DE970330C - Strom-Elektrolumineszenzzelle - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 11. SEPTEMBER 1958

JTr. 970 KLASSE 21 f GRUPPE INTERNAT. KLASSE H 05 b

G 11086 VIIIc/21f 03

ist als Erfinder genannt worden

Strom-Elektrolumineszenzzelle

Die Erfindung bezieht sidh auf eine Strom-Elektrolumineszenzzelle. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Elektrolumineszenzzelle, in welcher die Elektroden an gegenüberliegenden Seiten eines den Leuchtstoff bildenden Einkristalls angeordnet sind.

In den bisher bekannten Strom-Elektrolumineszenzzellen wurde als Leuchtstoff Siliziumkarbid verwendet. Die üblidhen Zellen dieser Art haben etwa die Form von Plattenkondensatoren, deren Dielektrikum SiC enthält und deren eine Platte aus einer lichtundurchlässigen Schicht oder einem Drahtnetz besteht. Bei Stromdsurchgang wird dann im Si G ein Leuchten beobachtet. Diese Zellen stehen in einem gewissen Gegensatz zu den anderen bekannten Spannungs-Elektrolumiaeszenzzellen, vielfach Leuchtkondensatoren genannt, bei denen der Leuchtstoff im allgemeinen in ein Dielektrikum eingebettet ist und die ausschließlich mit Wechselspannung arbeiten. Bei letzteren nimmt die Lichtintensität bekanntlich mit der Spannung und mit ao der Frequenz bis zu einem bestimmten Purikt zu. Oberhalb dieses Punktes bewirken FrequenzerJiöhungen keine weitere Vergrößerung der Helligkeit. Die Spannung darf dabei selbstverständlich nicht über den Durchschlagspunkt hinaus gesteigert as werden.

Durch die Erfindung soll nun eine Strom-Elektrolumineszenzzelle von hoher Helligkeit und

M9 611&

• Lichtintensität geschaffen werden, die sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom arbeitet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Elektrolumineszenzzelle besonders kleiner Abmessungen, bei der ein Einkristall des Leuchtstoffes das Licht aussendet.

Erfindungsgemäß ist eine Strom-Elektrolumineszenzzelle mit an gegenüberliegenden Seiten des den Leuchtstoff bildenden Einkristalls anliegenden ίο Elektroden dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall aus Zinksulfid, Zinkselenid oder aus Cadmiumsulfid oder aus einer Mischung dieser Stoffe und aus weniger als 5 % eines Aktivators besteht. Die Elektroden liegen dabei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kristalls auf und

• besitzen dadurch den durch die entsprechenden Kristallflächen gegebenen Abstand.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in stark vergrößerter Darstellung einen Einkristall 10 des aktivierten EleMrolumineszenzleuchtstoffes. Der Kristall kann in Wirklichkeit kleiner als beispielsweise ein ■ Weizenkorn sein, d. h. eine Größe von einigen Millimetern haben. Auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen des Kristalls 10 sind zwei Elektrodenii und 12 angebracht. Beide Elektroden können aus einer lichtundurchlässigen leitfä'higen Substanz, beispielsweise einer Silberpaste, Metallplatten mit glatter Oberfläche oder aus anderen Metalls rücken bestehen. Gegebenenfalls kann es auch erwünscht sein, beide Elektroden als durchsichtige leitende Schicht, z. B. als Zinkoxydschicht, auf einer Glasplatte auszuführen. Wenn beide Elektroden lichtundurdhlässig sind, tritt das Leuchten bzw. das erzeugte Licht bei Erregung der Elektrodenn und 12 aus den anderen Kristallflächen aus.

Mittels der Leitungen 14 und 15 wird eine Energiequelle 13 an die Elektroden 11 und 12 angeschlossen. Die Energiequelle 13 kann im Gegensatz zu derjenigen einer bekannten Spannungs-Elektrolumineszenz auch, eine Gleichstromquelle sein, da die Zelle bei beiden Stromarten Licht liefert. Der Kristall 10 wird dadurch hergestellt, daß man Zinksulfid, Zinkselenid und Cadmiumsulfid in verschiedenen Mengen mit einer kleinen. Menge eines Aktivatprs mischt und die Mischung in feiner Verteilung in eine sorgfältig gereinigte Quarzröhre bringt. Diese Röhre wird dann evakuiert, zur Entfernung absorbierter Gase erhitzt und sodann abgeschmolzen. Die untere Hälfte der Röhre, welche die feinverteilte Mischung enthält, wird dann etwa auf die Sublimationstemperatur der Mischung erhitzt. Die obere Röhrenhälfte wird auf einer etwa um ioo° C tieferen Temperatur gehalten. Das Pulver sublimiert dann allmählich und kondensiert sich an den kühleren Wänden des oberen Teils der Röhre in Form einzelner Kristalle. Für die genannte Mischung wird der untere Teil der Röhre auf etwa 1175° C erhitzt.

Vorzugsweise sollen als Aktivator für diese Leuchtstoffe Kupfer und Silber verwendet werden, jedoch sind auch andere Aktivatoren, wie Mangan und Phosphor, brauchbar. Man kann zwar eine Aktivatorbeimischung von mehr als 5 % verwenden, jedoch sind geringere Mengen vorzuziehen. Es ließ sich feststellen, daß sich sehr gute Leuchtstoffe mit einer anfänglidhen Aktivatorbeimischung von etwa 0,5 % herstellen ließen. Der Aktivator braucht auch anfänglich nicht als Metall vorhanden zu sein. So kann z. B. der Kupferaktivator in Form von Kupfernitrat zugesetzt werden. Der Prozentsatz der anfänglich beigemischten Aktivatormenge läßt nicht notwendig auf die Menge des Aktivators in dem fertigen Leuchtstoff schließen.

Das Verfahren zur Herstellung der Leuchtstoffkristalle kann auch dazu dienen, zwei oder mehr Stoffe zusammenzukristallisieren. So läßt sich z. B. ein hervorragend guter Leuchtstoff aus einer anfänglichen Mischung von 80 Teilen Zinksulfid mit 20 Teilen Zinkselenid und 0,5 Teilen Kupfer in Form von Kupfernitrat herstellen.

Es ist erwünscht, die Kristallbildung über eine längere Zeit auszudehnen, wie es für langsames Kristallwachstum üblich ist. Dabei sind 48 Stunden etwa das Minimum, bei dem gute Kristalle erzielt werden. Diese Zeit läßt sich auch abkürzen, jedoch sind dann die Kristalle nicht groß genug, um gut brauchbar zu sein.

Ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestellter Kristall wird aus der abgescbmolzenen Röhre entnommen, und es werden dann zwei einander gegenüberliegende Kristallflächen vorsichtig mit einem Überzug versehen oder anderweitig mit Elektroden in Kontakt gebracht. Man erhält auf diese Weise eine gute Elektrolumineszenzzelle, die, wie schon betont, sowohl bei Wechselstrom wie bei Gleichstrom arbeitet. Gewünschtenfalls kann man eine Mehrzahl kleiner Kristalle innerhalb einer einzigen Elektrolumineszenzlampe vereinigen. Die Kristalle lassen sich auch als einzelne Elemente zu einem Kathodenstrahlleuchtschirm zusammensetzen.

Die Betriebseigenschaften hängen von der Orientierung des elektrischen Feldes gegenüber der ausgezeichneten Kristallachse ab. Die Helligkeit für eine gegebene Feldstärke ist viel höher, wenn das Feld gemäß Fig. 2 senkrecht zur Kristallachse orientiert wird.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Strom-Elektrolumineszenzzelle mit an gegenüberliegenden Seiten des den Leuchtstoff ¹¹S bildenden Einkristalls anliegenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall aus Zinksiulfid, Zinkselenid oder aus Cadmiumsulfid oder aus einer Mischung dieser Stoffe und aus weniger als 5% eines Aktivators besteht.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall Kupfer oder Silber als Aktivator enthält.

3. Zelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall durch Zusammenkristallisieren von Zinksulfid,

Zinkselenid und weniger als 5 °/o des Aktivatormaterials erhalten wird.

4. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall aus etwa 80 Gewichtsteilen Zinksulfid, 20 Gewichtsteilen Zinkselenid und 0,5 Gewichtsteilen Kupfer besteht.

5. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden derart angebracht sind, daß das Feld senkrecht zur Hauptachse des Kristalls verläuft.

6. Verfahren zur Herstellung von Zellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung des Lumineszenzmaterials in feinverteilter Form mit einem Aktivator von weniger als 5 Gewichtsprozent in eine Röhre gebracht wird, daß die Röhre abgeschmolzen und erhitzt wird, daß sodann der Teil der Röhre, welcher die Mischung enthält, etwa auf die Sublimationstemperatuir der Mischung erhitzt wird, während gleichzeitig wenigstens ein Teil des. Restes der Röhre auf einer genügend tiefen Temperatur gehalten wird, um eine langsame Kondensation der flüchtigen Bestandteile zu ermöglichen, und daß die Kristalle schließlich aus der Röhre entnommen'und zwei einander gegenüberliegende Kristallflädhen mit Elektroden versehen werden.

7. Verfahren nadh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 80 Gewichtsteile feinverteiltes Zinksulfid, 20 Gewichtsteile feinverteiltes Zinkselenid und 0,5 Gewichtsteile feinverteiltes Kupfer enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der geheizte Teil der Röhre bis auf etwa 1175⁰ C erhitzt wird und die zur Kondensation der flüchtigen Bestandteile dienende Fläche auf etwa ioo° C tieferer Temperatur liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

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

USA.-Patentschrift Nr. 2 254 957;

F. A. Kroger: »Some Aspects of the Luminescence of Solids«, Elsevier Publishing Company Inc., New York—Amsterdam — London —Brüssel, 1948, S. 263 und 268.

Zeitschrift für ang. Phys., 1 (1948), S. 153 bis 161;

Journ. de chim. phys., 34 (1937), S. 117 bis 124.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 736/3S0 12.56 (809611/& Ϊ.58)