DEW0017541MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
Tag der Anmeldung: 24. September 1955 Bekanntgemacht am 31. Oktober 1956
DEUTSCHES PATENTAMT
Elektrische Leuchtstoffzellen wurden bisher nach Verfahren hergestellt, wie sie beispielsweise in dem
London, Edinburgh und Dublin Philosophical Magazine, Series 7, Bd. 38, S. 700 bis 737 (Oktober 1947),
in einem Artikel von G. Destriau, »New Phenomenon of Electrophotoluminescence«, oder in der
USA.-Patentschrift 2 566 349 beschrieben sind. Leuchtzellen dieser Art bestehen aus einem in dielektrischem
Material eingebetteten Leuchtstoff; dieses Leuchtstoff dielektrikum ist zwischen- zwei Elektroden
angeordnet. Bei diesen bekannten Zellen ist der Leuchtstoff auch bei Anwendung einer von
Leuchtstoff freien Isolierschicht willkürlich und unregelmäßig in dem Einbettungsmaterial verteilt.
Leuchtstoffzellen der bisher üblichen Herstellungsart haben geringe Helligkeit, wodurch ihre praktische
Brauchbarkeit sehr beschränkt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leuchtstoffzellen durch
Steigerung ihrer Helligkeit ohne Änderung der Arbeitsbedingungen zu verbessern.
Erfindungsgemäß läßt sich eine solche Helligkeitssteigerung dadurch erreichen, daß die Leuchtstoffpartikeln
im Dielektrikum kettenartig auf eine Vielzahl von im wesentlichen geradlinigen Gruppen
verteilt sind und jede dieser Gruppen so ausgerichtet ist, daß sie im wesentlichen senkrecht zu den Zellenelektroden
verläuft. Eine derartige Anordnung verdreifacht die Leuchtleistung einer Zelle gegenüber <
Zellen bisher bekannter Ausführung.
Das Gruppieren und Ausrichten der Leuchtstoffpartikeln wird durch Anlegen eines elektrischen
Feldes erreicht, solange sich die Einbettungsrhasse
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in flüssigem Zustand befindet; dieses Feld wird so lange aufrechterhalten, bis die Einbettungsmasse
verfestigt ist. -
Die Figuren erläutern die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen. Es stellt dar
Fig. ι eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Zelle,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine das Gruppieren und Ausrichten der Leuchtstoffpartikeln bewirkende Einrichtung,
Fig. 3" eine andere Ausführungsform einer derartigen Einrichtung,
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt
durch das Leuchtstoff enthaltende Dielektrikum vor dem Gruppieren und Ausrichten der Leuchtstoffpartikeln,
Fig. 5 in vergrößertem Maßstab einen 'ebensolchen Querschnitt nach dem Gruppieren und Ausrichten
der Leuchtstoffpartikeln in Gruppen,
ao Fig. 6 in vergrößertem Maßstab den Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Zelle
nach dem Gruppieren und Ausrichten der Leuchtstoffgruppen gegenüber den Zellenelektroden.
In Fig. ι ist mit io allgemein eine Leuchtstoffzelle
bezeichnet, die aus einer ersten Trägerplatte 12, einer ersten Elektrode 14, einem mit eingebettetem
Leuchtstoff versehenen Dielektrikum 16, einer hoch dielektrischen beständigen Schicht 18, einer zweiten
Elektrode 20, einer zweiten Trägerplatte 22, Elektrodenanschlußschienen
24 und Anschlußkabeln 25 besteht. Die erste. Trägerplatte 12 ist aus durchsichtigem
Werkstoff, z. B. Glas, gefertigt; die erste Elektrode 14 ist eine dünne, durchsichtige Leiterschicht,
z. B. Zinnoxyd. Der in das Dielektrikum eingebettete Leuchtstoff kann eine der durch D estr iau
auf S. 710 des oben angegebenen Artikels erwähnten Leuchtstoffarten sein oder irgendein anderer Leuchtstoff,
der auf ein elektrisches Feld anspricht. Beispielsweise besteht der Leuchtstoff aus o,o°/0 Zinksulfid
und 10% Zinkoxyd, aktiviert durch io~~3
Gewichtsteile Kupfer. Als weiteres Beispiel sei erwähnt Zinksulfid, aktiviert durch Kupfer und
Blei. "'.".I
Das dielektrische Einbettungsmaterial kann ein thermoplastisches oder ein durch Wärme erhärt-.bares
sein. Beispiele für die letztere Art sind Polyesterharze, Epoxydharze, Akrylmonomere, wie Methylmethakrylatmonomer
oder monomeres Styrol. Beispiele für thermoplastische Dielektrika sind
Kanada-Balsam, polymerisiertes Äthylmethakrylat oder ein Polyvinylazetat von niedrigem Molekulargewicht.
Die zweite Elektrode 20 kann ein dünner Film aus Aluminium oder anderem Leitermaterial
oder ein dünner Film aus Zinnoxyd sein. Mindestens eine der beiden Elektroden soll lichtdurchlässig sein.
Die zweite Trägerplatte 22 kann aus lichtundurchlässigem, durchscheinendem oder klar durchsichtigem
Stoff, z. B. Glas, sein, je nachdem, ob die zweite Elektrode lichtdurchlässig ist oder nicht. Die zweite
Trägerplatte 22 kann aber auch weggelassen werden,
.. ■ dadurch, daß man die zweite Elektrode 20 nach dem
Verfahren der bekannten: Vakuummetallisierung mit
Aluminium überzieht. ;:!·..-,
Die Schienen 24 sind Kupferstreifen. Die dünne Schicht aus hoch dielektrischem, beständigem Werkstoff
18 ist für den Betrieb der Zelle nicht unerläßlich, aber erwünscht zum Zwecke der Verhinderung von
Durchschlägen bei höheren Betriebsspannungen an den ausgerichteten Leuchtstoffgruppen. Diese dünne
Schicht aus hoch dielektrischem, beständigem Werk-, stoff kann beispielsweise aus Glimmer einer Stärke
von beispielsweise 0,1 mm bestehen.
Das Gerät der Fig. 2 zeigt beispielsweise, wie die Leuchtstoffpartikeln in Gruppen zusammengefaßt
und in bezug auf die Zellenelektroden ausgerichtet werden, nach welchem Vorgang man das dielektrische
Material, in welchem sich die Leuchtstoffgruppen befinden, erhärten läßt. Eine Trägerplatte 22, die
eine Elektrode 20 trägt, bildet die Unterlage für das Gerät. ■ Gewünschtenfalls kann die hoch dielektrische
Schicht 18 über die Elektrode 20 und darüber das den Leuchtstoff enthaltende Dielektrikum 16 gelegt
werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Über die Schicht 18 wird ein Heizelement 26 abgesenkt, dessen Unterteil
die für die Leuchtzelle gewünschte Oberflächenform besitzt. Durch Abstandhalter- 27, welche zugleich
als Abdichtung gegen das Austreten der Suspension vor der Verfestigung des dielektrischen Materials
dienen, wird die Lage der oberen Fläche der dielektrischen Schicht 18 gegenüber der unteren Oberfläche
des Heizelements festgelegt. Der Zwischenraum zwischen diesen beiden Flächen entspricht der
Stärke der Leuchtschicht und beträgt beispielsweise 0,005 mm. Die Suspension des Leuchtstoffs in seinem
Einbettungsmaterial wird über die Schicht 18 ergössen
und anschließend das Heizelement darüber in Stellung gebracht. Wenn die Viskosität der Suspension
sehr niedrig ist, kann das Heizelement zuerst über der Zelle in Stellung gebracht und anschließend
die Suspension durch Überlauföffnungen 28, die sich in den Abstandhaltern befinden, eingeführt
werden. Hierauf wird an den in dem Dielektrikum suspendierten Leuchtstoff über das Heizelement 26
und die zweite Elektrode 20 ein elektrisches Feld (Hochspannung) angelegt. Im Falle der.Verwendung
eines in Wärme aushärtenden dielektrischen Stoffes wird dieser anschließend durch Einwirken des Heizelements
verfestigt. Gleichzeitig werden die Leuchtstoffpartikeln gruppiert und ausgerichtet; das Feld
wird so lange aufrechterhalten, bis das Dielektrikum vollständig verfestigt ist. Im Falle der Verwendung
eines thermoplastischen Dielektrikums dient das Heizelement dazu, das'Dielektrikum zu verflüssigen,
worauf sich die Leuchtstoffpartikeln ausrichten. Anschließend wird die Hitze weggenommen, das die 11S
Ausrichtung bewirkende Feld aber aufrechterhalten, bis der dielektrische Stoff verfestigt ist.
Das Verhältnis von Leuchtstoff zu dielektrischem Stoff und die Stärke des Leuchtstoffdielektrikums
sind nicht von . ausschlaggebender Bedeutung; sie werden je nach den Arbeitsbedingungen ausgewählt.
Nachstehend werden sechs Beispiele von Leuchtstoffdielektriken aufgeführt, einschließlich der angewendeten
Verfahrensweise zur Verfestigung; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese' Beispiele
beschränkt.
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W 17 541 VIII c / 21 f
Beispiel ι
Angelegte Spannung: 400 bis 800 Volt Wechselspannung von 60 Perioden oder Gleichspannung;
Abstand der Elektroden: 0,3 mm; gesonderte, hoch dielektrische Isolierschicht: Glimmer von 0,1 mm
Stärke; thermoplastisches Dielektrikum: Kanada-Balsam; Leuchtstoff: Zinksulfid: Cu Pb; Verhältnis
der Gewichte des Leuchtstoffes zu dem Dielektrikum 1:2; Verflüssigungstemperatur des Dielektrikums,
2 Minuten lang wirkend: 66°C.
Spannung und Verflüssigungstemperatur wie im Beispiel 1; Abstand der Elektroden (ohne Anwendung
einer eigenen hoch dielektrischen Isolierschicht): 0,2 mm; thermoplastisches Dielektrikum: Polyvinylazetat,
Molekulargewicht 3500; Leuchtstoff: o,o°/0
ZnS, io°/0 ZnO : ΐο~3 Gewichtsteile Cu; Verhältnis
des Gewichtes des Leuchtstoffes zu dem Gewicht des Dielektrikums 1:1,
Alle Daten wie im Beispiel 2, nur Anwendung von polymerisiertem Äthylmethakrylat als Einbettungsmaterial;
Verflüssigungstemperatur des Dielektrikums: 1600C.
Angelegte Spannung: 400 bis 800 Volt Wechselspannung mit 60 Perioden oder Gleichspannung;
Elektrodenabstand: 0,3 mm (einschließlich 0,1 mm einer gesonderten Schicht aus hoch dielektrischem,
beständigem Material); Dielektrikum (Gewichtsverhältnis
von Leuchtstoff zu Dielektrikum 1:2): PoIyesterharz (mit einem Zusatz von 2 Gewichtsprozent
eines Benzoyl-Peroxyd-Katalysators); Leuchtstoff:
... 90% ZnS, 10% ZnO: 10-3 Gewichtsteile Kupfer;
Polymerisationstemperatur.· 1200C 5 Minuten lang.
Entspricht Beispiel 4, nur wird als Dielektrikum Epoxydharz mit 6 Gewichtsprozent eines Diäthylentriaminkatalysators
verwendet; Polymerisationstemperatur: 1000C, 15 Minuten lang. Epoxydharze sind
Polymerisationsharze, welche den Epoxydring
H-C
-C —
als polymerisierende Einheit enthalten.
Beispiel 6
Beispiel 6
Wie Beispiel 4, jedoch unter Verwendung von monomeren! Styrol mit 2 Gewichtsprozent Berizoyl—
Peroxyd als Katalysator; Polymerisationstemperatur: 650C, 20 Minuten lang. Eine gesonderte hoch dielektrische,
beständige Schicht ist nicht verwendet; Elektrodenabstand: 0,3 mm.
An Stelle der vorstehend genannten Beispiele können viele andere Dielektrika Verwendung finden,
vorausgesetzt, daß das Einbettungsmaterial bei Raumtemperaturen verfestigt und, wenn es thermoplastisch
ist, bei. erhöhten Temperaturen flüssig wird ohne anzukohlen.
In Fig. 3 ist ein zweites Beispiel eines Verfahrens zum Ausrichten der Leuchtstoffpartikeln innerhalb
des Dielektrikums erläutert. Nach diesem Verfahren wird die Zelle zuerst hergestellt und dann entweder
auf das Heizelement gesetzt, wie in der Figur gezeigt, oder in einen Ofen eingebracht, unter gleichzeitiger
Anlage eines Feldes an die Zellenelektroden zum Gruppieren und Ausrichten der Leuchtstoffpartikeln.
Bei dieser Ausführungsform dienen die Abstandselemente 2ja zur Begrenzung des dielektrischen
Stoffes in der Zelle, solange dieser Stoff in flüssigem Zustand ist; außerdem dienen sie zur Einhaltung des
geeigneten Abstandes zwischen den Zellenelektroden. Auch bei dieser Ausführungsart können die Dielektrika
entsprechend obigem Beispiel variiert werden, ebenso die Heiztemperatur und das angelegte elektrische
Feld.
In Fig. 4 ist die Suspension des Leuchtstoffs im Dielektrikum vor dem Ausrichten der Leuchtstoffpartikeln
wiedergegeben; wie ersichtlich, sind die Leuchtstoffpartikeln über das Dielektrikum willkürlich
verteilt. Nach dem Einwirken des elektrischen Feldes auf die Leuchtstoffpartikeln und nach Verfestigung
des Dielektrikums sind die 'Partikeln in geradlinigen Gruppen zusammengefaßt und so ausgerichtet,
daß sie sich im wesentlichen von der einen Elektrode zu der hoch dielektrischen, beständigen
Schicht erstrecken, wie in Fig. 5 erkennbar.
Wenn die letzterwähnte Schicht 18 in Wegfall kommt, dann verlaufen die ausgerichteten Gruppen
von Leuchtstoffpartikeln von der einen Elektrode 14 zu der anderen Elektrode 20, wie Fig. 6 zeigt. Hervorzuheben
ist, daß die Ausrichtung des Leuchtstoffes in dem flüssigen Dielektrikum unter dem Einfluß des
angelegten Feldes in erster Linie ein dielektrisches Phänomen ist.
Wenn ein elektrisches Feld mit einer Stärke von 4 · io4 Volt/cm an eine Leuchtstoffdielektrikumschicht
einer Stärke von 0,2 mm in einer Zelle der in Fig. 1 ganz allgemein gezeigten Art, bei welcher die Leuchtstoffpartikeln
willkürlich über das Dielektrikum verteilt sind, angelegt wird, kann eine Helligkeit von
30 Einheiten beobachtet werden. Werden die Leuchtstoffpartikeln in dem dielektrischen Stoff nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren ausgerichtet und orientiert, dann ergibt sich bei Anlegen des gleichen Feldes ■
von 4 · 10* Volt/cm zwischen den Elektroden an dem
ausgerichteten Leuchtstoff und dem Dielektrikum eine Helligkeit von 90 Einheiten. Die Helligkeit hat
sich somit lediglich durch Gruppierung der Leuchtstoffpartikeln und Ausrichten dieser Gruppen in bezug
auf die Zellenelektroden unter sonst gleichbleibenden Bedingungen verdreifacht.
Für die Zunahme der Helligkeit sind zwei Erklärungen möglich, obwohl keine Gewißheit besteht,
ob eine dieser beiden angenommenen Möglichkeiten die Frage ganz oder teilweise beantwortet. Durch die
Gruppierung und Ausrichtung des Leuchtstoffs passiert der Feldfluß von einer Elektrode zur anderen über
Teile der Zelle lediglich durch dielektrisches Material
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W 11541 VIIIc I'21 f
und :über andere Teile der Zelle lediglich über die ausgerichteten Leuchtstoffgruppen. So läßt beispielsweise
Fig. 5 erkennen, daß das Feld zwischen den Leuchtstoffgruppen nur Dielektrikumsmaterial
passiert. Da indessen an dem Dielektrikum wenig Leistung verloren wird, so tritt eine spürbare Minderung
des Wirkungsgrades der Zelle nicht ein. Bei den Zellen früherer Herstellungsart, in welchen der Leuchtstoff
willkürlich über das Dielektrikum verteilt ist,
ίο geht der Feldfluß abwechselnd durch Leuchtstoff Und
durch dielektrisches Material, wobei ein großer Teil des angelegten Feldes innerhalb des dielektrischen
Materials und nicht innerhalb der lichterzeugenden Leuchtstoffpartikeln verbraucht wird. Wenn aber
die Partikeln ausgerichtet sind, wird der bei abwechselndem Durchgang des Feldes durch Leuchtstoff
und dielektrischen Stoff auftretende Feldverbrauch vermieden, und das angelegte Feld wird wirksamer
ausgenutzt, was eine Erhöhung der Helligkeit oder Leuchtstärke bedeutet.
Die zweite Erklärung geht dahin, daß infolge des Ausrichtens der Partikeln zu geradlinigen Gruppen
mehr Leuchtstoffpartikeln miteinander in Kontakt treten als bei willkürlicher, ungleichmäßiger Veras
teilung der Leuchtstoffpartikeln über das Dielektrikum. Es ist eine Tatsache, daß, wenn Leuchtstoffpartikeln
einander berühren, eine innere Oberflächenschranke aufgerichtet wird und daß diese Schranken
die Leuchtstärke vergrößern. Mit der Zahl dieser Schranken nimmt die Leuchtstärke zu. Welche der
beiden Erklärungen auch die richtige sei, wesentlich ist das Ergebnis der Steigerung der Helligkeit oder
Leuchtstärke der Zellen lediglich durch Zusammenfassen der Leuchtstoffpartikeln in Gruppen und Ausrichten
dieser Gruppen in bezug auf die Zellenelektroden.
Erwähnt werden muß, daß die Verfahren zum Ausrichten des Leuchtstoffes in dem Dielektrikum
variierbar sind. So kann, unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel 2 eine Wasseremulsion eines PoIymethakrylesters
mit Leuchtstoff gemischt werden. Dieses Gemisch verfestigt bei Raumtemperaturen.
Auch gibt es z. B. ein Äthoxylinharz (Beispiel 5), das bei Raumtemperaturen in ungefähr 30 Minuten
mit einem Diäthylentriaminkatalysator polymerisiert. Dies umgeht die Notwendigkeit einer gesonderten
technischen Erwärmung. Andere, bei Raumtemperatur verfestigende Stoffe können ebenfalls An-,
wendung finden.
Claims (6)
- Patentansprüche;i. Elektrische Leuchtstoff zelle mit zwei im wesentlichen parallelen Elektroden, von denen mindestens eine - lichtdurchlässig ist, und einem dazwischenliegenden, bei normalen Raumtemperaturen festen dielektrischen Einbettungsmaterial, das die elektrolumineszierenden Leuchtstoffpartikeln einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikeln im Dielektrikum kettenartig auf eine Vielzahl von im wesentlichen geradlinigen Partikelgruppen verteilt sind und jede dieser Gruppen so ausgerichtet ist, daß sie im wesentlichen senkrecht zu den Elektroden verläuft.
- 2. Elektrische Leuchtstoff zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Einbettungsmaterial ein polymerisiertes Kunstharz ist.
- 3. Elektrische Leuchtstoff zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material ein solches ist, das bei erhöhten Temperaturen flüssig wird.
- 4. Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffzellen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß elektrolumineszierende Leuchtstoffpartikeln in einem flüssigen, dielektrischen Stoff verteilt werden, daß diese Suspension in eine Form mit zwei im wesentlichen parallelen Außenflächen gegossen wird, daß hierauf an diese die Leuchtstoffpartikeln enthaltende flüssige Suspension ein elektrisches Feld angelegt wird zu dem Zweck, die Leuchtstoffpartikeln in eine Vielzahl geradliniger und zu den erwähnten parallelen Oberflächen im wesentlichen senkrechter Gruppen auszurichten und daß schließlich das Dielektrikum unter Erhaltung des die Partikeln gruppierenden und ausrichtenden Feldes erhärtet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leuchtstoffpartikeln in einem bei Raumtemperatur festen Dielektrikumsmaterial verteilt, dieses hierauf durch Erwärmung flüssig macht und anschließend durch Kühlung bei Aufrechterhaltung des die Partikeln gruppierenden und ausrichtenden elektrischen Feldes wieder verfestigt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikeln in einem flüssigen,, polymerisierbaren dielektrischen Material verteilt werden und daß dieses unter Aufrechterhaltung des die Partikeln gruppierenden und ausrichtenden elektrischen Feldes bis zur Verfestigung polymerisiert wird.In Betracht gezogene Druckschriften:
Journal of the Optical Society of America, Bd. 42, ,1952, S. 850 bis 854;französische Patentschriften Nr. 1 022 220,ι 070 598, ι 075 643.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 609 6Ϊ0/341 10. 56
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