RU2283902C2 - Electrophoretic method of forming coats - Google Patents

Electrophoretic method of forming coats Download PDF

Info

Publication number
RU2283902C2
RU2283902C2 RU2004121499/28A RU2004121499A RU2283902C2 RU 2283902 C2 RU2283902 C2 RU 2283902C2 RU 2004121499/28 A RU2004121499/28 A RU 2004121499/28A RU 2004121499 A RU2004121499 A RU 2004121499A RU 2283902 C2 RU2283902 C2 RU 2283902C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
deposition
gel
layer
gap
Prior art date
Application number
RU2004121499/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004121499A (en
Inventor
Иль Владимирович Шеин (RU)
Илья Владимирович Шеин
Original Assignee
Илья Владимирович Шеин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Илья Владимирович Шеин filed Critical Илья Владимирович Шеин
Priority to RU2004121499/28A priority Critical patent/RU2283902C2/en
Publication of RU2004121499A publication Critical patent/RU2004121499A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2283902C2 publication Critical patent/RU2283902C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electrochemistry, colloidal chemistry in particular, electrochemistry of dispersions and gels; electronic industry.
SUBSTANCE: proposed method may be also used for forming elements of topology of electronic components: luminescent layers on active and passive matrices, oxide layers, mixed oxide layers and ceramics, application and hardening of resins, binding agents, binders, dyes, polymer materials, protective and passivating layers, thin films, light filters on display glass, forming color displays, TV and display technique and screen units with matrix topology of elements. This method is used for low-voltage rapid precision electrophoretic technology of sedimentation of powder and/or organic materials on conducting surfaces, on matrices of large-sized conducting elements, in particular. Proposed method includes action of electric field on particles of viscous or gel-like medium filling the gap between electrodes of electrochemical cell containing deposited components carrying the electric charge and local heating of medium by lighting in area of forming of coat till its easily movable state. Voltage of electric field is selected from 5 V to 60 V; gap between electrodes is set from 5 V to 60 V and gap between electrodes of cell is set from 20 mcm to 3 mm; lighting is made from side of mask electrode.
EFFECT: facilitated procedure oflow-voltage rapid precision electrophoretic technology.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к коллоидной химии, электрохимии дисперсий и гелей, и может быть использовано в электронной промышленности для формирования элементов топологии электронных компонент: люминесцентных слоев на активных и пассивных матрицах, оксидных слоев, смешанных оксидных слоев и керамики, нанесения и отверждения смол, связующих компонентов, биндеров, красителей, полимерных материалов, защитных и пассивирующих слоев, тонких пленок, светофильтров на экранных стеклах дисплеев, в создании много- и полноцветных устройств индикации, телевизионной и дисплейной техники, а также экранных узлов к ним с матричной топологией элементов.The invention relates to the field of electrochemistry, in particular to colloid chemistry, electrochemistry of dispersions and gels, and can be used in the electronics industry to form topology elements of electronic components: luminescent layers on active and passive matrices, oxide layers, mixed oxide layers and ceramics, deposition and curing resins, binders, binders, dyes, polymeric materials, protective and passivating layers, thin films, light filters on display screens, in creating multi- full-color display devices, and television display technology as well as display units to them with the topology of the matrix elements.

Известен комбинированный способ формирования RGB-люминесцентных покрытий - на электродах стеклянной анодной платы дисплейного устройства, описанного в сборнике SMDL Annual '99 School of Electrical Engineering, Seoul National University в статье Seung Но Kwon /Screening of R.G.B. Phosphors by Electrophoretic Deposition for Full-Color Field Emission Display Application/. Способ заключается в предварительном нанесении люминофора электрофорезом и последующей защитой сформированного слоя фоторезистом.Known is a combined method of forming RGB-luminescent coatings - on the electrodes of the glass anode board of a display device described in the collection Seung No Kwon / Screening of R.G.B. in the collection SMDL Annual '99 School of Electrical Engineering, Seoul National University Phosphors by Electrophoretic Deposition for Full-Color Field Emission Display Application /. The method consists in the preliminary application of the phosphor by electrophoresis and subsequent protection of the formed layer by photoresist.

Недостатком данного способа является то, что применяется сложная схема формирования RGB-RGB...-последовательности чередования полосковых фрагментов анодных электродов и покрытия их люминофорами, комбинирующая катафоретические, фотолитографические методы, химическое травление и традиционные методы фотопечати, что ухудшает их качество и электрофизические свойства. Технология многоцикловая, в ней используются различные химические травители, фоторезисты, растворители, суспензии, используется фотошаблонная техника, каждая процедура является очень ответственной и дорогой.The disadvantage of this method is that a complex RGB-RGB formation scheme is used ... - a sequence of alternating strip fragments of anode electrodes and coating them with phosphors, combining cataphoretic, photolithographic methods, chemical etching and traditional photo printing methods, which degrades their quality and electrophysical properties. The technology is multi-cycle, it uses various chemical etchants, photoresists, solvents, suspensions, uses a photomask technique, each procedure is very responsible and expensive.

Известен способ осаждения люминофора на плоский дисплей с использованием электрофореза и фотолитографии (Патент США №6627060 от 30.09.2003 г.). Способ заключается в нанесении люминофора электрофорезом и последующем закреплении слоя освещением ультрафиолетовым светом. Данный способ предназначен для формирования люминесцентных слоев на экранных стеклах приборов с полевой эмиссией, покрытых прозрачным проводящим слоем. Метод позволяет отказаться от промежуточных высокотемпературных отжигов и повысить адгезионную прочность готовых слоев.A known method of deposition of a phosphor on a flat display using electrophoresis and photolithography (US Patent No. 6627060 from 09/30/2003). The method consists in applying the phosphor by electrophoresis and then securing the layer with ultraviolet light. This method is intended for the formation of luminescent layers on the screen glasses of field emission devices coated with a transparent conductive layer. The method allows you to abandon intermediate high-temperature annealing and increase the adhesive strength of the finished layers.

Недостатком данного способа является то, что данная технология узкоспециальная, предназначена только для нанесения неорганических люминофоров. Кроме того, особенностью способа является очень высокое напряжение осаждения до 600 В, поэтому технология не может быть использована для покрытия более сложных носителей и подложек, таких как микросхемы. Несмотря на то что авторы отмечают большую адгезионную прочность покрытий, полученных по заявленной авторами технологии, в технологии снижено число высокотемпературных отжигов. В конце всех циклов осаждения органику из слоя удаляют выжиганием, то есть весь рабочий объект нагревается до 425 градусов, в результате чего рабочий объект (покрываемое устройство) повреждается. Из-за высокого напряжения осаждения и необходимости высокотемпературного отжига сильно сужается применимость метода к таким объектам, как электронные компоненты, OLED матрицы, другие электронные компоненты с органическими элементами. Для закрепления/защиты сформированного слоя/элемента его подвергают экспозиции (освещению) ультрафиолетовым светом через фотошаблон или трафарет, что вызывает полимеризацию нанесенного биндера. Наличие полимерных связок в осажденном слое может быть вредным для многих электронных устройств.The disadvantage of this method is that this technology is highly specialized, intended only for the application of inorganic phosphors. In addition, a feature of the method is a very high deposition voltage of up to 600 V, so the technology cannot be used to cover more complex media and substrates, such as microcircuits. Despite the fact that the authors note the high adhesive strength of the coatings obtained according to the technology declared by the authors, the number of high-temperature anneals is reduced in the technology. At the end of all deposition cycles, the organics from the layer are removed by burning, that is, the entire working object is heated to 425 degrees, as a result of which the working object (covered device) is damaged. Due to the high deposition voltage and the need for high-temperature annealing, the applicability of the method to such objects as electronic components, OLED matrices, and other electronic components with organic elements is greatly reduced. To fix / protect the formed layer / element, it is exposed (illuminated) with ultraviolet light through a photomask or a stencil, which causes polymerization of the applied binder. The presence of polymer bonds in the deposited layer can be harmful to many electronic devices.

Наиболее близким является электрофоретический метод осаждения люминофора в термоциклируемом геле, включающий нанесение расплавленного геля на пластину, охлаждение пластины, освещение (нагревание) геля лазером в определенных точках. (Yohan Choi and Jan B.Talbot. "Electrophoretic deposition of phosphor in thermo-reversible gels" // The Fourth International Conference on the Science and Technology of Display Phosphors. September 14-17, 1998. - Bend, Oregon).The closest is the electrophoretic method of deposition of a phosphor in a thermocyclic gel, including applying a molten gel to a plate, cooling the plate, lighting (heating) the gel with a laser at certain points. (Yohan Choi and Jan B. Talbot. "Electrophoretic deposition of phosphor in thermo-reversible gels" // The Fourth International Conference on the Science and Technology of Display Phosphors. September 14-17, 1998. - Bend, Oregon).

Недостатком данного способа является использование высоких напряжений осаждения, до 500 В, что делает невозможным применение способа для покрытия микросхем и светодиодов, длительное время осаждения, а также использование для локального нагрева лазера, который требует технически сложного управления им.The disadvantage of this method is the use of high deposition voltages, up to 500 V, which makes it impossible to use the method for coating microcircuits and LEDs, a long deposition time, and the use of a laser for local heating, which requires technically sophisticated control.

Задачей заявляемого способа является создание простейшей низковольтной экспрессной прецизионной электрофоретической технологии осаждения порошковых и/или органических материалов на электропроводящие поверхности, в частности на матрицы проводящих элементов большого формата.The objective of the proposed method is to create the simplest low-voltage express precision electrophoretic technology for the deposition of powder and / or organic materials on electrically conductive surfaces, in particular on a matrix of conductive elements of large format.

Поставленная задача решается тем, что в электрофоретическом способе формирования покрытий на электропроводящей поверхности, включающем воздействие электрическим полем на вязкую или гелеобразную среду, содержащую осаждаемые компоненты, несущие электрический заряд, заполняющую зазор между электродами электрохимической ячейки, и нагрев среды электромагнитным излучением в области формирования покрытия до ее легкоподвижного состояния, согласно предлагаемому решению один из электродов выполнен масочным, напряжение на электрохимической ячейке при воздействии электрическим полем выбирают 5-60 В, расстояние между электродами ячейки от 20 мкм до 3 мм, при этом нагрев среды электромагнитным излучением осуществляют со стороны масочного электрода. Нагрев производят до температуры 25-60°С.The problem is solved in that in the electrophoretic method of forming coatings on an electrically conductive surface, including the action of an electric field on a viscous or gel-like medium containing deposited components carrying an electric charge, filling the gap between the electrodes of the electrochemical cell, and heating the medium with electromagnetic radiation in the coating formation region to of its mobile state, according to the proposed solution, one of the electrodes is masked, the voltage at the electrochemical th cell when exposed to an electric field is selected in 5-60, the distance between the electrodes of the cell of 20 microns to 3 mm, the heating medium is carried out with electromagnetic radiation by the mask electrode. Heating is carried out to a temperature of 25-60 ° C.

Масочный электрод представляет собой фотошаблон, имеющий прозрачный проводящий слой.The mask electrode is a photomask having a transparent conductive layer.

Зазор заполняется дисперсией или гелем, при комнатной температуре дисперсия или гель находятся в изоэлектрическом состоянии и теряют изоэлектрическое состояние при нагревании. Напряжение осаждения не превышает пробойных величин активных элементов матриц или микросхем. Обычно напряжение на ячейке выбирается в интервале 5-60 В. Но может быть и выше, если объект, на который производится осаждение (рабочий объект), не является микросхемой, например на простую матрицу проводящих элементов на стеклянной пластине может быть подано напряжение в сотни вольт.The gap is filled with a dispersion or gel, at room temperature the dispersion or gel is in the isoelectric state and lose the isoelectric state when heated. The deposition voltage does not exceed the breakdown values of the active elements of the matrices or microcircuits. Typically, the voltage on the cell is selected in the range of 5-60 V. But it can be higher if the object being deposited (working object) is not a microcircuit, for example, hundreds of volts can be applied to a simple matrix of conductive elements on a glass plate .

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 эскизно изображена блок-схема установки локального электрофоретического покрытия отдельного проводящего сегмента стеклянной или кремниевой платы из вязкой изоэлектрической дисперсии или геля;figure 1 schematically shows a block diagram of the installation of a local electrophoretic coating of a separate conductive segment of a glass or silicon board from a viscous isoelectric dispersion or gel;

на фиг.2 эскизно изображена схема трафаретной фотопечати;figure 2 schematically depicts a scheme of screen printing;

на фиг.3 эскизно изображен масочный электрод со сплошным проводящим слоем;figure 3 schematically shows a mask electrode with a continuous conductive layer;

на фиг.4 эскизно изображен масочный электрод двухуровневой топологии с гребенчатым проводящим слоем, полученным травлением сплошного проводящего слоя;figure 4 schematically shows a mask electrode of a two-level topology with a comb conductive layer obtained by etching a continuous conductive layer;

на фиг.5 эскизно изображен масочный электрод одноуровневой топологии с матричным или гребенчатым проводящим слоем.figure 5 schematically shows a mask electrode of a single-level topology with a matrix or comb conductive layer.

Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:

1 - стеклянная плата;1 - glass board;

2 - прозрачный проводящий слой (In2O3:Sn);2 - transparent conductive layer (In 2 O 3 : Sn);

3 - темный (непрозрачный) диэлектрический элемент или краска;3 - a dark (opaque) dielectric element or paint;

4 - вязкая дисперсия или гель;4 - viscous dispersion or gel;

5 - электроды рабочего объекта (проводящий сегмент);5 - electrodes of the working object (conductive segment);

6 - стеклянная или кремниевая плата (пластина) рабочего объекта;6 - glass or silicon board (plate) of the working object;

7 - блок питания;7 - power supply;

8 - спейсер.8 - spacer.

Один из электродов ячейки - масочный электрод состоит из стеклянной платы 1, прозрачного проводящего слоя 2 и темного элемента или краски 3. Электроды рабочего объекта 5, размещенные на пластине 6, представляют собой другой электрод электрофоретической ячейки.One of the electrodes of the cell - the mask electrode consists of a glass plate 1, a transparent conductive layer 2 and a dark element or paint 3. The electrodes of the working object 5, placed on the plate 6, are another electrode of the electrophoretic cell.

Заявляемый способ заключается в следующем.The inventive method is as follows.

Основой заявляемого способа является процесс электрофореза (в частном случае - катафореза), а ключевой операцией, через которую производится управление осаждением, является локальный нагрев (расплавление геля) изоэлектрической дисперсии или ее активация в капиллярном межэлектродном зазоре электрохимической ячейки.The basis of the proposed method is the process of electrophoresis (in the particular case of cataphoresis), and the key operation through which deposition is controlled is local heating (gel melting) of the isoelectric dispersion or its activation in the capillary interelectrode gap of the electrochemical cell.

Дисперсия или гель 4 локально подвергается нагреву в соответствии с топологией электродов 5 субстрата (рабочего объекта). При этом дисперсионная среда (или гель) нагревается до температуры из интервала 25-60°С и выше и становится легко подвижной (при этом гель расплавляется). Рабочий объект может иметь как простую (сплошную) проводящую поверхность, так и крупносегментную и тонкую (пиксельную) дисплейную топологию проводящих элементов, подлежащих покрытию порошковым слоем. Пластина 1 выполнена прозрачной, имеет прозрачное проводящее покрытие 2, со стороны которого имеет темную диэлектрическую маску 3 с прозрачными для света (ЭМИ) участками, выполненными в соответствии с топологией покрываемых элементов рабочего объекта.The dispersion or gel 4 is locally heated in accordance with the topology of the electrodes 5 of the substrate (work object). In this case, the dispersion medium (or gel) is heated to a temperature in the range of 25-60 ° C and higher and becomes easily mobile (the gel melts). A work object can have both a simple (solid) conductive surface, and a large-segment and thin (pixel) display topology of conductive elements to be coated with a powder layer. The plate 1 is made transparent, has a transparent conductive coating 2, on the side of which has a dark dielectric mask 3 with areas transparent to light (EMP), made in accordance with the topology of the coated elements of the working object.

Активация (локальный нагрев) участков тонкого слоя дисперсии, заключенной между масочным электродом и рабочим объектом, осуществляется экспозицией электрохимической ячейки под осветителем, при этом порядок операций осаждения манипулятивно соответствует процессу фотопечати. Кроме того, если проводящие элементы рабочего объекта, подлежащие покрытию, и сам рабочий объект прозрачны (например, анодная плата дисплея полевой эмиссии - FED), то экспозиция ячейки (кратковременное освещение) может проводиться со стороны рабочего объекта, а первая пластина или электрод может быть и не прозрачной для света.Activation (local heating) of sections of a thin dispersion layer enclosed between the mask electrode and the working object is carried out by exposing the electrochemical cell under the illuminator, while the order of the deposition operations is manipulatively consistent with the photo printing process. In addition, if the conductive elements of the work object to be coated and the work object itself are transparent (for example, the anode board of the field emission display - FED), then the cell exposure (short-term illumination) can be carried out from the side of the work object, and the first plate or electrode can be and not transparent to light.

Процесс осаждения люминофора в электрохимической ячейке с капиллярным зазором можно контролировать за счет четырех основных параметров процесса - напряжения на ячейке, величины зазора между электродами (объема ячейки) и концентрации дисперсной фазы в дисперсии и температуры (условий экспозиции под осветителем).The process of deposition of a phosphor in an electrochemical cell with a capillary gap can be controlled by four main process parameters - the voltage on the cell, the gap between the electrodes (cell volume) and the concentration of the dispersed phase in the dispersion and temperature (exposure conditions under the illuminator).

Есть еще один параметр, влияющий на процесс - это время осаждения. Данный метод позволяет устранить зависимость толщины получаемого слоя от времени осаждения. Однако его следует выдерживать единообразно во избежание окисления при анодном осаждении или перевосстановления электродов при катодном осаждении соответственно кислородом и водородом, которые образуются при электролизе дисперсионной среды.There is another parameter that affects the process - this is the deposition time. This method eliminates the dependence of the thickness of the obtained layer on the deposition time. However, it should be maintained uniformly in order to avoid oxidation during anodic deposition or re-reduction of electrodes during cathodic deposition, respectively, by oxygen and hydrogen, which are formed during the electrolysis of a dispersion medium.

Важной особенностью заявляемого способа осаждения является то, что при малых концентрациях суспензиии и малых величинах зазора время и полидисперсность осаждаемых порошков, как параметры осаждения, определяющие толщину осажденного слоя в технологии электрофоретического осаждения из ванны, перестают играть принципиальную роль, так как люминофор (порошок) полностью высаживается из объема, что делает процесс управляемым и воспроизводимым. Время полного высаживания люминофора не превышает нескольких секунд, после чего ток электролиза падает почти до нуля, и процесс прекращается.An important feature of the proposed method of deposition is that at low concentrations of the suspension and small values of the gap, the time and polydispersity of the deposited powders, as the deposition parameters that determine the thickness of the deposited layer in the technology of electrophoretic deposition from the bath, cease to play a fundamental role, since the phosphor (powder) is completely landed from the volume, which makes the process manageable and reproducible. The time for complete planting of the phosphor does not exceed several seconds, after which the electrolysis current drops to almost zero, and the process stops.

В зависимости от вязкости и компонентного состава дисперсий, температуры и величины прогреваемого микрообъема напряжение на ячейке может варьироваться от 5 В до 60 В и выше, если позволяет рабочий объект, высота ячейки от 20 мкм до 3 мм, концентрация дисперсной фазы до 6 г на 100 мл вязкой суспензии или более для гелей и устойчивых дисперсий, концентрацию соли (солей) зарядчика в катафоретических рецептах целесообразно подбирать экспериментально, дальнейшее сужение капиллярного зазора возможно, но нецелесообразно, так как осложнится процедура нанесения геля или суспензии (дисперсии), и содержание осаждаемого компонента (порошкового, органического, полимерного) в микрообъеме станет очень маленьким, а содержание компонента не всегда можно увеличить повышением концентрации этого компонента в дисперсии, всегда существует рецептурный или технологический оптимум, при отклонении от него качество снижается.Depending on the viscosity and component composition of the dispersions, temperature and the magnitude of the heated microvolume, the voltage on the cell can vary from 5 V to 60 V and higher, if the working object allows, the cell height is from 20 μm to 3 mm, the concentration of the dispersed phase is up to 6 g per 100 ml of viscous suspension or more for gels and stable dispersions, the concentration of salt (salts) of the charger in cataphoretic recipes is advisable to select experimentally, further narrowing of the capillary gap is possible, but impractical, as the procedure will be complicated deposition of a gel or suspension (dispersion), and the content of the deposited component (powder, organic, polymer) in the microvolume will become very small, and the content of the component cannot always be increased by increasing the concentration of this component in the dispersion, there is always a prescription or technological optimum, when deviating from it quality is declining.

Кроме того, в двуслойной топологии масочного электрода темные элементы маски могут и не быть диэлектриком, тогда проводящие прозрачные элементы должны быть электрически отделены от темных элементов маски (фиг.4), проводящие элементы могут иметь самостоятельные выводы и не объединяться в один электрод. В зависимости от способа изготовления масочного электрода топология прозрачных и темных элементов может быть как одного уровня (фиг.5), так и двух уровней (фиг.3, 4). Например, темный элемент имеет в качестве первого уровня оксид индия, легированный оловом (ITO), а второго - черную краску или темный диэлектрик.In addition, in the two-layer topology of the mask electrode, the dark elements of the mask may not be a dielectric, then the conductive transparent elements must be electrically separated from the dark elements of the mask (Fig. 4), the conductive elements may have independent conclusions and not be combined into one electrode. Depending on the method of manufacturing a mask electrode, the topology of transparent and dark elements can be either one level (Fig. 5) or two levels (Figs. 3, 4). For example, the dark element has tin doped indium oxide (ITO) as the first level, and black paint or a dark dielectric as the second level.

В частных случаях, когда топология рабочего объекта проста, маска может быть рамочной или отсутствовать вовсе, тогда в процедуре осаждения отсутствует самая ответственная, сложная и длительная операция совмещения пластин ячейки, точность осаждения при этом будет очень высокой.In special cases, when the topology of the working object is simple, the mask may be frameless or absent altogether, then the most responsible, complex and lengthy operation of combining the cell plates is absent in the deposition procedure, and the deposition accuracy will be very high.

В заявляемой технологии формирования порошковых покрытий для локального нагрева изоэлектрических дисперсий в капиллярном зазоре электрохимической ячейки может применяться и лазер, как в прототипе. Но это не принципиально. Основными отличительными признаками технологии является малый (капиллярный) зазор между электродами ячейки, один из которых имеет черную световую маску, которую разумно делать диэлектрической, а участки электрода, не покрытые темным диэлектрическим слоем, прозрачны для ЭМИ, со стороны этого масочного электрода осуществляется экспозиция ячейки под осветителем, см. фиг. 3.In the claimed technology for the formation of powder coatings for local heating of isoelectric dispersions in the capillary gap of the electrochemical cell, a laser can be used, as in the prototype. But this is not important. The main distinguishing features of the technology is a small (capillary) gap between the electrodes of the cell, one of which has a black light mask, which is reasonable to make the dielectric, and the parts of the electrode that are not covered with a dark dielectric layer are transparent for EMR, from this mask electrode the cell is exposed under illuminator, see FIG. 3.

На фиг. 1 изображена тонкая (капиллярная) электрофоретическая ячейка в собранном состоянии, готовая к работе, и схема ее включения, масочный электрод с двусторонней черной маской и сплошным прозрачным проводящим слоем находится снизу, верхняя пластина в капиллярной ячейке является рабочим объектом, проводящий сегмент платы может быть как прозрачным, как и непрозрачным (например, алюминиевым), волнистыми линиями со стрелкой изображен свет.In FIG. 1 shows a thin (capillary) electrophoretic cell in the assembled state, ready for operation, and its switching circuit, a mask electrode with a two-sided black mask and a continuous transparent conductive layer is located below, the upper plate in the capillary cell is a working object, the conductive segment of the board can be like transparent, as well as opaque (for example, aluminum), wavy lines with an arrow depict light.

Процесс осаждения по заявленному способу осуществляется следующим образом. Свет проникает в ячейку через прозрачный участок масочного электрода и нагревает вязкую изоэлектрическую дисперсию. Гелеобразная (вязкая) дисперсионная среда плавится, среда становится легко подвижной, величина плотного сорбционно-сольватного слоя вокруг коллоидной частицы, увлекаемого частицей с собой: d-слоя уменьшается, и локальный прогретый участок дисперсии подвергается электрофорезу, в случае электрофореза геля, не содержащего дисперсной фазы, у органических электроактивных компонент появляется возможность двигаться через полимер-содержащую среду, частицы или осаждаемые органические компоненты движутся к ближайшему электроду рабочего объекта, концентрируются в приэлектродном пространстве, далее на электроде происходит стесненная коагуляция частиц дисперсной фазы или макромолекул, на электроде рабочего объекта формируется плотное электрофоретическое порошковое или пленочное покрытие.The deposition process according to the claimed method is as follows. Light enters the cell through the transparent portion of the mask electrode and heats the viscous isoelectric dispersion. The gel-like (viscous) dispersion medium melts, the medium becomes easily mobile, the size of the dense sorption-solvation layer around the colloidal particle carried by the particle with itself: the d-layer decreases, and the local heated portion of the dispersion undergoes electrophoresis, in the case of gel electrophoresis that does not contain the dispersed phase , organic electroactive components have the opportunity to move through a polymer-containing medium, particles or deposited organic components move to the nearest electrode of the working volume They concentrate in the near-electrode space, then constrained coagulation of dispersed phase particles or macromolecules occurs on the electrode, a dense electrophoretic powder or film coating is formed on the electrode of the working object.

Данная схема предусматривает протекание процесса осаждения снизу вверх под действием электрического поля и позволяет избежать осаждения частиц люминофора под действием силы тяжести, но рабочий объект можно расположить и снизу, у этого варианта есть свои преимущества.This scheme provides for the process of deposition from the bottom up under the influence of an electric field and avoids the deposition of phosphor particles under the influence of gravity, but the working object can also be located below, this option has its advantages.

Локальный объем дисперсии, подвергаемый электрофорезу, в целях получения элементов с высоким разрешением может быть значительно сужен использованием масочного электрода с матричным проводящим слоем. При использовании масочного электрода с матричным проводящим слоем линии ионного тока в прогретом объеме расходятся меньше, см. фиг. 4, 5.The local volume of the dispersion subjected to electrophoresis, in order to obtain elements with high resolution, can be significantly narrowed by using a mask electrode with a matrix conductive layer. When using a mask electrode with a matrix conductive layer, the ion current lines in the heated volume diverge less, see FIG. 4, 5.

При этом топология сформированных покрытий, их число, толщина, компонентный состав и т.д. определяются рецептурой электрофореза и их функциональным назначением в изделии, что никак не ограничивается методом.Moreover, the topology of the formed coatings, their number, thickness, component composition, etc. determined by the electrophoresis formulation and their functional purpose in the product, which is not limited to the method.

Технология (способ) нанесения последовательно чередующихся R, G, В - люминесцентных покрытий на существующие активные матрицы (AM).Technology (method) of applying successively alternating R, G, B - luminescent coatings onto existing active matrices (AM).

Для экспозиции масочного электрода был применен простой (сплошной) осветитель, как это делают в фотопечати, зазор между пластинами, как и в методе трафаретной фотопечати, - тонкий (порядка ста микрон), что обеспечивает ширину светового пучка порядка 50-70 мкм, но прогреваемый светом объем суспензии или геля значительно шире.For the exposure of the mask electrode, a simple (solid) illuminator was used, as is done in photo printing, the gap between the plates, as in the method of screen printing, was thin (of the order of one hundred microns), which ensures a beam width of about 50-70 microns, but warmed up light volume of the suspension or gel is much wider.

Чтобы сузить световой пучок, была применена стандартная двусторонняя топология темных элементов маски. Внешне масочные электроды ничем не отличаются от трафаретов для стандартной фотопечати. Однако они отличаются проводящим субстратом, который частично изолирован темными элементами маски, выполненными из диэлектрического материала или покрытыми диэлектрической пленкой, темные элементы и пленка выполняются с просветами (то есть пленка местами отсутствует), выполненными в соответствии с топологией электродов AM. Сторона масочного электрода, покрытая проводящим субстратом, прозрачным для света (в общем случае ЭМИ) и/или ИК-излучения контактирует с вязкой дисперсией или гелем.To narrow the light beam, a standard two-sided topology of dark mask elements was applied. Externally, mask electrodes are no different from stencils for standard photo printing. However, they are distinguished by a conductive substrate, which is partially insulated by dark mask elements made of dielectric material or coated with a dielectric film, the dark elements and the film are made with gaps (that is, the film is sometimes missing), made in accordance with the topology of the AM electrodes. The side of the mask electrode coated with a conductive substrate that is transparent to light (generally EMR) and / or IR radiation is in contact with a viscous dispersion or gel.

Ценным свойством этой технологии является низкое напряжение осаждения ~20-25 В вместо 500 В. Это, а также малое количество суспензии, необходимое для осаждения, отсутствие необходимости утилизировать литры загрязненных суспензий и килограммы токсичных осадков, содержащих кадмий, иттрий, индий и другие тяжелые металлы в виде токсичных солей и оксидов, технологичность разлива геля/густой дисперсии делает технологию тонкого геля уникальной для осаждения последовательно чередующихся R, G, B-покрытий широкоформатных низковольтных активных матриц.A valuable property of this technology is the low deposition voltage of ~ 20-25 V instead of 500 V. This, as well as the small amount of suspension required for deposition, the absence of the need to dispose of liters of contaminated suspensions and kilograms of toxic sediments containing cadmium, yttrium, indium and other heavy metals in the form of toxic salts and oxides, the processability of the gel / thick dispersion spill makes the thin gel technology unique for the deposition of sequentially alternating R, G, B coatings of widescreen low-voltage active matrices c.

Последовательность процедур при осаждении следующая. Дисперсия или гель нагревается (расплавляется) и разливается по активной матрице (рабочему объекту), на чертежах соответствует позиции 6 или масочному электроду 8. Матрица охлаждается, на ней образуется вязкий или гелеобразный слой 4. На рабочий объект (6) накладывается и с необходимой точностью совмещается масочный электрод. Подают напряжение на ячейку.The sequence of procedures during deposition is as follows. The dispersion or gel is heated (melted) and poured over the active matrix (working object), in the drawings it corresponds to position 6 or the mask electrode 8. The matrix is cooled, a viscous or gel-like layer is formed on it 4. The working object (6) is superimposed and with the necessary accuracy The mask electrode is combined. They apply voltage to the cell.

Электрическое включение матрицы в катафоретическом методе производится через кремниевую подложку, при таком включении на все пиксельные элементы 5 матрицы подается отрицательное напряжение, при осаждении в прогретой термостатом ячейке все элементы покрылись бы одним порошком/составом. Для управления процессом катафореза требуется избирательный, локальный нагрев геля или дисперсии в капиллярном межэлектродном зазоре.The matrix is electrically switched on in the cataphoretic method through a silicon substrate, with this inclusion negative voltage is applied to all the pixel elements of the matrix 5, when deposited in a thermostat-heated cell, all the elements would be coated with one powder / composition. To control the cataphoresis process, selective, local heating of the gel or dispersion in the capillary interelectrode gap is required.

Ячейку подвергают освещению со стороны масочного электрода. В тех местах, где слой 4 прогревается светом (изображен волнистыми линиями со стрелкой), порошковые частицы, заряженные и электроактивные компоненты дисперсионной среды или геля движутся к электроду с противоположной полярностью. В тех местах, где гель или дисперсия не подверглись воздействию света (нагреву и расплавлению), осаждения порошка или компонентов геля из слоя 4 не происходит, хотя все элементы 5 электрически включены одинаково. После осаждения ячейка прогревается, незакрепленная дисперсия или гель легко удаляется. Цикл завершен. Он может быть повторен с другой дисперсией или гелем. Так может быть изготовлена цветная матрица.The cell is exposed to illumination from the mask electrode. In those places where layer 4 is heated by light (shown by wavy lines with an arrow), powder particles, charged and electroactive components of the dispersion medium or gel move to the electrode with opposite polarity. In those places where the gel or dispersion was not exposed to light (heating and melting), the deposition of the powder or gel components from the layer 4 does not occur, although all elements 5 are electrically connected in the same way. After deposition, the cell warms up, the loose dispersion or gel is easily removed. The cycle is completed. It can be repeated with another dispersion or gel. So a color matrix can be made.

Для того чтобы пояснить различия электрофоретических технологий осаждения органических компонентов из гелей, осаждения порошковых слоев из вязких дисперсий, из дисперсий, дисперсионной средой которых является гель или полимерсодержащий раствор, следует более подробно описать физику электрофореза и рецептуры.In order to explain the differences in electrophoretic technologies of the deposition of organic components from gels, the deposition of powder layers from viscous dispersions, from dispersions whose dispersion medium is a gel or polymer-containing solution, the physics of electrophoresis and formulation should be described in more detail.

Для того чтобы коллоидная частица (макромолекула, олигомерный или мономерный фрагмент, молекула органического красителя) стала мигрировать в растворе при наложении на него электрического поля, она должна иметь электрический заряд. Сами по себе частицы люминофора или молекулы электрически нейтральны. Известно, что в среде на основе изопропилового спирта поверхность люминофоров и пассивирующие пленки диссоциируют, и частицы приобретают значительный отрицательный потенциал. Диссоциировать, протонироваться и иным путем приобретать электрический заряд могут и некоторые органические соединения, например кислоты, полиэлектролиты, органические комплексы, кетоны. Что при соответствующей рецептуре позволяет провести электрофоретическое, например анодное, осаждение этих соединений. Мигрирующие под действием электрического поля частицы или молекулы могут захватывать и увлекать с собой незаряженные молекулы и частицы. Так незаряженные (электронеактивные) компоненты могут войти в пленку электрофоретического покрытия.In order for a colloidal particle (macromolecule, oligomeric or monomeric fragment, organic dye molecule) to migrate in solution when an electric field is applied to it, it must have an electric charge. Phosphor particles or molecules themselves are electrically neutral. It is known that in a medium based on isopropyl alcohol, the surface of phosphors and passivating films dissociate, and the particles acquire a significant negative potential. Some organic compounds, for example, acids, polyelectrolytes, organic complexes, ketones, can dissociate, protonate, and otherwise acquire an electric charge. That with the appropriate formulation allows electrophoretic, for example anodic, deposition of these compounds. Particles or molecules that migrate under the influence of an electric field can capture and carry along uncharged molecules and particles. So uncharged (electron-active) components can enter the film of the electrophoretic coating.

Чтобы можно было осуществить процесс катафореза (частицы движутся к катоду - отрицательному электроду), необходимо наличие положительно заряженных частиц в среде, которые могли бы быть сорбированы. Поэтому в суспензию люминофора добавляют раствор соли-зарядчика.In order to carry out the process of cataphoresis (particles move to the cathode - the negative electrode), it is necessary to have positively charged particles in the medium that could be sorbed. Therefore, a solution of a salt-charger is added to the phosphor suspension.

Соли растворены в полярных жидкостях, таких как смешанные растворители: вода/2-пропанол/ДМФА (содержание воды - доли процента) и ионы, и всякая заряженная частица окружается молекулами этих полярных жидкостей.Salts are dissolved in polar liquids, such as mixed solvents: water / 2-propanol / DMF (water content - fractions of a percent) and ions, and any charged particle is surrounded by molecules of these polar liquids.

Гидротация частиц дисперсной фазы обеспечивает достаточное присутствие воды как реагента в приэлектродном пространстве и толще формирующегося покрытия. Вода, несмотря на низкий процент ее содержания, является важнейшим компонентом системы и, наряду с солями, - основным участником электрохимических реакций.The hydration of the particles of the dispersed phase provides a sufficient presence of water as a reagent in the electrode space and is thicker than the coating formed. Water, despite the low percentage of its content, is an essential component of the system and, along with salts, is the main participant in electrochemical reactions.

Адсорбция частицами люминофора катионов происходит вследствие действия сил избирательной сорбции, имеющих химическую природу. Катионы зарядчиков образуют труднорастворимые "соединения" на поверхности частиц дисперсной фазы до тех пор, пока действие нарастающих сил электростатического отталкивания катионов дисперсионной среды от заряженной поверхности частицы сделает невозможным дальнейшее приближение и присоединение новых катионов к поверхности. Сближение перед адсорбцией происходит против сил электростатического отталкивания за счет приобретенного катионом импульса в процессе перемешивания, взаимодействия с соседними заряженными частицами дисперсной фазы и броуновского движения.Adsorption by particles of the phosphor of cations occurs due to the action of selective sorption forces of a chemical nature. Charger cations form sparingly soluble “compounds” on the surface of the particles of the dispersed phase until the action of the growing forces of electrostatic repulsion of the cations of the dispersion medium from the charged surface of the particle makes it impossible to further approach and attach new cations to the surface. The approach before adsorption occurs against the forces of electrostatic repulsion due to the momentum acquired by the cation during mixing, interaction with neighboring charged particles of the dispersed phase and Brownian motion.

Предпочтительно поверхностью сорбируются те катионы, которые изоморфно достраивают поверхность кристалла и залечивают дефекты на ней. Вторым слоем от поверхности выстраиваются анионы. Возникает двойной ионный слой. В сфере анионов выделяют ассоциированный слой (связанный с поверхностью относительно прочно), слой плотной сольватации (слабо подверженный тепловому движению и сдвигу) и диффузный слой (или ионная атмосфера), экранированный от положительно заряженной поверхности плотными слоями анионов и относительно удаленный. Сольватные силы и стерические ограничения сближения удерживают лишь малую долю анионов на таких дистанциях, на которых действие электростатических сил притяжения анионов положительно заряженной поверхностью частиц значительно ослабляется. С повышением температуры доля анионов, испытывающих интенсивное тепловое движение, увеличивается. Именно диффузный слой, его подвижность определяют электрокинетические свойства дисперсной системы.Preferably, those cations are adsorbed by the surface which isomorphically complete the crystal surface and heal defects on it. The second layer of anions line up from the surface. A double ionic layer appears. In the sphere of anions, an associated layer (relatively firmly bound to the surface), a layer of dense solvation (weakly subject to thermal motion and shear) and a diffuse layer (or ionic atmosphere) are screened from the positively charged surface by dense layers of anions and are relatively distant. Solvate forces and steric convergence restrictions hold only a small fraction of anions at such distances at which the action of the electrostatic attractive forces of anions by the positively charged surface of the particles is significantly weakened. With increasing temperature, the fraction of anions experiencing intense thermal motion increases. It is the diffuse layer and its mobility that determine the electrokinetic properties of the dispersed system.

Подробнее о строении двойного электрического слоя, уравнения и т.д. см. в книге А.Адамсон. Физическая химия поверхностей, учебной и специальной литературе по физической химии и электрохимии.Read more about the structure of the double electric layer, equations, etc. see in the book of A. Adamson. Physical chemistry of surfaces, educational and specialized literature in physical chemistry and electrochemistry.

Но прежде чем обратится к следствиям уравнений и выводам, опишем модель границы коллоидной частицы с дисперсионной средой и само движение коллоидной частицы так, как мы его себе представляем.But before turning to the corollaries of the equations and conclusions, we describe the model of the boundary of a colloidal particle with a dispersion medium and the motion of the colloidal particle itself as we imagine it.

На практике в качестве раствора зарядчика применяется смесь нитратов. Для того чтобы система пришла к динамическому сорбционному равновесию, необходимо какое-то время. По всей видимости, суспензии целесообразно готовить из нагретого спирта для уменьшения времени установления этого равновесия. Как будет показано ниже, выбор нитратов как солей-зарядчиков практиками не случаен. Нитрат-анион - это крупный одновалентный ион, нитраты - хорошо растворимые соли во многих растворителях. Нитрат-анион менее всего склонен при растворении соли образовывать ионные сольватнонеразделенные пары, т.е. нитраты относительно хорошо диссоциируют даже в чистом изопропиловом спирте (без добавок ДМФА). Для простоты мы будем считать, что слой плотной сольватации не подвергается сдвигу вовсе, но с температурой изменяется его толщина d. Опять же для простоты будем отсчитывать это расстояние от поверхности частицы, включив в d-слой и ассоциированный слой. Граница d-слоя - это граница скольжения, на которой дольше всего задерживаются молекулы растворителя, и анионы при движении частицы движутся какое-то время вместе с частицей. В более удаленных слоях от поверхности молекулы растворителя и анионы задерживаются все слабее и слабее. В самых верхних слоях, которые разумно рассматривать, происходит только вращение молекул растворителя и анионов, - они уже не увлекаются частицей ни на долю микрона. Эта точка, где прекращается гидродинамическое взаимодействие, не лежит на бесконечности: по определению, на этой же границе происходит полная компенсация избыточного заряда частицы противоионами. Отрицательный заряд анионы несут дискретно. В дисперсионной среде всегда можно выделить области, где концентрация противоинонов не является повышенной (понятно, что вблизи коллоидной частицы анионы концентрируются), на ближайшем к коллоидной частице анионе из такой области ζ-потенциал частицы в суспензии падает до нуля.In practice, a mixture of nitrates is used as a solution of a charger. In order for the system to come to a dynamic sorption equilibrium, some time is needed. Apparently, it is advisable to prepare suspensions from heated alcohol to reduce the time it takes to establish this equilibrium. As will be shown below, the practice of choosing nitrates as charging salts is not accidental. Nitrate anion is a large monovalent ion, nitrates are highly soluble salts in many solvents. The nitrate anion is less likely to form ionic solvate-separated pairs, i.e. nitrates dissociate relatively well even in pure isopropyl alcohol (without the addition of DMF). For simplicity, we assume that the layer of dense solvation does not undergo shear at all, but its thickness d changes with temperature. Again, for simplicity, we will count this distance from the particle surface by including in the d-layer and the associated layer. The boundary of the d-layer is the slip boundary at which the solvent molecules are retained for the longest time, and the anions move with the particle for some time during particle motion. In more distant layers from the surface, solvent molecules and anions are retained weaker and weaker. In the uppermost layers, which are reasonable to consider, only the rotation of the solvent molecules and anions occurs - they are no longer carried away by the particle for a fraction of a micron. This point, where the hydrodynamic interaction ceases, does not lie at infinity: by definition, at the same boundary, full compensation of the particle’s excess charge by counterions occurs. Negative charge anions are discrete. In a dispersion medium, it is always possible to distinguish regions where the concentration of counter-ions is not increased (it is clear that anions are concentrated near a colloidal particle), and the ζ potential of the particle in suspension drops to zero on the anion closest to the colloidal particle from this region.

ζ-потенциалом частицы называется разность потенциалов между обкладками своеобразного конденсатора, первая обкладка которого совпадает с границей скольжения, а вторая, диффузная, заканчивается на некотором расстоянии I (эль) от границы скольжения, где концентрация анионов в дисперсионной среде перестает быть повышенной. Именно этого определения мы будем придерживаться.The ζ-potential of a particle is the potential difference between the plates of a kind of capacitor, the first plate of which coincides with the slip boundary, and the second, diffuse, ends at a certain distance I (el) from the slip boundary, where the concentration of anions in the dispersion medium ceases to be increased. This is the definition we will adhere to.

Как же движется коллоидная частица в электрическом поле, ведь вся система электрически нейтральна?How does a colloidal particle move in an electric field, because the whole system is electrically neutral?

Относительная независимость движения частицы и ионов диффузной атмосферы позволяет говорить об эффективном заряде коллоидной частицы.The relative independence of the motion of the particle and the ions of the diffuse atmosphere allows us to talk about the effective charge of the colloidal particle.

При наложении электрического поля ионы диффузной атмосферы подвергаются сдвигу, наводится диполь очень вытянутой формы. Анионы ионной атмосферы мигрируют по диполю, попадают в хвост, теряют связь с частицей, и далее их движение в дисперсионной среде к аноду уже не сдерживается. Так происходит до тех пор, пока свободный анион не попадет в поле движущегося навстречу диполя и не встроется в ее диффузную атмосферу. Далее с меньшей скоростью, чем он двигался в дисперсионной среде, он пройдет весь атмосферный шлейф, попадет в хвост и снова потеряет связь со своей новой хозяйкой (частицей). Попасть в ионную атмосферу движущейся частицы анион может и силами теплового движения, при этом от ионного хвоста отделится другой ион и покинет его. Т.е. и при движении коллоидной частицы вся система электрически нейтральна, частица не утрачивает своей ионной атмосферы, но через нее как бы прокачиваются анионы дисперсионной среды.When an electric field is applied, the ions of the diffuse atmosphere undergo a shift; a very elongated dipole is induced. Anions of the ionic atmosphere migrate along the dipole, fall into the tail, lose contact with the particle, and then their movement in the dispersion medium to the anode is no longer restrained. This happens until a free anion enters the field of a moving dipole and is built into its diffuse atmosphere. Further, at a lower speed than he moved in the dispersion medium, he will go through the entire atmospheric plume, fall into the tail and again lose contact with his new mistress (particle). Anion can also get into the ionic atmosphere of a moving particle by the forces of thermal motion, while another ion will separate from the ion tail and leave it. Those. and when the colloidal particle moves, the whole system is electrically neutral, the particle does not lose its ionic atmosphere, but the anions of the dispersion medium seem to pump through it.

Через плотность заряда на поверхности частицы (точнее, d-слоя) можно связать формулы плоского конденсатора и формальную формулу, описывающую равномерное движение коллоидной частицы в электрическом поле. Измерив линейную скорость движения частиц в суспензиях или линейную скорость движения фронта частиц, зная разность потенциалов приложенного электрического поля, можно вычислить ξ-потенциал по формулеThrough the charge density on the surface of the particle (more precisely, the d-layer), one can relate the formulas of a flat capacitor and the formal formula that describes the uniform motion of a colloidal particle in an electric field. By measuring the linear velocity of particles in suspensions or the linear velocity of the particle front, knowing the potential difference of the applied electric field, we can calculate the ξ-potential by the formula

ζ=ηUL/Vεε0, где L - расстояние между электродами, η - вязкость растворителя, a U - линейная скорость движения фронта частиц.ζ = ηUL / Vεε 0 , where L is the distance between the electrodes, η is the viscosity of the solvent, and U is the linear velocity of the particle front.

В диффузном слое изменение потенциала с расстоянием подчиняется экспонентциальной зависимостиIn a diffuse layer, a change in potential with distance obeys an exponential dependence

φ=φ0e-χx, где φ0 - потенциал границы скольжения, χ (кси) - характеристическая толщина ионной атмосферы, х - расстояние от поверхности. При х=1/χ потенциал φ в е раз меньше φ0.φ = φ 0 e −χx , where φ 0 is the potential of the slip boundary, χ (ksi) is the characteristic thickness of the ionic atmosphere, and x is the distance from the surface. For x = 1 / χ, the potential φ is e times less than φ 0 .

Толщина двойного ионного слоя и величина электрокинетического потенциала зависят от концентрации электролита в растворе.The thickness of the double ion layer and the magnitude of the electrokinetic potential depend on the concentration of the electrolyte in the solution.

Действительно, если

Figure 00000002
Indeed, if
Figure 00000002

где n - концентрация электролита, z - валентность, е - заряд электрона, k - константа Больцмана, ε - диэлектрическая проницаемость, из уравнения (2) следует, что с увеличением концентрации, а особенно с увеличением валентности ионов, радиус ионной атмосферы должен уменьшаться.where n is the electrolyte concentration, z is the valence, e is the electron charge, k is the Boltzmann constant, ε is the dielectric constant, it follows from equation (2) that with increasing concentration, and especially with increasing ion valence, the radius of the ionic atmosphere should decrease.

Причина этого явления в том, что при повышении концентрации электролита в растворе изменяется соотношение между электростатическим притяжением и отталкиванием от ассоциированного слоя (как бы экрана), что определяет распределение ионов в наружной обкладке ионного слоя.The reason for this phenomenon is that with an increase in the electrolyte concentration in the solution, the ratio between electrostatic attraction and repulsion from the associated layer (like a screen) changes, which determines the distribution of ions in the outer lining of the ion layer.

Градиентные силы и силы электростатического отталкивания уменьшаются, так как уменьшается разность концентраций между диффузным слоем и раствором.Gradient forces and electrostatic repulsion forces decrease, since the difference in concentration between the diffuse layer and the solution decreases.

1) крупные одновалентные противоионы - это хорошо, в этом случае, независимо от знака дзета-потенциала, он выше, чем в случае многовалентных противоионов.1) large univalent counterions are good, in this case, regardless of the sign of the zeta potential, it is higher than in the case of multivalent counterions.

2) чем лучше сольватируется противоион тем рыхлее диффузная атмосфера, выше дзета-потенциал.2) the better the counterion solvates, the looser the diffuse atmosphere, the higher the zeta potential.

Это очень важные следствия для понимания физики и электрокинетики заявляемого способа, изоэлектрического состояния вязкой суспензии.These are very important consequences for understanding the physics and electrokinetics of the proposed method, the isoelectric state of a viscous suspension.

Катафоретический метод нашел широкое применение для нанесения низковольтных катодолюминофоров в массовом производстве.The cataphoretic method is widely used for applying low-voltage cathodoluminophores in mass production.

Промышленные установки для нанесения люминофоров на анодные платы индикаторов представляет собой вертикальную ванну, в которую заливается суспензия. Суспензия постоянно перемешивается подаваемым через отверстие в дне ванны воздухом, чтобы не происходило расслаивание суспензии и не возникало градиентов концентраций. Вертикально, ребром, в электрофоретическую ванну погружается анодная плата VFD, сегменты которой, подлежащие покрытию люминофором данной ванны, являются катодом. На сегменты, не подлежащие покрытию данным люминофором, обычно подают небольшой положительный потенциал. Напряжения, при которых обычно проводят осаждение в ваннах, лежат в интервале от 60 до 400 В.Industrial plants for applying phosphors to the anode plates of indicators is a vertical bath into which the suspension is poured. The suspension is constantly mixed with the air supplied through the hole in the bottom of the bath so that the suspension does not delaminate and concentration gradients do not occur. Vertically, an edge, an anode plate VFD is immersed in an electrophoretic bath, the segments of which, to be coated with the phosphor of this bath, are the cathode. Segments that are not subject to coating with this phosphor are usually supplied with a small positive potential. Voltages at which precipitation is usually carried out in bathtubs range from 60 to 400 V.

После покрытия анодной платы прибора одним видом люминофора ее вынимают из ванны и промывают в ванне с ацетоном. Промыв плату, проводят контроль качества покрытия, и если оно удовлетворительное, то проводят сушку люминофорного слоя при температуре 120°С в течение двух часов, поскольку опыт работы показывает, что люминофор, содержащий воду, более подвержен повреждению в процессе осаждения следующего вида люминофора. Как правило, следующий люминофор наносят на следующий день по такой же схеме.After covering the anode plate of the device with one type of phosphor, it is removed from the bath and washed in an acetone bath. After washing the board, the quality control of the coating is carried out, and if it is satisfactory, then the phosphor layer is dried at a temperature of 120 ° C for two hours, since experience shows that a phosphor containing water is more susceptible to damage during the deposition of the next type of phosphor. As a rule, the next phosphor is applied the next day according to the same scheme.

Покрытию дают как бы состариться.The coating is allowed to grow old.

Время покрытия люминофором из ванны обычно составляет от нескольких минут до десятков минут в случае загущенных суспензий.The time for coating the phosphor from the bath is usually from several minutes to tens of minutes in the case of thickened suspensions.

После того как система частица - катион/вода достигла катода, происходит электрохимическая реакция. Образуются гидроокиси металлов, которые цементируют уплотняющийся слой частиц люминофора и электропроводной добавки, придавая покрытию прочность.After the particle-cation / water system reaches the cathode, an electrochemical reaction occurs. Metal hydroxides are formed, which cement a compacting layer of phosphor particles and an electrically conductive additive, giving the coating strength.

Нагрузка люминофора, нанесенного методом катафореза, при толщине 8-10 мкм составляет 2.0-2.5 мг/см2, а при толщине 15-25 мкм около 3.0-5.0 мг/см2.The load of the phosphor deposited by the method of cataphoresis, with a thickness of 8-10 microns is 2.0-2.5 mg / cm 2 , and with a thickness of 15-25 microns about 3.0-5.0 mg / cm 2 .

Образовавшиеся в слое люминофорного покрытия гидроокиси металлов при отжиге плат превращаются в смешанные оксиды магния-алюминия, если в качестве зарядчика добавляется смесь солей.The metal hydroxides formed in the phosphor coating layer during annealing of the boards turn into mixed magnesium-aluminum oxides if a mixture of salts is added as a charger.

Вообще тот факт, что традиционные рецепты включают сразу несколько разных солей, - как правило, это нитраты магния, лантана и аллюминия - не очень понятен.In general, the fact that traditional recipes include several different salts at once - usually magnesium, lanthanum and aluminum nitrates - is not very clear.

С одной стороны, оксид магния является диэлектриком и должен снижать электропроводность порошковых композитов, с другой стороны, оксиды, сформированные из тонких гидрооксидных пленок, имеют островковое строение, и вероятнее всего, что свойства тонких смешанных оксидных продуктов отличаются от свойств монокристаллов и оказывают минимальное сопротивление. К достоинству метода следует отнести то, что это широкозонные оксиды, усиливающие эффективность свечения люминофоров.On the one hand, magnesium oxide is a dielectric and should reduce the electrical conductivity of powder composites, on the other hand, oxides formed from thin hydroxide films have an island structure, and it is most likely that the properties of thin mixed oxide products differ from the properties of single crystals and have minimal resistance. The advantage of the method should be attributed to the fact that these are wide-gap oxides that enhance the luminophore luminescence efficiency.

Более того, оксид магния имеет коэффициент вторичной эмиссии больше единицы и повышает вторичноэмиссионную составляющую поводимости люминофорной композиции.Moreover, magnesium oxide has a secondary emission coefficient greater than unity and increases the secondary emission component of the luminosity of the phosphor composition.

Помимо того что метод позволяет получать прочные, плотные покрытия с заданной толщиной, он обладает и другим преимуществом - это отсутствие органических связующих, применяемых для нанесения люминофоров в методе фотопечати и накатки.In addition to the fact that the method allows one to obtain strong, dense coatings with a given thickness, it also has another advantage - the absence of organic binders used for applying phosphors in the photo printing and rolling method.

Метод накатки использует люминофорные пасты, содержащие труднолетучие органические связующие, которые удаляются из слоя люминофора высокотемпературным отжигом. Высокотемпературные процессы плохи тем, что в их ходе люминофоры деградируют, не факт, что вся органика улетучатся.The knurling method uses phosphor pastes containing hardly volatile organic binders, which are removed from the phosphor layer by high-temperature annealing. High-temperature processes are bad because phosphors degrade during their course, not the fact that all organics will evaporate.

Метод катафоретического осаждения люминофоров является наиболее эффективным для получения высокой яркости свечения люминофоров. Другие методы электрофоретического осаждения во всех своих вариантах требуют значительных доработок, дополнительных исследований. Так, анодное осаждение вызывает электрохимическое окисление формирующегося покрытия и электрода, но, несмотря на свои недостатки, он имеет ряд принципиальных отличий и преимуществ, однако сам метод должен сначала созреть. Только потом он сможет превратиться в технологию, если будет востребован. (Об анодном осаждении см., например, Lyuji Ozawa. Application of cathodoluminescence to display devices. Kodansha. Tokyo. 1994, патенты США: №6350358; №4512861; №4482447.)The method of cataphoretic deposition of phosphors is the most effective for obtaining high brightness of the luminophores. Other methods of electrophoretic deposition in all their variants require significant improvements, additional research. So, anode deposition causes electrochemical oxidation of the formed coating and electrode, but, despite its drawbacks, it has a number of fundamental differences and advantages, however, the method itself must first mature. Only then will it be able to turn into technology if it is in demand. (For anodic deposition, see, for example, Lyuji Ozawa. Application of cathodoluminescence to display devices. Kodansha. Tokyo. 1994, US Patents: No. 6350358; No. 4512861; No. 4482447.)

Тонкая ячейка хороша тем, что позволяет получать большие напряженности электрических полей при приложении небольшой разности потенциалов (до 30 В). Это достигается за счет того, что расстояние между электродами составляет всего ~300 мкм и может быть еще меньше. Наличие больших электрических полей, порядка 1 кВ/см, приводит к тому, что слои получаемые методом осаждения из ячейки отличаются повышенной плотностью, по сравнению с другими методами.A thin cell is good in that it allows to obtain large electric field strengths when a small potential difference is applied (up to 30 V). This is achieved due to the fact that the distance between the electrodes is only ~ 300 μm and can be even less. The presence of large electric fields, of the order of 1 kV / cm, leads to the fact that the layers obtained by the deposition method from a cell are characterized by an increased density, in comparison with other methods.

Очевидным достоинством метода является его экономичность (расход суспензии измеряется миллилитрами, а не литрами, как в методе электрофореза из ванны).The obvious advantage of the method is its cost-effectiveness (suspension consumption is measured in milliliters, not liters, as in the electrophoresis method from a bath).

Важно отметить технологичность работы, хранения и разлива устойчивых долгоживущих дисперсий или геля, равномерность его распределения по матрице проводящих элементов. Для управления электрофорезом используется минимальное число контактных проводов или выводов для подачи электрического потенциала на субстрат (проводящие элементы матрицы) и/или управления электрофорезом, управление производится светом, метод позволяет провести нанесения катафорезом, что позволяет отказаться от припаивания сотен проводов к активной матрице, контактные площадки не повреждаются.It is important to note the manufacturability of work, storage and bottling of stable long-lived dispersions or gel, the uniformity of its distribution over the matrix of conductive elements. To control electrophoresis, the minimum number of contact wires or leads is used to supply electric potential to the substrate (matrix conducting elements) and / or electrophoresis control, light is used to control, the method allows cataphoresis to be applied, which eliminates the need to solder hundreds of wires to the active matrix, contact pads not damaged.

Использование масочного электрода позволяет упростить управление электрофорезом и отказаться от матричных осветителей (лазеров) и сложного совмещения их с покрываемыми элементами рабочего объекта или сложного управления лазером.The use of a mask electrode makes it possible to simplify the control of electrophoresis and to abandon matrix illuminators (lasers) and their complex combination with the covered elements of a work object or complex laser control.

Заявляемый способ значительно превосходит такой универсальный метод как фотопечать по своим возможностям и простоте. Манипулятивно способ организован так же, как и фотопечать. И внешне мало отличается от последней. В частных случаях, когда топологии электронных компонент просты, маска может быть рамочной или отсутствовать вовсе, тогда в процедуре осаждения отсутствует самая ответственная, сложная и длительная операция совмещения пластин, точность осаждения при этом будет очень высокой.The inventive method significantly surpasses such a universal method as photo printing in its capabilities and simplicity. Manipulative way is organized in the same way as photo printing. And outwardly it differs little from the latter. In special cases, when the topologies of the electronic components are simple, the mask may be frameless or absent altogether, then the most responsible, complex and lengthy operation of plate alignment is absent in the deposition procedure, and the deposition accuracy will be very high.

Высокая точность осаждения необходима при формировании матриц светофильтров на дисплейных экранных узлах при формировании люминесцентных экранов высокого разрешения. Заявленный метод обеспечивает необходимую точность на экранах любого формата.High precision deposition is necessary when forming matrices of light filters on the display screen nodes when forming high-resolution fluorescent screens. The claimed method provides the necessary accuracy on the screens of any format.

Рынок мониторов и дисплеев малого формата, в том числе специального применения, представлен в основном жидкокристаллическими приборами и мог бы быть более разнообразным. Плоские катодолюминесцентные конструкции получили распространение только в индикаторной технике. Заявляемое техническое решение позволяет расширить ассортимент дисплейных устройств малого формата на основе катодолюминесценции.The market for small format monitors and displays, including for special applications, is represented mainly by liquid crystal devices and could be more diverse. Flat cathodoluminescent designs are widespread only in indicator technology. The claimed technical solution allows to expand the range of small-format display devices based on cathodoluminescence.

Область применения вакуумных люминесцентных приборов (VFD) - это миниатюрные стационарные дисплеи: индикаторы для часов и калькуляторов, датчики топлива, приборы навигации, дисплеи для автомобильной и бортовой аппаратуры, телефонии. Формат отображаемых символов обычно мал. Прочность маленькой колбы очень высока, и в индикаторной технике их применение абсолютно оправданно.The field of application of vacuum fluorescent devices (VFDs) is miniature stationary displays: indicators for clocks and calculators, fuel sensors, navigation devices, displays for automobile and on-board equipment, telephony. The format of the displayed characters is usually small. The strength of a small flask is very high, and in the indicator technique their use is absolutely justified.

В начале 80-х годов японская фирм" Ise Electronics Corporation сообщила о создании прототипа AMVFD на кремниевой подложке размером 23×23 мм, на котором отображалась телевизионная картинка.In the early 80s, the Japanese company Ise Electronics Corporation announced the creation of a prototype AMVFD on a silicon substrate 23 × 23 mm in size, on which a television picture was displayed.

Идея использования в качестве анодной подложки монокристаллической кремниевой пластины n-типа была высказана в 1976 г., патент РФ №645460 от 3.09.1976. В простейшем случае ячейка, управляющая одним элементом отображения в AMVFD, состоит из двух МОП-транзисторов: один из них - адресный, а другой - коммутирующий анодное напряжение. Функцию памяти в этом случае выполняет емкость, образованная между затвором и истоком коммутирующего транзистора. Напряжение включения таких микросхем не превышает 40-45 В.The idea of using an n-type single crystal silicon wafer as an anode substrate was put forward in 1976, RF patent No. 645460 of 09.3.1976. In the simplest case, the cell controlling one display element in the AMVFD consists of two MOS transistors: one of them is an address transistor, and the other is a switching anode voltage. The memory function in this case is performed by the capacitance formed between the gate and the source of the switching transistor. The switching voltage of such microcircuits does not exceed 40-45 V.

В статье А.Логинова, Е.Русиной ("Современные вакуумные люминесцентные дисплеи - ВЛД (VFD)" // Электронные компоненты, №3, 2003 г., ст.69-70) сообщается, что создана первая серия AMVFD на подложках из монокристаллического кремния с числом пикселов 160×80 и 320×256. В этих дисплеях используются только по одной кремниевой подложке с двухтранзисторными ячейками управления каждым пикселом. Несмотря на то что, по словам авторов, создана первая серия высокоярких активноматричных катодолюминесцентных дисплеев на ZnO:Zn, работающих в статическом режиме, на подложках из монокристаллического кремния - технологии изготовления цветных активноматричных катодолюминесцентных дисплеев и метода осаждения на микросхемы не существует, как не существует активных матриц, рассчитанных на напряжения более 40-50 В.The article by A. Loginov, E. Rusina ("Modern Vacuum Luminescent Displays - VFD (VFD)" // Electronic Components, No. 3, 2003, p. 69-70) reports that the first series of AMVFDs on single-crystal substrates was created silicon with the number of pixels 160 × 80 and 320 × 256. These displays use only one silicon wafer with dual transistor cells to control each pixel. Despite the fact that, according to the authors, the first series of high-brightness active-matrix cathodoluminescent displays on ZnO: Zn operating in the static mode on monocrystalline silicon substrates has been created - the technology for manufacturing color active-matrix cathodoluminescent displays and the deposition method on microcircuits does not exist, as there are no active matrices designed for voltages greater than 40-50 V.

Такая матрица может быть покрыта в тонкой электрофоретической ячейке анофоретически без применения масочного электрода и освещения, при напряжениях на ячейке порядка 40 В. Однако управление электрофорезом при этом осуществляется через ячейки памяти, то есть для того чтобы можно было осуществить процесс анофореза, требуется припаять к матрице сотни проводов, при этом повреждаются контактные площадки матрицы, часть пикселов в готовом дисплее не будет работать.Such a matrix can be coated anophoretically in a thin electrophoretic cell without the use of a mask electrode and lighting, at voltages on the cell of about 40 V. However, the electrophoresis is controlled through memory cells, that is, in order to be able to carry out the anophoresis process, it is necessary to solder to the matrix hundreds of wires, while the matrix pads are damaged, some of the pixels in the finished display will not work.

Наиболее распространенными способами нанесения люминофоров на анодные платы низковольтных катодолюминесцентных индикаторов являются электрофорез в ванне и накатка пасты, для тонких топологий применяют метод трафаретной фотопечати. Эти методы обеспечивают качественное и воспроизводимое нанесение люминофорных слоев в интервалах толщин 10-50 мкм, однако более тонкие слои указанными методами получать весьма затруднительно. Заявленным способом можно воспроизводимо получать покрытия от 3 мкм.The most common methods for applying phosphors to the anode boards of low-voltage cathodoluminescent indicators are electrophoresis in the bath and knurling of the paste; for fine topologies, the method of screen printing is used. These methods provide high-quality and reproducible deposition of phosphors in the thickness ranges of 10–50 μm, however, it is very difficult to obtain thinner layers by the indicated methods. The claimed method can reproducibly produce coatings of 3 microns.

Известной и широко распространенной технологией нанесения порошков на активные матрицы (субстрат) является трафаретная фотопечать. Паста люминофора наносится на субстрат сплошным слоем, а закрепление ее компонентов в нужных местах производится освещением субстрата с нанесенной пастой через трафарет или световую маску. Обычно пластина трафарета изготовляется стеклянной, пластина местами покрыта темной непрозрачной краской, местами не покрыта, то есть имеет своеобразные окна, через которые проходит свет и вызывает (стимулирует) окислительную полимеризацию или сшивку компонентов связующего (биндера) бихроматомкалия.Known and widely used technology for applying powders to active matrices (substrate) is screen printing. The phosphor paste is applied to the substrate in a continuous layer, and its components are fixed in the right places by lighting the substrate with the paste applied through a stencil or light mask. Typically, the stencil plate is made of glass, the plate is sometimes coated with dark opaque paint, not coated in places, that is, it has peculiar windows through which light passes and causes (stimulates) oxidative polymerization or crosslinking of the binder (binder) binder component.

При низковольтном возбуждении люминесценции роль поверхности кристалла особенно высока, т.к. глубина проникновения электрона низкой энергии составляет сотые и тысячные доли микрометра - хром повреждает эту поверхность, что делает невозможным использование стандартной ПВС-бихроматной технологии для нанесения порошковых слоев в случае VFD. Заявленный метод не использует окислительное задубливание и хром, что позволяет получить высокие электрофизические параметры люминесцентных слоев и высокую яркость свечения.In the case of low-voltage excitation of luminescence, the role of the crystal surface is especially high, since the penetration depth of a low-energy electron is hundredths and thousandths of a micrometer - chromium damages this surface, which makes it impossible to use standard PVA-dichromate technology for applying powder layers in the case of VFD. The claimed method does not use oxidative backfilling and chromium, which allows to obtain high electrophysical parameters of the luminescent layers and high brightness.

Claims (3)

1. Электрофоретический способ формирования покрытий на электропроводящей поверхности, включающий воздействие электрическим полем на вязкую или гелеобразную среду, содержащую осаждаемые компоненты, несущие электрический заряд, заполняющую зазор между электродами электрохимической ячейки, и нагрев среды электромагнитным излучением в области формирования покрытия до ее легкоподвижного состояния, отличающийся тем, что один из электродов выполнен масочным, напряжение на электрохимической ячейке при электрическом воздействии выбирают 5-60В, расстояние между электродами ячейки от 20 мкм до 3 мм, при этом нагрев среды электромагнитным излучением осуществляют со стороны масочного электрода.1. The electrophoretic method of forming coatings on an electrically conductive surface, comprising applying an electric field to a viscous or gel-like medium containing deposited components carrying an electric charge, filling the gap between the electrodes of the electrochemical cell, and heating the medium with electromagnetic radiation in the coating formation region to its easily movable state, characterized the fact that one of the electrodes is made masked, the voltage on the electrochemical cell during electrical exposure is chosen 5-60V, the distance between the electrodes of the cell is from 20 μm to 3 mm, while the medium is heated by electromagnetic radiation from the mask electrode. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев производят до температуры 25-60°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the heating is carried out to a temperature of 25-60 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что масочный электрод представляет собой фотошаблон, имеющий прозрачный проводящий слой.3. The method according to claim 1, characterized in that the mask electrode is a photomask having a transparent conductive layer.
RU2004121499/28A 2004-07-15 2004-07-15 Electrophoretic method of forming coats RU2283902C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004121499/28A RU2283902C2 (en) 2004-07-15 2004-07-15 Electrophoretic method of forming coats

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004121499/28A RU2283902C2 (en) 2004-07-15 2004-07-15 Electrophoretic method of forming coats

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004121499A RU2004121499A (en) 2006-01-10
RU2283902C2 true RU2283902C2 (en) 2006-09-20

Family

ID=35872303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004121499/28A RU2283902C2 (en) 2004-07-15 2004-07-15 Electrophoretic method of forming coats

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2283902C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492938C1 (en) * 2012-02-15 2013-09-20 Микаил Гаджимагомедович Вердиев Method of application of substances films on various substrates
RU2503750C2 (en) * 2011-10-18 2014-01-10 Олег Анатольевич Рожков Method of cataphoresis application of sandwich coats on current conducting articles with help of asymmetric currents
WO2021029883A1 (en) * 2019-08-14 2021-02-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coated metal alloy substrate and process for production thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503750C2 (en) * 2011-10-18 2014-01-10 Олег Анатольевич Рожков Method of cataphoresis application of sandwich coats on current conducting articles with help of asymmetric currents
RU2492938C1 (en) * 2012-02-15 2013-09-20 Микаил Гаджимагомедович Вердиев Method of application of substances films on various substrates
WO2021029883A1 (en) * 2019-08-14 2021-02-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coated metal alloy substrate and process for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004121499A (en) 2006-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100363833C (en) Display device
US3612758A (en) Color display device
DE60214833T2 (en) ELECTROCHROMICAL DEVICE
EP0917556B1 (en) Electrochromic indicating device
Gao et al. Lateral patterning of CdTe nanocrystal films by the electric field directed layer-by-layer assembly method
US3668106A (en) Electrophoretic display device
Ishiguro et al. Site-controlled application of electric potential on a conducting polymer “canvas”
KR100913681B1 (en) Electrochromic display device and compositions useful in making such devices
EP0113237B1 (en) Method for manufacturing a multicolour filter and a multicolour display device
DE10059498A1 (en) Substrate with a semiconducting layer, electronic component with this substrate, electronic circuit with at least one such electronic component, printable composition and method for producing a substrate
US3689399A (en) Photoelectrophoretic image reproduction device
US20110268963A1 (en) Method of producing structural member having prussian blue-type metal complex nanoparticles, structural member obtained by the method, substrate, electrochromic device, rectifying device, and photo responding device, using the structural member
DE2264407A1 (en) IMPROVEMENTS TO LIQUID CRYSTAL DEVICES
WO2005114316A1 (en) Display device
Inagi et al. Measurements of potential on and current through bipolar electrode in U-type electrolytic cell with a shielding wall
CN105163412A (en) Planar electroluminescent device and application thereof
RU2283902C2 (en) Electrophoretic method of forming coats
Isaksson et al. Electronic modulation of an electrochemically induced wettability gradient to control water movement on a polyaniline surface
JPH02284128A (en) Electrophoresis display device and dispersion system for display thereof
DE8531902U1 (en) Passive playback device
JP5010135B2 (en) Multicolor display element
WO2000029208A1 (en) Electrically heatable, transparent windows and mirrors and method for production
Wang et al. Morphology-correlated electrical conduction in micro-contact-printed polypyrrole thin films grown by in situ deposition
Pettersson et al. Direct-driven electrochromic displays based on nanocrystalline electrodes
USRE28360E (en) Electrophoretic color display device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070716