RU2025910C1

RU2025910C1 - Backing for electroluminescent radiator

Info

Publication number: RU2025910C1
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Буряк; Григорий Федорович Гордиенко; Вадим Александрович Гостимский; Александр Михайлович Павлов
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Букон" Производственного объединения "Катион"
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: dielectric backing for electroluminescent radiator composed of basic ceramic layer, lower electrode and insulating current-limiting layer as additionally ceramic films placed on both side of basic ceramic layer of backing. Ceramic layer or opposite side of backing has double thickness and composition of ceramic films and of current-limiting layer is the same. EFFECT: expanded application field. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электролюминисцентным индикаторам и может быть использовано при создании систем визуального отображения информации. The invention relates to electroluminescent indicators and can be used to create systems for the visual display of information.

Данное техническое решение направлено на решение такой важной задачи, как создание простого, надежного и технологичного в изготовлении электролюминесцентного излучателя для систем отображения информации. This technical solution is aimed at solving such an important task as the creation of a simple, reliable and technologically advanced electroluminescent emitter for information display systems.

Известен пленочный электролюминесцентный элемент, содержащий прозрачную диэлектрическую подложку, на которой последовательно расположены первый прозрачный проводящий слой, первый прозрачный диэлектрический слой, электролюминесцентный слой, второй диэлектрический и второй проводящий слои. Диэлектрические слои представляют собой пленки с переменным составом: двуокись кремния - оксинитрид кремния и формируются таким образом, чтобы их поверхности, прилегающие к электролюминесцентному слою, содержали малое количество кислорода [1]. A film electroluminescent element is known comprising a transparent dielectric substrate on which a first transparent conductive layer, a first transparent dielectric layer, an electroluminescent layer, a second dielectric and second conductive layers are arranged in series. Dielectric layers are films with a variable composition: silicon dioxide - silicon oxynitride and are formed so that their surfaces adjacent to the electroluminescent layer contain a small amount of oxygen [1].

Недостатком изобретения является низкая надежность и сложность его изготовления. Использование диэлектрических слоев с малой величиной диэлектрической проницаемости (

= 6-7) требует высоких рабочих напряжений, прикладываемых к структуре для компенсации падения напряжения на емкости диэлектрических слоев. В результате возрастает вероятность электрического пробоя индикатора и снижается его надежность. Изготовление диэлектрических слоев с переменным составом приводит к усложнению технологии изготовления индикаторов с малым разбросом заданных характеристик.The disadvantage of the invention is the low reliability and complexity of its manufacture. The use of dielectric layers with a small dielectric constant (

= 6-7) requires high operating voltages applied to the structure to compensate for the voltage drop across the capacitance of the dielectric layers. As a result, the probability of electric breakdown of the indicator increases and its reliability decreases. The manufacture of dielectric layers with a variable composition complicates the manufacturing technology of indicators with a small spread of specified characteristics.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электролюминесцентный излучатель, содержащий керамическую подложку, в которой расположен первый проводящий слой. На керамическую подложку нанесены электролюминесцентный слой. На керамическую подложку нанесены электролюминесцентный слой, прозрачный диэлектрический слой и второй прозрачный токопроводящий слой. Керамическая подложка является многослойной, внутри которой расположен проводящий слой электродов, отделенный от электроминесцентного слоя керамическим изолирующим токоограничивающим слоем толщиной 40 мкм [2]. The closest in technical essence to the proposed invention is an electroluminescent emitter containing a ceramic substrate in which the first conductive layer is located. An electroluminescent layer is deposited on a ceramic substrate. An electroluminescent layer, a transparent dielectric layer, and a second transparent conductive layer are applied to the ceramic substrate. The ceramic substrate is multilayer, inside which there is a conductive layer of electrodes, separated from the electrominescent layer by a ceramic insulating current-limiting layer 40 μm thick [2].

Недостатком данного технического решения является сложность изготовления, которая вызвана тем, что формирование керамической подложки производится спеканием компонент при температуре 900-1000^оС под давлением более 100 кг/см².The disadvantage of this technical solution is the complexity of manufacturing, which is caused by the fact that the formation of the ceramic substrate is produced by sintering the component at a temperature of 900-1000 ^{° C} under a pressure of more than 100 kg / cm ^2.

Такое высокое давление применяется, чтобы избежать коробления керамической подложки. Применяемые технологические режимы требуют сложного оборудования, использование которого в свою очередь ограничивает размеры изготовляемых излучателей. Such high pressure is used to avoid warping of the ceramic substrate. Applied technological modes require sophisticated equipment, the use of which in turn limits the size of the manufactured emitters.

Целью изобретения является увеличение площади многослойных керамических подложек для электролюминисцентных излучателей. The aim of the invention is to increase the area of multilayer ceramic substrates for electroluminescent emitters.

Цель достигается тем, что подложка для электролюминесцентного излучателя (ЭЛИ), состоящая из последовательно расположенных основного керамического слоя, нижних электродов (токопроводящих дорожек) и изолирующего токоограничивающего слоя дополнительно содержит керамические пленки, которые расположены с обеих сторон основного керамического слоя подложки, причем керамическая пленка, расположенная на обратной стороне подложки, имеет удвоенную толщину. The goal is achieved in that the substrate for an electroluminescent emitter (ELI), consisting of a consecutively arranged main ceramic layer, lower electrodes (conductive paths) and an insulating current-limiting layer additionally contains ceramic films that are located on both sides of the main ceramic layer of the substrate, and the ceramic film located on the back of the substrate, has a double thickness.

При изготовлении ЭЛИ пакет из керамической подложки с пленками и нижними электродами спрессовывается и спекается, а затем на керамический слой, под которым расположена система токопроводящих дорожек, наносится электролюминесцентный слой и формируется система прозрачных токопроводящих дорожек или сплошной прозрачный токопроводящий слой. In the manufacture of ELI, a package of a ceramic substrate with films and lower electrodes is pressed and sintered, and then an electroluminescent layer is applied to the ceramic layer under which the system of conductive paths is located and a system of transparent conductive paths or a solid transparent conductive layer is formed.

Для создания токоограничивающего слоя используется пленка, получаемая шликерным литьем и содержащая порошок керамики со связкой и разбавителем с содержанием последних 15-25% от массы керамического порошка. Меньшее содержание связки и разбавителя приводит к уменьшению эластичности пленки и ее разрыву в процессе сборки подложки. Содержание связки и разбавителя более 25% также нежелательно из-за прилипания пленки к оснастке и, кроме того, чем больше связки с разбавителем в керамике, тем больше ее усадка после обжига, которая для керамики ВаТiO₃ при содержании связки с разбавителем 20% от массы керамики может составить 50% от объема неспеченной заготовки.To create a current-limiting layer, a film obtained by slip casting and containing ceramic powder with a binder and diluent with a content of the last 15-25% by weight of the ceramic powder is used. The lower content of the binder and diluent leads to a decrease in the elasticity of the film and its rupture during the assembly of the substrate. A binder and diluent content of more than 25% is also undesirable due to the film sticking to the tooling and, in addition, the larger the binder with the diluent in the ceramic, the greater its shrinkage after firing, which for BaTiO ₃ ceramics when the binder content with the diluent is 20% by weight ceramics can make up 50% of the volume of green workpiece.

Поэтому с целью уменьшения усадки и коробления подложки после обжига предлагаем уменьшить количество связки с разбавителем в сырой керамике основного слоя подложки до 2% от массы. В этом случае линейная усадка основного керамического слоя после спекания составит 8-10%. В виде того, что толщина основного керамического слоя в десятки раз больше, чем толщина токоограничивающего слоя (1 мм и 0,04 мм соответственно), в спрессованной и спеченной подложке усадка токоограничивающего слоя получается такой же, как усадка основного керамического слоя, но разность в коэффициентах усадки токоограничивающего слоя и основного керамического слоя приводит к возникновению в токоограничивающеом слое растягивающих напряжений и короблению подложки. Для предотвращения коробления подложки предлагается со стороны подложки, противоположной стороне с токоограничивающим слоем, напрессовать дополнительную пленку такого же состава и толщины, т.е. имеющую такую же усадку, как и тоокоограничивающий слой. Кроме того, нижние электроды, получаемые из платинопалладиевой пасты, должны наноситься не на внутреннюю поверхность токоограничивающего слоя, что приводит к продавливанию и разрыву его, и не на основной слой подложки, так как в неспеченном состоянии он не имеет достаточной механической прочности, а на дополнительную керамическую пленку, которая должна находиться между основным керамическим слоем и токоограничивающим слоем. Для предотвращения коробления подложки при спекании такую же пленку, но уже удвоенной толщины, размещаем на противоположной стороне основного керамического слоя. Таким образом, с каждой стороны основного керамического слоя находятся по две пленки одинакового состава и толщины, хотя со стороны подложки, противоположной стороне с нижними электродами, две пленки могут быть заменены одной пленкой, имеющей в двое большую толщину, чем токоограничивающий слой, но главное условие, чтобы были уравновешены сжимающие усилия, действующие на основной керамический слой с двух сторон. Therefore, in order to reduce shrinkage and warpage of the substrate after firing, we suggest reducing the amount of binder with diluent in the raw ceramic of the main layer of the substrate to 2% by weight. In this case, the linear shrinkage of the main ceramic layer after sintering will be 8-10%. In the form that the thickness of the main ceramic layer is tens of times greater than the thickness of the current-limiting layer (1 mm and 0.04 mm, respectively), in the pressed and sintered substrate, the shrinkage of the current-limiting layer is the same as the shrinkage of the main ceramic layer, but the difference in the shrinkage coefficients of the current-limiting layer and the main ceramic layer leads to the appearance of tensile stresses in the current-limiting layer and warping of the substrate. To prevent warping of the substrate, it is proposed that an additional film of the same composition and thickness be pressed on the side of the substrate opposite to the current-limiting layer, i.e. having the same shrinkage as the current-limiting layer. In addition, the lower electrodes obtained from platinum-palladium paste should not be applied to the inner surface of the current-limiting layer, which leads to its bursting and rupture, and not to the main substrate layer, since in the green state it does not have sufficient mechanical strength, but on additional a ceramic film that should be between the main ceramic layer and the current-limiting layer. To prevent warping of the substrate during sintering, the same film, but already double the thickness, is placed on the opposite side of the main ceramic layer. Thus, on each side of the main ceramic layer there are two films of the same composition and thickness, although on the side of the substrate opposite the side with the lower electrodes, two films can be replaced by one film having two more thickness than the current-limiting layer, but the main condition so that the compressive forces acting on the main ceramic layer on both sides are balanced.

Минимальная толщина керамической подложки ограничена требованием к ее механической прочности. The minimum thickness of the ceramic substrate is limited by the requirement for its mechanical strength.

Упрощение технологии изготовления в предлагаемой подложке для ЭЛИ связано с отсутствием высокотемпературных операций, проводимых при высоком давлении. Значительно упрощается оборудование и, соответственно, раздвигаются рамки, ограничивающие размеры излучателей. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое решение отличается от прототипа тем, что керамическая подложка для электролюминесцентного излучателя дополнительно содержит слой керамики того же состава и толщины, что и токоограничивающий слой и расположенный между основным слоем подложки и нижним электродом, а на обратной стороне подложки размещен слой керамики того же состава, но удвоенной толщины. The simplification of manufacturing technology in the proposed substrate for ELI is associated with the absence of high-temperature operations carried out at high pressure. The equipment is greatly simplified and, accordingly, the frames that limit the size of the emitters are moved apart. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed solution differs from the prototype in that the ceramic substrate for the electroluminescent emitter additionally contains a ceramic layer of the same composition and thickness as the current-limiting layer and located between the main layer of the substrate and the lower electrode, and is placed on the back of the substrate a layer of ceramic of the same composition, but twice the thickness.

Указанные признаки подложки для электролюминесцентного излучателя являются существенными отличиями заявляемого изобретения, поскольку аналогичные технические решения со сходными признаками и достигаемым эффектом не выявлены. These features of the substrate for the electroluminescent emitter are significant differences of the claimed invention, since similar technical solutions with similar features and the achieved effect have not been identified.

На фиг. 1 представлена структура подложки для электролюминесцентного излучателя. In FIG. 1 shows the substrate structure for an electroluminescent emitter.

Подложка для ЭЛИ содержит основной керамический слой 1, на котором с одной стороны расположена керамическая пленка 2, система нижних токопроводящих дорожек 3, изолирующий токоограничивающий слой 4, а на противоположной стороне основного керамического слоя расположена керамическая пленка 5 того же состава, что и токоограничивающий слой 4 на удвоенной толщине. The ELI substrate contains a main ceramic layer 1, on which ceramic film 2 is located on one side, a system of lower conductive paths 3, an insulating current-limiting layer 4, and on the opposite side of the main ceramic layer is a ceramic film 5 of the same composition as the current-limiting layer 4 at twice the thickness.

На фиг.2 представлена структура электролюминесцентного излучателя. Figure 2 presents the structure of the electroluminescent emitter.

Электролюминесцентный излучатель содержит керамическую подложку, на которую нанесены электролюминесцентный слой 6 и система прозрачных токопроводящих дорожек 7. The electroluminescent emitter contains a ceramic substrate on which an electroluminescent layer 6 and a system of transparent conductive paths 7 are applied.

ЭЛИ работает следующим образом. ELI works as follows.

Переменное напряжение питание подается на систему нижних токопроводящих дорожек или на одну дорожку 3 и соответствующие прозрачные токопроводящие дорожки 7 системы верхних электродов, в зависимости от отображаемого устройством символа. При этом электролюминесцентный слой 6 в областях, расположенных между подключенными токопроводящими дорожками 3 и соответствующими им проводящими дорожками 7, излучает поток света, который через прозрачные токопроводящие дорожки выходит из устройства наружу. Alternating voltage is supplied to the system of lower conductive tracks or to one track 3 and the corresponding transparent conductive tracks 7 of the upper electrode system, depending on the symbol displayed by the device. When this electroluminescent layer 6 in the areas located between the connected conductive paths 3 and the corresponding conductive paths 7, emits a stream of light, which through the transparent conductive paths leaves the device outside.

Данное техническое решение иллюстрируется следующим примером. This technical solution is illustrated by the following example.

П р и м е р. В качестве основного слоя 1 подложки в излучателе использована диэлектрическая керамика типа Т-4000. С одной стороны основного слоя подложки толщиной 1 мм расположены последовательно: керамическая пленка 2, толщиной 40 мкм из состава типа ВСI c диэлектрической проницаемостью Σ = 1,5 ˙10⁴; система токопроводящих дорожек 3, выполненная из платинопалладиевой пасты, токоограничивающий диэлектрический слой 4, также выполненный из пленки толщиной 40 мкм из диэлектрической керамики типа ВСI, электролюминесцентный слой 6 из сульфида цинка, легированного марганцем (Mn 0,8 мас.% ) толщиной 0,5 мкм, и система прозрачных токопроводящих дорожек 7, выполненная из оксида индия-олова толщиной 0,05 мкм. С другой стороны подложки расположен слой 5 керамики, выполненный из пленки диэлектрической керамики типа ВСI толщиной 40 мкм в два слоя.PRI me R. As the main layer 1 of the substrate in the emitter used dielectric ceramics type T-4000. On one side of the main layer of the substrate, 1 mm thick, they are arranged in series: ceramic film 2, 40 microns thick from a composition of the BCI type with dielectric constant Σ = 1.5 ˙ 10 ⁴ ; a system of conductive tracks 3 made of platinum-palladium paste, a current-limiting dielectric layer 4, also made of a film 40 μm thick of dielectric ceramic type BCI, an electroluminescent layer 6 of zinc sulfide doped with manganese (Mn 0.8 wt.%) 0.5 microns, and a system of transparent conductive tracks 7 made of indium tin oxide with a thickness of 0.05 microns. On the other side of the substrate is a ceramic layer 5 made of a 40-μm thick dielectric ceramic film of type BCI in two layers.

Исследование лабораторных образцов данного излучателя размерами 45х63 мм показало, что при питании его знакопеременным или синусоидальным напряжением 60-220 В частотой 1-1,5 кГц яркость свечения всех элементов растра при отображении информации составляет 500-600 кд/м², эта яркость изменяется не более чем на 15% за 1000 ч наработки.Research laboratory samples of the emitter size 45h63 mm showed that when feeding it to alternating or sinusoidal voltage in the 60-220 kHz frequency 1-1,5 brightness of a raster element when displayed information is 500-600 cd / m ^2, this does not change the brightness more than 15% per 1000 hours of operation.

Кроме того, по сравнению с прототипом изготовление предлагаемого излучателя обходится в 1,5 раза дешевле. In addition, compared with the prototype, the manufacture of the proposed emitter is 1.5 times cheaper.

Предлагаемая конструкция позволяет увеличить размеры подложек для электролюминесцентных излучателей за счет использования более простого технологического оборудования. The proposed design allows to increase the size of the substrates for electroluminescent emitters through the use of simpler technological equipment.

Claims

SUBSTANCE FOR ELECTROLUMINESCENT RADIATOR, consisting of a consecutively arranged main ceramic layer, lower electrodes and an insulating current-limiting layer, characterized in that, in order to increase the area of multilayer ceramic substrates for electroluminescent emitters, it additionally contains ceramic films located on both sides of the main ceramic layer, moreover, the ceramic film located on the reverse side of the substrate has a double thickness, and the composition of ceramic films ca and the current-limiting layer is the same.