DE2748561A1

DE2748561A1 - Elektrolumineszierende leuchtstoffplatte

Info

Publication number: DE2748561A1
Application number: DE19772748561
Authority: DE
Inventors: Cyril Hilsum; John Kirton; Hereford And Worcester Malvern; Adrian Leonard Mears
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1978-05-11
Also published as: FR2369640B1; CA1085032A; NL7711760A; GB1571620A; FR2369640A1; JPS5380993A; US4137481A

Description

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PATENTANWÄLTE

80OO München 22 · Steinsdorfstr. 1O oipi.-ing. r. beetz sen.

TELEFON (Ο8Θ) 3272OI - 227244 - 2ΘΒ91Ο 2, DIpI.-Ing. K. LAMPRECHT Telex B22O48-Telegramm Allpatent München Dr.-Ing. R. BEETZ Jr. Dlpl.-Phy·. U. HEIDRICH

auch RuntMnwUt

Dr.-Ing. W. TIMPE DIpI.-Ing. J. SIEGFRIED

293-27.475? 28. Okt. 1977

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.I., Großbritannien

Elektrolumineszierende Leuchtstoffplatte

Die Erfindung bezieht sich auf elektrolumineszierende Leuchtetoffplatten.

Elektrolumineszierende Lduchtstoffplatten werden als Alternativen für Kathodenstrahlröhren, Plasmaplatten, FlUssigkristallvorrichtungen und lichterzeugende Dioden zur elektrooptischen Anzeige von Information oder Daten, z.B. Wort oder Ziffern, verwendet. Sie können mit entweder Wechsel- oder Gleichspannungen betrieben werden, und die Platte wird für diese beiden Spannungsarten unterschiedlich ausgelegt. Elektrolumineszierend e Platten, die sich zum Gleichspannungsbetrieb eignen, werden normalerweise folgendermaßen hergestellt.

Sine transparente Frontelektrodenschieht, z. B. aus Zinnoxid, wird auf einem transparenten isolierenden Substrat, z.B. Glas, abgeschieden. Hine Schicht von in einem Bindemittel, z. B. Polymethylmethacrylat, suspendierten aktiven Körnern wird über die Frontelektrodenschicht verteilt. Jedes aktive Korn besteht aus einem Leuchtstoff, wie z. B. Zinksulfid, der mit einem Aktivator, wie z. B. Mangan, dotiert ist, und wird mit Kupfer überzogen. Eine Hinterelektrodenschicht, z. B. aus

293-(jx 5087/06)-TF

809819/0771

Aluminium, wird auf der Schicht aus aktiven Körnern abgeschieden. Die Elektrodenschichten können (z. B. durch übliches Photoätzen nach Ihrer Abscheidung) In der Form von Buchstaben oder Symbolen geformt werden, um die gewünschte Anzeige zu erhalten. Alternativ können die Elektrodenschichten In der Form von zueinander senkrechten Streifen geformt werden, die eine Matrix von Leuchtstoffelementen an den Schnittpunkten bilden.

Bevor eine Gleichstromelektrolumineszenzplatte, die in der obigen Welse hergestellt wurde, (z. B. kommerziell) verwendet werden kann, muß sie nach einem in Fachkreisen als "Formierung" bekannten Verfahren behandelt werden, um einen lichterzeugenden Bereich innerhalb der Platte zu erzeugen. Eine Glelchstrom-ⁿForraierungsⁿ-Spannung wird zwischen den Elektrodenschichten angelegt, wobei man die Frontelektrodenschicht positiv vorspannt und die Spannung für eine Zeitdauer von einem Bruchteil einer Stunde bis zu mehreren Tagen in Abhängigkeit von der jeweils benötigten besonderen Platte eingeschaltet läßt. Die Impedanz der Platte wächst während dieser Zeitdauer mehr und »ehr, und so wird die angelegte Spannung entsprechend stetig von einen niedrigen Wert, typisch 0 VoIt₉ bis auf einen Maximalwert, typisch 80 - 100 V gesteigert, um den verbrauchten Strom bzw. die verbrauchte Leistung angenähert konstant zu halten.

Der elektrische Strom ("Formierungs"-Strom), der durch die Platte fließt, erzeugt eine enge Hochwiderstands-Lichterzeugungssohranke (typisch 1· /um dick) nahe der positiven Frontelektrodenschioht, und es ist die allmähliche Bildung dieses Bereichs, die den Anstieg der Plattenimpedanz hervorruft.

809819/0771

27A85B1

Beispiele herkömmlicher formierter Platten sind in den OB-PS 1 300 548 und 1 412 268 beschrieben.

Die Formierung der Gleichstromelektrolumineszenzplatten ist ein kostspieliges Verfahren,wenn man es in Industriellern Maßstab seitens des Plattenherstellers durchfuhrt, und es ist auch schwierig reproduzierbar durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstromelektrolumineszenzplatte zu entwickeln,die wenig oder keine Formierung erfordert.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine elektrolumineszierende Leuchtstoffplatte mit Eignung für Gleichspannungsbetrieb, mit einem transparenten, elektrisch isolierenden Substrat, einer ersten,transparenten Elektrodenschicht, einer mit Aktivator dotierten Leuchtstoffschicht und einer zweiten Elektrodenschicht, mit dem Kennzeichen, daß die Leuchtstoffschicht als erste Schicht aus einem halbisolierenden, mit Aktivator dotierten Leuchtstoff einer Durchschnitts dicke unter 5 /Um und als zweite Schicht aus einem elektrisch leitenden Leuchtstoff gebildet ist.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist auch die zweite Leuchtstoffschicht mit Aktivator dotiert.

Zweckmäßig bestehen die Leuchtstoffschichten aus Materialien der Gruppe Zinksulfid, Zinkselen, Zinksulfid-Zinkselen-Legierung rung. Zinkoxid, Zinksulfid-Zinkoxid-Legierung und Kupfersulfid.

Vorzugsweise ist der Aktivator Mangan, Blei, Zirkon, Vanadin, chrom, Molybdän, Uran oder Terbium.

809819/0771

Die erste Leuchtstoffschicht kann auch aus mehreren getrennt abgeschiedenen und jeweils den gleichen oder einen unterschiedlichen Aktivator enthaltenden U nterschichten bestehen.

Wenn die zweite Leuchtstoffschicht dotiert ist, kann der Aktivator der gleiohe wie der der ersten Leuchtstoffschicht oder ein anderer Aktivator sein.

TCrfindungsgemäß läßt sich diese elektrolumineszierende Leuchtstoffplatte herstellen« indem man eine transparente erste Elektrodenschicht auf einem transparenten elektrisch isolierenden Substrat vorsieht, auf der ersten Elektrodenschicht eine erste Schicht eines mit Aktivator dotierten Leuchtstoffes, die haIb-isolierend 1st und eine Durchschnittsdicke unter 5 /Um aufweist, abscheidet, auf der ersten Leuchtstoffschicht eine zweite Schicht eines Leuchtstoffs, die leitend ist, abscheidet und eine zweite Elektrodenschicht auf der zweiten Leuchtstoffschicht vorsieht.

Das Substrat kann aus Glas sein, die erste Elektrodenschicht kann aus Zinnoxid, Indiumoxid oder InSnO bestehen, und die zweite Elektrodenschicht kann aus Aluminium sein.

Falls der Leuchtstoff der ersten oder zweiten Leuchtstoff* schicht aus Kupfersulfid ist, handelt es sich um die halbisolierende Phase von Kupfersulfid. Anstelle der genannten Aktivatormaterialien können auch andere Ionen mit ungefüllten inneren Elektronenschalen, wie z. B. Seltene Erden dienen.

Der In der zweiten Leuchtstoffsohlcht enthaltene Leiter

809819/0771

5 -

ist vorzugsweise Kupfer.

Die erste Leuchtstoffschicht hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 200 α und 1 /um in Abhängigkeit von der benötigten Betriebsspannung und einen Widerstand, der vorzugsweise größer als 10^ Ohm . cm ist.

Die zweite Leuchtstoffschicht hat vorzugsweise einen

k
Widerstand unter 10 Ohm . cm. Ihre Dicke ist nicht kritisch,

doch kann sie beispielsweise etwa 30 /Um betragen.

Wenn das Formierungsνerfahren auf eine herkömmliche Gleichstromelektrolumineszenzplatte angewandt wird, entsteht der enge Hochwiderstandsbereich nahe der positiven Frontelektrodenschicht durch die Wanderung von Kupferionen von dieser Schicht weg in das Innere der Leuchtstoffschicht. Während der nachfolgenden Verwendung der Platte entsteht, wenn eine Betriebsspannung Über die Leuchtstoffschicht angelegt wird, ein starkes elektrisches Feld in dem engen an Kupfer verarmten Bereich. Man nimmt an,daß Elektronen aus dem Inneren der Leuchtetoffschicht in diesen Bereich mit hoher Energie injiziert werden, wodurch eine Anregung der Atome in diesem Bereich verursacht wird. Die Aktivatoratome verteilen in diesem Bereich ihre durch diesen Mechanismus gewonnene Überschußenergie durch einen strahlenden übergang, d. h. durch Lichterzeugung.

In einer erfindungsgemäß hergestellten Gleichspannungselektrolumineszenzplatte liefert die zweite Schicht eine der vom Inneren der Leuchtstoffschicht bei einer herkömmlichen Platte ähnliche Elektroneninjektion, während die erste Leuchtstoffschicht einen Hochfeld-Lichterzeugungsbereich ähnlich dem an Kupfer verarmten Bereich der herkömmlichen Platte bildet.

809819/0771

Eine Gleichstromelektrolumineszenzplatte gemäß der Erfindung kann zur Verwendung ohne jegliche Formierung geeignet sein; alternativ kann sie eine lediglich geringere Formierung (nach Zeit>-und/oder Stromverbrauch) zum Füllen jeglicher Poren in der ersten Schicht benötigen. Jedoch ist sie zum Betrieb in gleichartiger Weise und unter gleichartigen Bedingungen im Vergleich mit einer völlig formierten herkömmlichen Gleichstromelektrolumineszenzplatte geeignet...

Es sollen nun AusfUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert werden, die einen Querschnitt einer Gleichstromelektrolumineszenzplatte darstellt.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist« enthält die Platte eine transparente leitende Zinnoxidschicht 3» die, beispielsweise durch Aufstäuben» auf einen Teil der Oberseite eines Glassubstrate 1 aufgebracht ist. Öle Schicht 3 kann selektiv in Form von Buchstaben« Symbolen oder Streifen (nicht dargestellt) zur Bildung von Anzeigeelementen geätzt werden. Eine halb-isolierende Leuchtstoffsohicht 5 ist auf der Schicht abgeschieden, und eine leitende Leuchtstoffsohioht 7 ist ihrerseits auf der Schicht 5 abgeschieden. Ein Ende der Schichten 5 und 7 ist mit einen Isoliermaterial 9, z. B. SiO₂ Überzogen. Eine Aluminiumschloht 11 1st auf die Schicht 3# das Isoliermaterial 9 und den freiliegenden Teil des Glassubstrats 1 aufgedampft. Wenn die Schioht 3 selektiv geätzt wird, wird die Schicht 11 entsprechend in geeigneten Bereichen geätzt. Wenn die Schicht 3 In Form von Streifen vorliegt, ist die Schioht 11 in der Form von senkrecht dazu verlaufenden Streifen geätzt, um eine herkömmliche Matrixanordnung zu ergeben;

809819/0771

sonst werden die Schichten 3 und 11 zum Erhalten der gleichen Elektrodenform geätzt. Eine KunstharzhUlle 15 ist schließlich zum Abdecken der Oberseite der Platte 2 für Einbettungszwecke vorgesehen.

Die Schicht 5, die eine Dicke von 200 R bis 1 /um aufweisen kann, kann aus mit Mangan dotiertem ZnS bestehen. Sie kann auf der Schicht 3 in irgendeiner bekannten Weise zum Abscheiden von sogenannten Monoschichten auf Substraten abgeschieden sein. Beispielsweise kann die Schicht 5 aufgestäubt, aufgedampft, elektrophoretisch plattiert, aufgebUrstet oder durch Luft aufgeblasen sein. Die Schicht 5 kann mit einem Bindemittel (z. B. Polymethylmethacrylat) gemischt, um ihre Haftung an der Schicht 3 zu verbessern, oder auch nicht gemischt sein.

Die Schicht 7, die eine Dicke von etwa 50 /Um haben kann, kann aus Körnern von mit Mangan dotiertem Zinksulfid mit herkömmlichem KupferUberzug bestehen und auf der Schicht 5 in einem Bindemittel, z.B. Polytnethylmethacrylat, in herkömmlicher Weise verteilt werden. Beispielsweise kann die zweite Schicht aufgedampft oder aufgestäubt werden, und in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, eine dritte leitende Schicht zwischen der zweiten Schicht und der Hinterelektrode anzubringen, so daß die Anzeige einfallendes Licht absorbiert, wodurch sich ein erheblich verbessertes Aussehen bei hoher Umgebungsbeleuchtung ergibt. Zusätzlich kann, wenn die Schicht eine Pulverschicht ist, sie einen dunklen Farbstoff zur Erzielung eines verbesserten Kontrasts enthalten. Alternativ kann die Schicht 7 auf die Schicht 5 durch Siebdruck aufgebracht werden.

809819/0771

_ü 2748581

Wenn die Schichten 5 und 7 beide Bindemittel enthalten, die mit Hilfe eines Lösungsmittels ( das man verdampfen läßt) aufgebracht sind, sollten das Bindemittel oder das Lösungsmittel, die für die Schicht 5 verwendet werden, nicht in dem für die Schicht 7 verwendeten Lösungsmittel löslich sein, da sonst die Schicht 5 ernstlich beeinträchtigt würde.

Wie oben erwähnt, kann die Platte 2, wenn sie gefertigt ist, die Anwendung eines begrenzten Formierungsstroms erfordern oder nicht. In jedem Fall werden,wenn sie zum Gebrauch fertig 1st, Betriebsspannungen zwischen der Schicht 3 und der Schicht oder Teilen, z. B. Streifen, davon (nicht dargestellt) angelegt, wodurch das Auftreten einer Lichtabstrahlung von der Schicht 5 in der Form einer Anzeige bewirkt wird.

Das Licht wird durch das Glassubstrat 1 beobachtet.

809819/0771

Leerseite

Claims

27A8561 PatentansprUche

1. ^lektrolumineszierende Leuchtstoffplatte mit Eignung für Gleichspannungsbetrieb, mit einem transparenten, elektrisch isolierenden Substrat, einer ersten, transparenten Elektrodenschicht, einer mit Aktivator dotierten Leuchtstoffschicht und einer zweiten Elektrodenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoff schicht (5, 7) als erste Schicht (5) aus einem halb-isolierenden, mit Aktivator dotierten Leuchtstoff einer Durchschnittsdicke unter 5 /um und als zweite Schicht (7) aus einem elektrisch leitenden Leuchtstoff gebildet 1st.

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leuchtstoff schicht (7) mit Aktivator dotiert ist.

3. Platte nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß die Leuchtstoffschichten (5, 7) aus Materialien der Gruppe Zinksulfid, Zinkselen, Zinksulfid-Zinkselen-Legierung, Zinkoxid, Zinksulfid-Zinkoxid-Legierung und Kupfersulfid bestehen.

4. Platte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß der Aktivator Mangan, Blei, Zirkonium, Vanadin, Chrom, Molybdän, Uran oder Terbium ist.

5. Platte nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine erste Leuchtstoffschicht (5) mit einer Dicke zwischen 200 R und

6. Platte nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine erste Leuchtstoffschicht mit einem Widerstand Über io" Ohm . cm.

7· Platte nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Leucht-

4 stoffschicht mit einem Widerstand unter 10 Ohm . cm.

8. Platte nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Kupfer in der zweiten Leuchtstoffsohicht (7)·

809819/0771

ORIGINAL INSPECTED