on one of the binders mentioned above.

Wenn eine genügend festhaftende Leuchtstoffschicht 3 niedergeschlagen ist, wird darauf eine Schicht 4 aus dielektrischern, leuchtstofffreiem Material aufgebracht. Zusätzliche Überzüge aus plastischer Masse werden auf die Oberfläche aufgesprüht, bis diese ein glänzendes Aussehen aufweist und eine genügende Dicke der klaren Schicht 4 erzielt ist. Die klare Schicht kann eine Dicke von beispielsweise 25 Mm haben, kann unter Umständen aber auch dicker sein. Die verschiedenen Schichten oder Lagen sollten von gleichmäßiger Dicke sein.When a sufficiently firmly adhering phosphor layer 3 has been deposited, a layer 4 of dielectric, phosphor-free material is applied to it. Additional coatings of plastic material are sprayed onto the surface until it has a glossy appearance and a sufficient thickness of the clear layer 4 has been achieved. The clear layer can have a thickness of, for example, 25 µm, but under certain circumstances it can also be thicker. The various layers or plies should be of uniform thickness.

Dann wird auf die klare Schicht eine Elektrode 5 aufgebracht, die aus einer Paste von feinzerteiltem Metall, beispielsweise Silber, besteht und auf die klare Schicht 4 aufgestrichen oder aufgesprüht wird. Schließlich werden Zuleitungen 6 und 7 an den Elektroden 2 und 5 angebracht.An electrode 5 , which consists of a paste of finely divided metal, for example silver, is then applied to the clear layer 4 and is painted or sprayed onto the clear layer 4. Finally, leads 6 and 7 are attached to electrodes 2 and 5 .

.Sollen mehrere klare lichtdurchlässige Lagen oder Schichten aus dielektrischem Material an den gegenüberliegenden Seiten einer Leuchtstoffschicht angeordnet sein; so wird eine Lage 10 eines klaren dielektrischen Materials unter der Leuchtstoffschicht 3 angebracht (s. F i g. 2). Es muß dabei darauf geachtet werden, daß die niedergeschlagenen Schichten nicht zuviel Lösungsmittel aus dem Sprühnebel aufnehmen und erweichen, damit nicht der Leuchtstoff durch die Schwerkraft in die Lage 10 absinkt und damit den Zweck der Erfindung illusorisch macht. Die unerwünschte Absorption des Lösungsmittels läßt sich beispielsweise dadurch verhindern, daß die Glasplatte 1 und die niedergeschlagenen Schichten 3 und 10 so hoch erhitzt werden, daß das zum Aufsprühen einer klaren Schicht oder der Lage 11 über der Leuchtstoffschicht 3 verwendete Lösungsmittel schnell verdampft, andernfalls würden die Leuchtstoffteilchen dazu neigen, in die Lage 10 unter der Leuchtstoffschicht zu sinken. Es können auch derartige dielektrische Materialien und Lösungsmittel verwendet werden, daß jede Schicht in einem Lösungsmittel löslich ist, in dem die andere Schicht oder die anderen Schichten nicht löslich sind, oder daß die Schichten nicht angegriffen werden, wenn sie als Schicht niedergeschlagen werden..Should a plurality of clear translucent sheets or layers of dielectric material be arranged on opposite sides of a phosphor layer; thus a layer 10 of clear dielectric material is applied under the phosphor layer 3 (see FIG. 2). Care must be taken that the deposited layers do not absorb too much solvent from the spray mist and soften so that the phosphor does not sink into position 10 under the force of gravity and thus make the purpose of the invention illusory. The undesired absorption of the solvent can be prevented, for example, by heating the glass plate 1 and the deposited layers 3 and 10 to such an extent that the solvent used to spray a clear layer or the layer 11 over the phosphor layer 3 evaporates quickly, otherwise the Phosphor particles tend to sink into the layer 10 under the phosphor layer. Dielectric materials and solvents can also be used such that each layer is soluble in a solvent in which the other layer or layers are not soluble, or that the layers are not attacked when deposited as a layer.

Um Luftfeuchtigkeit möglichst vollständig auszuschließen, kann ein Überzug 8 aus einem für Feuchtigkeit undurchlässigen Stoff, beispielsweise Wachs, und eine abschließende Glasplatte 9 vorgesehen werden. Die Glasplatte 1 und die niedergeschlagenen Schichten werden beispielsweise auf 70 bis 80'C erhitzt und das geschmolzene Wachs, beispielsweise Ceresin, aufgestrichen. Auf das noch geschmolzene Wachs wird die Glasplatte 9 aufgebracht.In order to exclude air humidity as completely as possible, a coating 8 made of a material impermeable to moisture, for example wax, and a closing glass plate 9 can be provided. The glass plate 1 and the deposited layers are heated to 70 to 80 ° C. , for example, and the melted wax, for example ceresin, is painted on. The glass plate 9 is applied to the wax that is still melted.

Ein als dielektrisches Material besonders geeignetes Cellulosenitrat enthält beispielsweise 11,8 bis 12,20/, Stickstoff und hat eine Viskosität von 18 bis 25 eP, wenn es in einer Konzentration von 12,20/, in einem Lösungsmittel aus 25 Gewichtsprozent Äthanol, 20 Gewichtsprozent Äthylacetat und 55 Gewichtsprozent Toluol aufgelöst wurde. Eine Lösung, die 60 Gewichtsprozent flüchtiges Lösungsmittel und 40 Gewichtsprozent Cellulosenitrat enthält, wird mit einem Weichmacher versetzt. Ein besonders geeigneter Weichmacher ist eine handelsübliche Mischung aus N-Äthyl-o- und -p-toluolsulfonamid, CH,C,H,SO,NHC,H,. Ein zum Versprühen geeigneter Ansatz wird durch Suspension von 5 g Leuchtstoffpulver in 50 cm3 klarer Nitrocelluloselösung folgender Zusammensetzung erhalten: 100 g Cellulosenitrat (40 O/Oige Lösung), 20 g Weichmacher und genügend Verdünnungsmittel, um 600 em3 Sprühlösung zu erhalten.A cellulose nitrate that is particularly suitable as a dielectric material contains, for example, 11.8 to 12.20 /, nitrogen and has a viscosity of 18 to 25 eP when it is in a concentration of 12.20 /, in a solvent made from 25 percent by weight of ethanol, 20 percent by weight Ethyl acetate and 55 weight percent toluene was dissolved. A plasticizer is added to a solution containing 60 percent by weight of volatile solvent and 40 percent by weight of cellulose nitrate. A particularly suitable plasticizer is a commercially available mixture of N-ethyl-o- and -p-toluenesulfonamide, CH, C, H, SO, NHC, H ,. A mixture suitable for spraying is obtained by suspending 5 g of fluorescent powder in 50 cm3 of clear nitrocellulose solution of the following composition: 100 g of cellulose nitrate (40% solution), 20 g of plasticizer and sufficient diluent to obtain 600 em3 of spray solution.

Ein geeigneter Verdünner enthält 50 Gewichtsteile Butylacetat, 10 Gewichtsteile Butylalkohol und 40 Gewichtsteile Toluol.A suitable thinner contains 50 parts by weight of butyl acetate, 10 parts by weight of butyl alcohol and 40 parts by weight of toluene.

Claims

Claims: 1. Electroluminescent surface lamp with surface electrodes, of which at least one is transparent and between which a solid phosphor layer and at least one solid layer consisting only of insulating material are arranged, characterized in that to avoid the penetration of phosphor from the phosphor layer (3) in the insulation layer (4) the layers (3 and 4) consist of different, non-dissolving dielectric materials.

2. Electroluminescent surface lamp according to claim 1, characterized in that the insulation layer (4) consists of an inorganic compound. 3. Electroluminescent surface lamp according to claims 1 and 2, characterized in that the insulating layer is an aluminum oxide film. 4. Electroluminescent surface lamp according to claims 1 to 3, characterized in that the aluminum oxide film is on one side of the phosphor layer (3) , while the transparent surface electrode is attached to the other side of the phosphor layer (3). 5. Electroluminescent surface lamp according to claims 1 to 4, characterized in that the lamp is embedded in a material impermeable to liquid, in particular a layer of wax. Documents considered: Belgian Patent No. 497,702; Journal de Chimic Physique, 1937, Vol. 34, pp. 117 to 124. Older patents considered: German Patents No. 1 002 464, 1058 154. Two priority documents were laid out in the publication.