DE963172C - Elektrolumineszenzzelle - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 2. MAI 1957

G 12428 VIII c 121 f

Elektrolumineszenzzelle

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrolumineszenzzellen und bezieht sich auf eine Zelle, in welcher Zinkfluorid als Lumineszenzmaterial benutzt wird.

In Elektrolumineszenzzellen wird Licht mittels eines Leuchtstoffes, der sich in einem elektrischen Felde befindet, erzeugt. In einer derartigen Zelle dient eine Metallplatte als dia eine Elektrode. Sie ist mit einer dünnen Schicht eines Leuchtstoffes überzogen, welcher seinerseits eine dünne Schicht eines dielektrischen Materials trägt, auf dem sich eine zweite Elektrode befindet. Gewünschtenfalls kann der Leuchtstoff auch in Suspension in der dielektrischen Schicht vorhanden sein.

Diese Art von Zellen wird häufig mit einer transparenten Elektrode ausgerüstet, welche dadurch hergestellt wird, daß man eine dünne Schicht von leitendem Zinnoxyd auf einer Glasunterlage erzeugt, auf der dann die Leuchtstoffe oder die dielektrische Substanz mit dem eingelagerten Leucht- ao stoff aufgebracht werden. Die andere Elektrode kann dann reflektierend ausgebildet werden und erhöht so die Stärke des durch die transparente Elektrode austretenden Lichts. Es ist auch bereits bekannt, eine Elektrolumineszenzzelle aus einem Einkristall aus Zinksulfid herzustellen.

Um Zellen von größerer Lichtausbeute zu schaffen, besteht nach der Erfindung der elektro-

lumineszierende Leuchtstoff aus kristallinem Zinkfluorid oder aus einem oder mehreren Zinkfluoridkristallen.

Fig. ι zeigt eine Stromelektrolumineszenzzelle, die aus einem Einkristall von Zinkfiuorid aufgebaut ist;

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Zelle wie Fig. i, bei der aber die Elektroden auf zwei anderen Kristallflächen aufliegen;

ίο Fig. 3 zeigt eine Spannungselektrolumineszenzzelle üblicher Ausführung unter Verwendung von Zinkfluorid als lumh.eszierender Substanz;

Fig. 4 zeigt eine Stromelektrolumineszenzzelle mit mehreren Einkristallen;

Fig. 5 zeigt eine Stromelektrolumineszenzzelle unter Verwendung einer Schicht eines vielkristallinen Materials.

In Fig. ι und 2 sind auf einem vergrößert dargestellten Einkristall io zwei Elektroden ii und 12

auf gegenüberliegenden Kristallflächen angebracht. Die Elektroden ii und 12 können mit einer undurchsichtigen leitenden Substanz, z. B. einer Silberpaste oder einer geglätteten Metallfläche, die auf der Kristalloberfläche aufliegt, verbunden werden. Man kann auch eine oder beide Elektroden, mit einer der üblich, gewordenen, transparenten, leitenden Schichten auf der Kristalloberfläche verbinden, beispielsweise mit einer auf einer Glasscheibe angebrachten Schicht von leitendem Zinnoxyd. Die Elektroden 11 und 12 sind mittels der Leitungen 14 und 15 an eine Stromquelle 13 angeschlossen, welche bekanntlich für die Stromekktrolumineszenz im Falle der Fig. 1, 2, 4 und 5 ebensogut eine Gleichstromquelle wie eine Wechselstromquelle sein kann. Zinkfluorid ist ein 'sich innerhalb gewisser Grenzen selbst aktivierendes Material und emittiert als reiner Zinkfluoridkristall 10 Licht, wenn er sich in einem elektrischen Felde befindet. Die Helligkeit des emittierten Lichtes läßt sich jedoch erhöhen, wenn der Kristall zusätzlich eine kleine Menge eines Aktivators, z. B. von Mangan, von Thallium, von Cer oder von Blei, enthält. Vorzugsweise wird Mangan verwendet, und zwar in einer Menge von weniger als 10 Gewichtsprozent.

Man kann auch bis zu 25 Gewichtsprozent verwenden, was jedoch begreiflicherweise die Zelle nicht verbessert. Vorzugsweise werden 1 bis 6 Gewichtsprozent verwendet.

Die in Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Zellen besitzen eine viel größere lumineszierende Fläche als die Zellen in Fig. 1 und 2. Wie üblich besteht die Elektrode 12 aus einer Metallplatte oder einer Glasplatte oder aus einer ähnlichen transparenten Platte, auf welcher eine leitende Schicht von Zinnoxyd angebracht ist, die sich in Kontakt mit der Leuchtstoffschicht 16 (Fig. 3) befindet. Auf der Schicht 16 ist ein dünner Überzug i6_ß eines dielektrischen Materials angebracht, welches aus einer großen Reihe von Kunststoffen, Harzen oder anorganischen Stoffen (SiO₂ usw.) bestehen kann. So kann beispielsweise der Überzug i6_ß aus Zellulosenitrat, aus Polyacrylsäure, aus Polyvinylchlorid, aus Zelluloseacetat, aus Alkydharz und aus anderen transparenten dielektrischen Stoffen bestehen, denen Zusatzstoffe, z. B. Kampfer, Glyzerin, Trikresylphosphat und ähnliche Stoffe, beigefügt werden können. In diesem Falle sind die Elektroden 11 und 12 der Fig. 3 mittels der Leitungen 14 und 15 an eine Wechselstromquelle angeschlossen.

Die Zelle nach Fig. 4 besteht aus einer Reihe von parallel geschalteten Einkristallen 17, welche durch Mn Dielektrikum 18 voneinander getrennt sind. Das Dielektrikum besitzt eine größere Durchschlagsfestigkeit als die sonst zwischen den Kristallen befindliche Luft, so daß Überschläge und Kurz-Schlüsse auch bei hoher Feldstärke vermieden werden.

In Fig. 5 enthält die Zelle einen Zinkfluoridleuchtstoff 19 aus aktiviertem feinkristallinem Material oder aus einer homogenen transparenten Schicht von Zinkfluorid.

Bei der Präparation von kristallinem Zinkfiuorid für eine Zelle gemäß der Erfindung wird das Zinkfluoridpulver mit einem Zusatz zwischen 1 und 5 % Ammoniumfluorid und mit einem Zusatz bis zu io⁰/» eines Aktivators in eine Platinschale gelegt. Diese Schale besitzt einen dichtschließenden Deckel und wird auf einer Bunsenflamme erhitzt. Nachdem die Mischung geschmolzen ist, wird das Gas während einer Zeitspanne von etwa einer Stunde langsam abgestellt. Dabei entstehen klare transparente Zinkfluoridkristalle am oberen Rande der Schmelze. Die so hergestellten Kristalle können einzeln oder zusammen für eine der angegebenen Elektrolumineszenzzellen verwendet werden. g5

Ein transparenter homogener Film von Zinkfluorid kann auf einer leitenden Unterlage dadurch angebracht werden, daß man entweder das ungebrannte oder das kristallisierte Zinkfluorid im Vakuumofen erhitzt und den verdampfenden Leucht- _iOo stoff auf der leitenden Unterlage kondensieren läßt. Ein Aktivator kann entweder durch Zugabe zur Ausgangsmischung oder durch gleichzeitige Verdampfung aus einer getrennten Quelle beigefügt werden. Eine andere Methode zur Aufbringung eines transparenten Films von Zinkfluorid auf eine leitende Unterlage besteht darin, daß man Zinkchlorid und Ammoniumfluorid in der Dampfphase aufeinander einwirken läßt, so daß das Zinkfluorid auf der Unterlage kondensiert.

Die bekannten Elektrolumineszenzzellen erzeugten nur so geringe Lichtstärken, daß man diese Zellen nur in Geräten verwenden konnte, bei denen sehr geringe Lichtstärken ausreichend waren. Eine gemäß der Erfindung unter Verwendung von Zink- ng fluorid als Leuchtstoff aufgebaute Elektrolumineszenzzelle liefert dagegen fünfmal helleres Licht im Vergleich zu den bekannten Zellen, bei denen Zinksulfid oder Zinnoxyd als Leuchtstoff benutzt wurde, und zwar bei der gleichen Spannung und Frequenz, nämlich etwa 1000 asb (~ 100 Fußlambert) bei einer Feldstärke von etwa io⁵ V · cm"""¹ und 60 Hz.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektrolumineszenzzelle mit einem elektrolumineszierenden Stoff zwischen zwei Elek-

   troden, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolumineszierende Leuchtstoff aus kristallinem Zinkfluorid oder aus einem oder mehreren eineinzelnen Zinkfluoridkristallen besteht.
   2. Zelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zinkfluorid Mangan, Tha¹-lium, Cer oder Blei als Aktivator beigegeb η ist.

   3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolumineszierende Stoff ein Zinkfluorideinkristall ist, der mit 1 bis 6 Gewichtsprozent Mangan, Thallium, Cer oder Blei als Aktivator zusammenkristallisiert ist.

   4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Zinkfluoridkristallen nebeneinander zwischen zwei Elektroden angeordnet sind.

   5. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer durchsichtigen Zinkfluoridschicht.

   6. Verfahren zur Herstellung elektrolumineszierender Zinkfluoridkristalle für Zelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkfluorid zusammen mit 1 bis 6 Gewichtsprozenten des Aktivators auf Schmelztemperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt wird.

   7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinkfluoridschmelze 1 bis 5 Gewichtsprozent Ammoniumfluorid beigegeben werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentanmeldung S 18733 VIIIc/2if; britische Patentschrift Nr. 567 184;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 254 957, 2 566 349;

   Hans Mahl und Erich G ö 1 ζ : »Die kleinen Studienbücher«, Bd. 58 »Elektronenmikroskopie«, VEB Bibliographisches Institut, Leipzig 1951, S. 67;

   Illuminating Engineering, Bd. 45, Heft 11, 1950, S.691;

   Physical Review, Bd. 87, Juli 1952, S. 151/152.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 707/280 11.55 {609 873 4. 57)