DE68921190T2 - Elektrolumineszierende lampe. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf elektrolumineszente Lampen.
• Elektrolumineszente Lampen werden typischerweise aus einer Phosphorteilchen enthaltenden Schicht gebildet, die zwischen entsprechenden großflächigen Elektroden angeordnet ist, welche geeignet sind, ein Anregungspotential an die Phosphorteilchen anzulegen. Eine Sperrschicht in Form eines Films gegen das Eindringen von Feuchtigkeit wird mit den Elektroden verbunden, die das Äußere der Lampe bilden, um vorzeitige Verschlechterung des Phosphors infolge des Eindringens von Feuchtigkeit zu verhüten.
• Es ist bekannt geworden, die halbtransparente vordere Elektrode solcher Lampen des Standes der Technik aus Teilchen von leitendem Material zu bilden, wie Indiumoxid oder Silber, dispergiert in einem Bindermaterial. Die Auswahl von leitenden Materialien, geeignet für Verwendung in der lichtdurchlässigen vorderen Elektrode, ist begrenzt durch die Anforderung der elektrischen Leitfähigkeit und den Wunsch nach einer maximalen Durchlässigkeit für das verfügbare Licht. Es gibt auch ästhetische Gesichtspunkte, und es ist wünschenswert für eine elektrolumineszente Lampe, die beispielsweise in einem Automobil verwendet wird, eine beständige Farbe zu haben, typischerweise weiß, ob die Lampe ein- oder ausgeschaltet ist. In typischen Lampen des Standes der Technik war es notwendig, nicht leitende, diffuse Deckschichten zu verwenden, um in dem ausgeschalteten Zustand die gewünschte Farbe zu erhalten, mit entsprechend verminderter Helligkeit der elektrolumineszenten Lampe in eingeschaltetem Zustand.
• Gemäß der Erfindung enthält eine elektrolumineszente Lampe eine Phosphorschicht, angeordnet zwischen korrespondierenden Lampenelektroden, die geeignet sind zum Anlegen eines Anregungspotentials, um die Lampe zum Aussenden von Licht zu veranlassen, wobei die vordere Elektrode für Strahlung von der Phosphorschicht lichtdurchlässig ist, und wobei die vordere Lampenelektrode eine dünne Schicht eines lichtdurchlässigen Binders umfaßt, der eine Verteilung von diskreten Gallium- dotierten Zinkoxidteilchen enthält.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Lampe nach der Erfindung können eines oder mehrer der folgenden Merkmale haben. Die durchschnittliche Größe der Teilchen ist kleiner als 45 um, und vorzugsweise zwischen 10 um und 20 um. Der Binder enthält Polyvinylidenfluorid. Die Gewichtsprozente der Teilchen in dem Binder sind zwischen 85% und 95%.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zur Ausbildung einer vorderen Elektrode für eine elektrolumineszente Lampe, umfassend eine Phosphorteilchen enthaltende Schicht, angeordnet zwischen vorderer Elektrode und einer korrespondierenden Rückelektrode, geeignet zum Anlegen eines Anregungspotentials an die Phosphorteilchen, wobei die vordere Lampenelektrode lichtdurchlässig gegenüber der von den Phosphorteilchen ausgesandten Strahlen ist, den Schritt des Anlagerns über der Phosphorschicht von wenigstens einer dünnen Schicht einer Suspension von festem lichtdurchlässigen Polymer, dispergiert in einer flüssigen Phase, enthaltend eine gleichförmige Dispersion von diskreten Gallium-dotierten Zinkoxidteilchen, und Herbeiführen einer völligen Verschmelzung der Schicht zur Bildung einer zusammenhängenden Elektrode.
• In bevorzugten Ausführungsbeispielen des Verfahrens umfaßt das lichtdurchlässige Polymer Polyvivylidenfluorid, und die vordere Elektrode wird durch Siebdrucktechniken angelagert.
• Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines im Moment bevorzugten Ausführungsbeispieles und aus den Ansprüchen ersichtlich.
• Zunächst werden die Zeichnungen kurz beschrieben:
• Fig. 1 ist eine Ansicht einer elektrolumineszenten Lampe, ausgebildet entsprechend der Erfindung, und
• Fig. 1a und 1b sind Schnittansichten der in Fig. 1 gezeigten Lampe, entlang der Linien 1a-1a bzw. 1b-1b.
• Bezugnehmend auf die Zeichnungen, ist eine elektrolumineszente Lampe 10 dargestellt, die aus einer Reihe von verschmolzenen übereinander gelegten Schichten besteht. Solch eine Lampe ist von Harper et al in WO-A-35/03596 beschrieben, übertragen auf den gleichen Inhaber wie die vorliegende Anmeldung. Die Lampe 10 enthält ein Komposit 12 mit einer lichtemittierenden Phosphorschicht 14, angeordnet zwischen Elektroden 16 und 18; die vordere Elektrode 18 ist lichtdurchlässig. Die untere Elektrode 16 ist eine Aluminiumfolie, die in die gewünschte Form und Größe geschnitten worden ist, z.B. 7,6 cm x 10,2 cm (3 x 4 Inches).
• Das Komposit 12 enthält weiter eine dielektrische Schicht 20, die die Rückelektrode 16 von der Phosphorschicht 14 trennt. Kupferleitungsdrähte 22 und 22', die untereinander angeordnet sind, kontaktieren jeweils die Elektroden 18 und 16 und sind mit einer äußeren Stromquelle (nicht dargestellt) zur Lieferung eines Anregungspotentials über die Phosphorschicht 14 verbunden. Jede Leitung ist ungefähr 0,51 um ( 2 mils) dick. Eine elektrisch leitende Stromschiene 24, die entlang einem Rand der Elektrode 18 sich erstreckt und bis zu einer Anschlußfläche unter dem Leitungsdraht 32 ausdehnt, liefert die vom Leitungsdraht 22 bereitgestellte Spannung an die vordere Elektrode 18. Eine Feuchtigkeitssperrschicht 25, durch die die Leitungsdrähte 22 und 22' hindurchtreten, verhütet, daß Feuchtigkeit eindringt und eine Verschlechterung der Phosphorschicht 14 herbeiführt.
• Die dielektrische Schicht 20, die Frontelektrode 18 und die Phosphorschicht 14 (sowie die elektrisch leitende Sammelschiene 24) sind alle aus einer Polyvinylidenfluorid-(PVDF)-Dispersion hergestellt, die im Handel von der Pennwalt Corporation unter dem Warennamen "Kynar Type 202" erhältlich ist. Die Herstellung dieser Lampenelemente aus demselben Polymermaterial hilft das Delaminieren während der Verwendung zu verhüten, weil alle Elemente dann gemeinsame thermische Ausdehnungscharakteristiken haben. Es erhöht auch die Widerstandsfähigkeit der Lampe gegen Feuchtigkeit, da die verschiedenen Schichten ineinander eindringen und miteinander verschmelzen. Die Feuchtigkeitssperrschicht 25 wird aus Polychlorotrifluoroethylen hergestellt.
• Entsprechend der Erfindung enthält die vordere Elektrode 18 außerdem eine Verteilung von diskreten Gallium-dotierten Zinkoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Größe von weniger als ungefähr 45 um und vorzugsweise zwischen ungefähr 10 um und 20 um. Die Teilchen, die in dem PVDF-Binder zu ungefähr 85 bis 95 Gew.-% vorhanden sind, machen die vordere Elektrode elektrisch leitend, während sie außerdem die Vorderansicht der elektrolumineszenten Lampe mit einem weißen Schimmer versehen, was in elektrolumineszenten Lampen des Standes der Technik nicht ohne die Verwendung von nichtleitenden diffusen Deck. schichten möglich war, die auch wesentlich die Menge des von der Lampe übertragenen verfügbaren Lichtes reduzieren. Als Ergebnis bleibt die übertragene Farbe des Lumineszenzlichtes, das von den Phosphoren emittiert wird, wenn die Lampe nach der Erfindung im eingeschalteten Zustand ist, weiß, unbeeinflußt von der Übertragung durch die vordere Elektrode, und das diffuse reflektierte Licht der Lampenoberfläche im ausgeschalteten Zustand ist ebenfalls weiß, was zur Abdeckung unerwünschter Farben von niedrigeren Schichten der Lampe dient.
• Die Lampe 10 ist außerdem mit Öffnungen 28 und 28' versehen, die jede eine Kreisgeometrie haben, die sich durch das Komposit 12 erstreckt, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Öffnungen 28 und 28' werden von dem Polymermaterial ausgefüllt, das die Feuchtigkeitssperrschicht 25 bildet, so daß Verbindungen zwischen den oberen und unteren Teilen der Sperrschicht 25 gebildet werden. Der Durchmesser der Öffnung 28 durch Leitungsdraht 22, Stromschiene 24 und Elektroden 18 ist größer als der entsprechende Durchmesser durch Elektrode 16, dielektrische Schicht 20, und Phosphorschicht 14. In ähnlicher Weise ist der Durchmesser der Öffnung 28' durch Leitungsdraht 22' größer als der entsprechende Durchmesser durch die Phosphorschicht 14 und die dielektrische Schicht 20. Die zwei Öffnungen bilden hierdurch ein Niet, das aus dem Polymermaterial der Feuchtigkeitssperrschicht besteht. Dieses Niet verhütet, daß sich die Leitungsdrähte 22 und 22' von den Elektroden 18 bzw. 16 ablösen, wenn sich obere und untere Teile der Feuchtigkeitssperrschicht gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen ausdehnen, weg von dem Komposit 12' wenn die Lampe Änderungen der Temperatur oder Feuchtigkeit erleidet.
• Die Lampe 10 wurde wie folgt hergestellt.
• Eine dielektrische Mischung zur Ausbildung der dielektrischen Schicht 20 wurde zubereitet durch Mischen von 18,2 g von Bariumtitanatteilchen (BaTiO&sub6;, geliefert von Tam Ceramics, mit einer Partikelgröße von weniger als 5 Microns) in 10 g von Kynar Type 202 (eine Dispersion, die PVDF in einer flüssigen Phase enthält, die als im wesentlichen Carbitolacetat angenommen wird). Eine zusätzliche Menge von Carbitolacetat (4,65 g) wurde der Mischung hinzugesetzt, um den Festkörperanteil und die Viskosität der Mischung aufrecht zu erhalten, auf einem geeigneten Niveau, zur Aufrechterhaltung gleichföriniger Dispersion der hinnugefügten Teilchen, während die gewünschte Übertragnngsfähigkeit erhalten bleibt.
• Die Mischung wurde in ein Polyestersieb gegossen, das so bemessen war, daß es ungefähr 126 Öffnungen je linearem Zentimeter (320 Mesh) im Abstand von 3,68 mm (0,145 Inch) über einer Aluminiumrückelektrode 16 aufweist (Dicke ist 76,2 um (3 mil)). Infolge ihrer hohen scheinbaren Viskosität blieb die Mischung auf dem Sieb ohne Hindurchsickern, bis der Rakel über das Sieb bewegt wurde, der Scherbeanspruchung auf die Fluidmischung ausübte und sie dazu veranlaßte, infolge ihres thixotropen Charakters dünn zu scheren und durch das Sieb für den Druck hindurchzutreten, was eine dünne Schicht auf der darunterliegenden Substratelektrode 16 erzeugt. Die abgeschiedene Schicht wurde einer Trocknung für 2,5 Minuten bei 79,4ºC (175ºF) ausgesetzt, um einen Teil der Flüssigphase auszutreiben, und wurde dann einem Erhitzen auf 260ºC (500ºF) (über dem anfänglichen Schmelzpunkt des PVDF) ausgesetzt, und auf dieser Temperatur für 45 Sekunden gehalten. Diese Erhitzung trieb die übrige Flüssigphase aus und verschmolz das PVDF in einen kontinuierlichen glatten Film mit überall verteiltem BaTiO&sub3;.
• Die resultierende Dicke der getrockneten Polymerschicht war 25,4 um (1 mil).
• Eine zweite Schicht der Mischung wurde durch Siebdruck über die erste Schicht auf der Substratelektrode 16 aufgebracht, und die sich ergebende Struktur wiederum einem Erhitzen für 2,5 Minuten bei 79,4ºC (175ºF) und einem darauffolgenden Helßpreßschritt zur Konsolidierung der Schichten ausgesetzt. Das endgültige Produkt war eine monolithische dielektrische Einheit mit einer Dicke von 50,8 um (2 mil) mit keiner ersichtlichen Übergangsschicht zwischen den Polymerschichten, wie durch die Untersuchung eines Querschnittes unter dem Mikroskop ermittelt wurde. Es wurde gefunden, daß die Teilchen des Additivs über die gesamte Ablagerungsschicht einheitlich verteilt waren.
• Die monolithische dielektrische Einheit 20 hatte eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 30.
• Der nächste Schritt in der Herstellung der Lampe 10 war die Ausbildung der Phosphorschicht 14. Eine Überzugsmischung wurde hergestellt durch Eingeben von 18,2 g eines Phosphoradditivs, Zinksulfidkristall (Type #830 von GTE Sylvania, 35 Micron) in 10 g der Kynar PVDF-Dispersion wie oben verwendet.
• Die Mischung wurde durch Siebdruck über die darunterliegende Isolierschicht 20 zur Ausbildung einer dünnen Schicht aufgebracht, und zwar durch ein Polyestersieb, das so bemessen war, das es ungefähr 110 Öffnungen pro linearem Zentimeter (280 Mesh) und im Abstand von 3,68 mm (0,145 Inch) über der Substratelektrode 16 hat. Die angelagerte Schicht wurde der zweistufigen Trocknungs- und Druckprozedur unterworfen, die oben beschrieben ist.
• Die Schichten dem Heizen und Pressen auszusetzen, veranlaßte das PVDF sich durch die neu aufgebrachte Schicht und zwischen den Schichten zu konsolidieren, um eine monolithische Einheit auf der Substratelektrode 16 zu bilden. Das gegenseitige Eindringen des Materials benachbarter Schichten mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften war jedoch begrenzt durch die Verfahrensbedingungen auf weniger als ungefähr 5% der Dicke der dickeren der benachbarten Schichten, so daß die verschiedenen, zu elektrischen Eigenschaften führenden additiven Teilchen innerhalb der monolithischen Einheit geschichtet sowie gleichförmig über die jeweiligen Schichten verteilt blieben.
• Die resultierende Dicke der getrockneten Polymerschicht war 50,8 um (2 mils).
• Der abgeschiedene Film wurde getestet und als gleichmäßig lumineszent befunden, ohne wesentliche helle oder dunkle Flecken.
• Hierauf wurde eine Überzugsmischung zur Ausbildung der durchlässigen vorderen Elektrode 18 vorbereitet. Teilchen von Zinkoxid (wenigstens 95 Gew.-%), Galliumoxid (1 bis 3 Gew.-%) und Ammoniumchlorid (1 bis 2 Gew.-%) wurden trocken gemischt und dann in einer mit losem Deckel versehenen Röhre eine Stunde lang in einer Atmoshhäre von Stickstoff bei 650ºC verbacken. Der Inhalt der Röhre wurde dann gemahlen und in einer Luftatmosphäre für zwei Stunden bei 1100ºC fixiert. Das erhaltene Pulver wurde gemahlen und durch ein Sieb von 200 Mesh gesiebt, um Teilchen von Gallium-dotiertem Zinkoxid zu ergeben mit einer durchschnittlichen Größe von weniger als ungefähr 45 um, und vorzugsweise zwischen ungefähr 10 um und 20 um. 40 g der Galliumdotierten Zinkoxidpartikel (z.B. wie oben beschrieben hergestellt) wurden zu 10 g der PVDF-Dispersion wie oben beschrieben hinzugefügt. (Typischerweise wird eine zusätzliche Menge von Carbitolacetat (0,5 bis 2,5 g) hinzugefügt, zum Zweck der Verbesserung der Übertragungseigenschaften, die Viskosität leicht zu vermindern.)
• Die Mischung wurde auf die lichtemittierende Phosphorschicht 14 durch Siebdruck aufgetragen, und zwar durch ein 280 Mesh Polyestersieb, so bemessen, daß es darüber ungefähr 110 Öffnungen pro linearem Zentimeter (280 Mesh) und im Abstand von 12,7 mm (0,5 Inch) aufweist. Die Substratelektrode 16 mit den darauf angeordneten Mehrfachschichten wurde wiederum erhitzt und heißgepreßt, um eine kontinuierliche gleichförmige Schicht zu bilden und diese Schicht zusammen mit der darunterliegenden lichtemittierenden Schicht zur Ausbildung einer monolithischen Einheit zu konsolidieren.
• Die resultierende Dicke der getrockneten Polymerschicht war 25,4 um (1 mil).
• Die angelagerte Schicht wurde getestet, und es wurde gefunden, daß sie eine Leitfähigkeit von ungefähr 100 Ohm-cm aufweist und infolge der Lichtdurchlässigkeit der Gallium-dotierten Zinkoxidpartikel und des Matrixmaterials in einem wesentlichen Grad lichtdurchlässig ist. Das resultierende Komposit hatte einen weißen Schimmer sowohl im eingeschalteten als auch im ausgeschalteten Zustand der Lampe.
• Dann wurde die Überzugsmischung zur Ausbildung einer leitenden Stromschiene 24 durch Verteilung des Stromes über verhältnismäßig kurze Wege zu der vorderen Elektrode vorbereitet. 15,76 g von Silberflocken (von Metz Metallurgical Corporation), in einer Größe zum Durchtritt durch ein Sieb mit 128 Öffnungen pro linearem Zentimeter (325 Mesh, #7 Fartikelgröße) wurden 10 g von PVDF-Dispersion hinzugefügt wie oben verwendet. Die Teilchen blieben in der Dispersion während des übrigen Herstellungsverfahrens ohne merkbares Absetzen suspendiert.
• Die Mischung wurde durch Siebdruck aufgebracht durch ein Polyestersieb, das so bemessen war, daß es ungefähr 126 Öffnungen pro linearem Zentimeter (320 Mesh) aufweist und im Abstand von 3,81 mm (0,15 Inch) über der halbtransparenten obere Elektrode 18 als eine schmale Schiene angeordnet ist, die sich entlang einer Kante der Elektrodenschicht erstreckt. Sie wurde erweitert auf eine Anschlußfläche der Größe 0,635 mm x 0,635 mm (25 mil x 25 mil) im Bereich des Leitungsdrahts 22. Die angelagerte Schicht wurde einer zweistufigen Trocknungs- und Preßprozedur unterworfen, wie oben beschrieben, um das PVDF in einen kontinuierlichen Film mit überall gleichförmig verteilten Silberflocken zu konsolidieren.
• Die resultierende Dicke der getrockneten Polymerschicht war 25,4 um (1 mil).
• Der angelagerte Film wurde getestet, und es wurde eine Leitfähigkeit von 10&supmin;³ Ohm-cm gefunden.
• Die Öffnungen 28 und 28' wurden wie folgt ausgebildet. Zwei Öffnungen, die jede einen Durchmesser von 0,762 mm (0,03 Inch) haben, wurden durch die Schichten 16, 20 und 14 gebohrt. Eine größere Öffnung (Durchmesser = 1,02 mm (0,04 Inch)) wurde dann durch die Stromschiene 24 und die Elektrode 18 gebohrt. Hierauf wurden Leitungsdrähte 22 und 22' zur Lieferung von Strom an die Lampe 10 je mit einer Bohrung von 1,02 mm (0,04 Inch) Durchmesser versehen und mit dem Komposit 12 über die vorher gebohrten Öffnungen im Komposit 12 verbunden, um Öffnungen 28 bzw. 28' zu bilden. Dann wurde die Feuchtigkeitssperrschicht 25 gebildet, durch Überdecken der exponierten Oberflächen der Lampe 10 mit einem vorgeformten Film von Polychlorotrifluorethylen, und dann durch Aufheizen des Films für eine Minute auf 176,7ºC (350ºF) unter Anwendung eines Drucks von 6462 Torr (125 Pfund pro Squareinch). Unter diesen Bedingungen schmolz der Film und floß durch die Öffnungen 28 und 28'. Die Lampe wurde dann gekühlt, während sie noch unter Druck stand.
• Der abschließende Schritt des Erhitzens ergibt eine elektrolumineszente Lampe 10 des Querschnitts gemäß den Figuren. Das Polymermaterial, das in Schichten auf die Substratelektrode 16 aufgebracht wurde, wurde in den Schichten und zwischen den Schichten verschmolzen, um eine monolithische Einheit zu bilden, die mit der Substratelektrode biegbar ist. Die oberen und unteren Teile der polymeren Feuchtigkeitssperrschicht, zusammen mit dem Polymermaterial, das die Öffnungen 28 und 28' ausfüllt, bilden Niete, die die Verbindung zwischen den Leitungsdrähten und den Elektroden aufrechterhalten, was die Öffnung der Kreise während der Verwendung der Lampe verhindert.
• Andere Ausführungsbeispiele liegen innerhalb der vorliegenden Ansprüche, z.B. können die Kontaktleitungen mit anderen Mitteln angebracht werden. Auch kann die Rückelektrode 18 als eine weitere Schicht von PVDF-Binder ausgebildet werden, die überall leitende Teilchen dispergiert hat, z.B. Silberflocken, wie oben in bezug auf die leitende Sammelschiene 24 beschrieben.
• Alternativ können die in der vorderen Elektrode verwendeten Gallium- dotierten Zinkoxidteilchen gebildet werden durch trockenes Mischen von Zinkoxid (wenigstens 92,3 Gew.-%) und Galliumsulfid (2,25 bis 6,7 Gew.- %). Die Mischung wird in Luft bei 1100ºC eine Stunde gebrannt. Das Pulver wird gemahlen und in einer Sauerstoffatmosphäre eine Stunde bei 1100ºC gebrannt. Nach erneutem Manlen wird das Pulver wie oben beschrieben gesiebt.

Claims (8)

1. Elektrolumineszenzlampe (10) enthaltend eine Phosphorschicht (14), angeordnet zwischen korrespondierenden Lampenelektroden (16, 18), geeignet zum Anlegen eines Anregungspotentials, um die Lampe zum Aüssenden von Licht zu veranlassen, wobei die vordere Lampenelektrode (18) für Strahlung von der Phosphorschicht lichtdurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Lampenelektrode (18) eine dünne Schicht eines lichtdurchlässigen Binders umfaßt, der eine Verteilung von diskreten Gallium-dotierten Zinkoxidteilchen enthält.

2. Elektrolumineszenzlampe (10) nach Anspruch 1, bei der die durchschnittliche Größe der Partikel kleiner als ungefähr 45 um ist.

3. Elektrolumineszenzlampe (10) nach Anspruch 1, wobei die durchschnittliche Größe der Partikel zwischen ungefähr 10 um und 20 um ist.

4. Elektrolumineszenzlampe (10) nach Anspruch 1, wobei der Binder Polyvinylidenfluorid enthält.

5. Elektrolumineszenzlampe (10) nach Anspruch 1, wobei der Gewichtsprozentsatz der Partikei in dem Binder zwischen 85% und 95% liegt.

6. Verfahren zur Ausbildung einer vorderen Elektrode (18) für eine Elektrolumineszenzlampe (10), umfassend eine Phosphorpartikel enthaltende Schicht (14) angeordnet zwischen der vorderen Elektrode und einer korrespondierenden Rückelektrode (16), die geeignet sind, ein Anregungspotential an die Phosphorpartikel anzulegen, wobei die vordere Lampenelektrode gegenüber Stranlung von den Phosphorpartikeln lichtdurchlässig ist, gekennzeichnet durch Anlagern, über die Phosphorschicht (14), wenigstens einer dünnen Schicht einer Suspension von lichtdurchlässigem festem Polymer, dispergiert in einer Flüssigphase, die eine einheitliche Dispersion von diskreten Gallium- dotierten Zinkoxidteilchen enthält, und Herbeiführen einer völligen Verschmelzung der Schicht zur Bildung einer zusammenhängenden Elektrodenschicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das lichtdurchlässige Polymer Polyvenylidenfluorid enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Anlagerns wenigsiens einer dünnen Schicht einer Suspension von festem lichtdurchlässigem Polymer über die Phosphorschicht, außerdem den Siebdruck dieser dünnen Schicht umfaßt.