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Vorrichtung zur Erzeugung von Elektrolumineszenz Es ist bekannt, daß
manche Leuchtstoffe, unter anderem Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Zinkselenid, Cadmiumselenid
und ihre Mischkristalle, d. h. Stoffe, die bei Bestrahlung mit Licht von kurzer
Wellenlänge, wie z. B. Ultraviolettstrahlung, oder unter dem Einfluß von Kathodenstrahlen
sichtbare Strahlung aussenden, dies durch eine besondere Behandlung auch unter dem
Einfluß eines wechselnden elektrischen Feldes tun. Auf dieser Erscheinung beruhen
die Leuchtflächen, die aus zwei flachen Elektroden aus elektrisch leitendem Material
bestehen, zwischen denen eine dünne Schicht von z. B. Zoo Mikron Dicke aus einem
elektrolumineszierenden Stoff als Dielektrikum tangeordnet ist. Das Dielektrikum
besteht zweckmäßig aus einem gut isolierenden Material, wie z. B. Polyvinylchlorid,
Harnstofformaldehyd od. dgl., in dem der eigentliche Leuchtstoff suspendiert ist.
Dies hat den Vorteil, daß Durchschlag weniger leicht als bei der Verwendung eines
völlig aus elektrolumineszierendem Material bestehenden Dielektrikums auftritt.
Wenigstens eine der Elektroden ist für die ausgesandte Strahlung durchlässig. An
der Seite dieser Elektrode wird von der Leuchtfläche
Licht ausgesandt,
wenn zwischen den Elektrodeneine Wechselspannung hinreichender Stärke z. B. von.einigen
hundert Volt liegt.
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Voraussetzung ist, daß beim Auftreten des elektrischen Feldes im Dielektrikum
die Atome des Elektrolumineszenzstoffes -angeregt, d. h. ionisiert werden und daß
anschließend eine Rekombination der positiven Kerne und der Elektronen erfolgt,
bei der Licht ausgesandt wird. Dies erfolgt wahrscheinlich im wesentlichen in bestimmten
Randgebieten der im Isolierstoff suspendierten Leuchtstoftteilchen, die als Rekombinationsgebiete
bezeichnet werden. Die Spannung zwischen den Elektroden soll, wenigstens wenn in
einem Isolator suspendierter Leuchtstoff benutzt wird, nicht so hoch sein, daß sog--nannte
Gleichstromlumineszenz auftritt, bei der im Dielektrikum ein ununterbrochener Leitungsstrom
fließt. Dieser ist daran erkennbar, daß Lichtblitze auftreten, die in Phase und
der angelegten Spannung im wesentlichen gleichförmig sind. Hierbei ist die Lichtausbeute
viel geringer, und es tritt eine verhältnismäßig starke Wärmeentwicklung im Dielektrikam
auf.
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Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung der sinusförmigen Netzspannung
als Speisespannung für eine Leuchtfläche, wie oben geschildert, nur eine verhältnismäßig
schwache Lumineszenz mit niedriger Ausbeute ergibt. Eine Verbesserung wird erhalten,
wenn die Frequenz der Speisespannung höher als die Netzfrequenz von 5o Perioden
je Sekunde gewählt und auch wenn die sinusförmige Speisespannung verformt wird,
so daß Spitzen auftreten. Der Gewinn ist aber verhältnismäßig gering.
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Die Erfindung zielt auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Elektrolumineszenz
ab, bei der durch eine bestimmte Wahl der Form der Speisespannungskurve eine viel
höhere Ausbeute, d. h. eine größere Lichtstärke bei einer bestimmten Eingangsleistung
entsteht.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das elektrische Feld
zwischen den Elektroden, unter dessen Einfluß die Atome des elektrolumineszierenden
Stoffes angeregt werden, außerdem eine Löscliwirkung auf die Lichterscheinung ausübt.
Bei Versuchen mit einer Speisespannung rechteckiger Wellenform an einer elektrolumineszierenden
Schicht aus nicht suspendiertem Material, wobei die Spannung an den Leuchtkörpern
in jedem Augenblick der angelegten Spannung proportional ist, hat es sich nämlich
herausgestellt, daß die elektrolumineszierende Schicht, die dem Einfluß einer Gleichspannung
unterworfen gewesen ist, nachdem diese Spannung aufgehört hat, einen viel stärkeren
Lichtblitz als beim Anlegen und sofort nach dem Anlegen des Feldes gibt. Es wird
angenommen, daß dies davon herrührt, daß die Elektronen infolge des Feldes von den
angeregten Fluoreszenzzentren entfernt werden. Weiterkönnen die erzeugten positiven
Zentren in starken elektrischen Feldern ihre Energie an sogenannte positiv aufgeladene
Lücken übertragen, die sich durch den Stoff zu bewegen vermögen, wobei eine sogenannte@
strahlungslose Rekombination auftreten kann. Bei der Verwendung einer sinüsförmigen
Speisespannung tritt während der ersten Hälfte einer jeden Halbperiode ein verhältnismäßig
starker, kurzer und manchmal außerdem am Ende einer jeden, Halbperiode ein schwächerer
Lichtblitz auf. Auch in diesem Fall muß angenommen werden, daß das Feld, das während
eines großen Teils der Halbperiode einen ziemlich hohen Wert hat, in. gleicher Weise
eine Löschwirkung ausübt. Wird eine-sinusförmige Spannung an eine Schicht mit suspendierten
Teilchen angelegt, so sind die Lichtblitze qualitativ gleich, aber etwas in der
Phase verfrüht.
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Die Erfindung besteht -darin, daß Mittel vorgesehen sind zum Erzeugen
einer Wechselspannung zwischen den Elektroden, die aus aufeinanderfolgenden Spitzen
von großer Flankensteilheit besteht und bei der jeder Spannungsspitze eine Periode
folgt, deren Dauer groß in bezug auf die Dauer der Spitzenspannung ist, während
welcher Periode die Spannung -niedrig in bezug auf die Spitzenspannung ist,
und weiter die Spannung zwischen den Elektroden. immer so niedrig ist, da,B keine
nennenswerte Gleichstromlumineszenz auftreten kann. Die Dauer der Spitzenspannung
soll verhältnismäßig gering sein, d. h. nicht größer als die Aufbauzeit der Lumineszenz.
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Wenn der Leuchtstoff nicht in einem isolierenden Dielektrikum suspendiert
ist, sondern die beiden Elektroden mit dem Leuchtstoff selbst in Berührung stehen,
können die aufeinxnderfolgenden Spitzen alle die gleiche Polarität haben. Besteht
aber die Lumineszenz aus einer Suspension, derart, daß der Leuchtstoff selbst nicht
mit den beiden Elektroden in Berührung steht, so müssen die Spitzen abwechselnd
positiv und negativ gemacht werden. Die Speisespannung ist dann vorzugsweise eine
reine Wechselspannung, da beim Vorhandensein einer Gleichspannungskomponente in
der Speisespannung eine unerwünschte permanente Polarisation der Lumineszenzschicht
auftreten könnte.
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Die Dauer der Spitzenspannung entspricht vorzugsweise höchstens einem
Viertel der Periodendauer, während der die Spannung niedrig ist. Im allgemeinen
wird man die erstgenannte Dauer noch viel geringer, z. B. io-i Sekunden, wählen.
Wenn in diesem Falle die Speisespannung unmittelbar, d. h. ohne Frequenzwandlung
von der @ Netzspannung abgeleitet wird, wird die Dauer der Periode niedriger Spannung
etwa das Hundertfache betragen.
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Nach jeder Spitze wird die Spannung bis ,auf einen Wert herabgesetzt,
der vorzugsweise höchstens ein Fünftel der Spitzenspannung ist. Die Spannung kann
auf Null herabgesetzt werden, aber e5 hat sich gezeigt, daß es günstiger ist, nach
jeder Spitze noch eine bestimmte, ziemlich geringe Spannung gleicher Polarität zwischen
den Elektroden bestehen zu lassen. Diese wirkt sich wahrscheinlich derart aus, daß
infolge der hohem Feldstärke beim Auftreten einer Spitzenspannung eine gewisse Polaxisationn
der Leuchtstoffteilchen erfolgt, die, naolldem
die Spitze verschwunden;
ist, eine Weile beibehalten wird und in jedem Teilchen ein. elektrisches Feld. entgegengesetzter
Polarität erzeugt. Es ist erwünscht, dieses Feld z.: B. in der geschilderten. Weise
aufzuheben,.
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Es ist möglich, zur Speisung der Vorrichtung eine Spannung mit einer
Frequenz von 5o Perioden je Sekunde zu verwenden. Diese Spannung kann. mit verhältniemüßig
einfachen. Mitteln und; ohne-Frequenzwan,dlung aus der Netzspannung abgeleitet werden.
Die Periodendauer, während der die zwischen den: Elektroden; herrschende Spannung
niedrig ist, beträgt hierbei etwa eine hundertstel Sekunde. Vielfach ist dies ein,
günstiger Wert in dem Sinne, daß bei vielen: Elektroilumineszenzstoffen:, nachdem
die Atome angeregt worden, sind, während dieser ganzen Zeit, in der kein Feld vorha,nd.en
ist, noch eine' verhältnismäßig starke Lumineszenz verbleibt. Im allgemeinen, ist
es. erwünscht, die Speisefrequenz den: Eigenschaften, des Leuchtstoffes. derart
anzupassen,, daß beim Auftreten: einer Spitzenspannung die- Lichtintensität nur
noch höchstens. die Hälfte bis ein. Viertel der Lichtintensität unmittelbar nach
dem Verschwinden der vorangehenden Spitze beträgt. Wenn die, Inten: sität der Lumineszenz
im letztgenannten Augenblick höher ist, wird im allgemeinen der Ausbeutegewinn zu
klein.
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Die Erfindung wird an, Hand einiger in der Zeichnung dargestellterXurvenbeispielsweise
näher erläutert.
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Fiz. i a zeigt eine Speisespannung rechteckiger VVellenfärm für ein,
Lumines.zenzelement ohne suspendierendes Dielektrikum. Die Speisespannung soll hierbei
von dem Wert Null sehr schnell bis zum Wert a zunehmen und nach; einer halben, Periode
wieder sehr schnell bis auf Null abnehmen. Es wäre zu erwarten., daß infolge der
schnellen Spannungsänderungen eine starke Lumin,es.zenzwirkung auftritt. Dies trifft
aber nicht zu, da während der Zeit, in der eine Spannung zwischen, den: Elektroden,
des Lumineszen:z.elementes herrschte ein stark löschender Einfluß auf die Lumineszenz
ausgeübt wird. Die die Intensität der Lumineszenz darstellende Kurve ist in Fig.
i b, abgebildet.
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Bei einer Zunahme der Speisespannung bis zum Wert ca tritt ein. Lichtblitz
auf, deren Intensität aber, wie durch die Kurve b dargestellt, sehr schnell abnimmt.
Beim Verschwinden der Spannung tritt ein Lichtblitz auf, der stärker als der erste
ist und außerdem, wie von; der Kurve c dargestellt, während der spanniungslosen
Periode viel weniger stark ab, nimmt. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn. man
die Spannung so, hoch, treibt, daß Gleichstromlumineszenz auftritt, was bei einigen
nichtsuspendierten Elektrollumineszenzstofen möglich ist, die vorgenanntenWirkungengrößtenteils.verschwinden.
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Fig. 2 a zeigt eine Kurvenform der Speisespannung, die gemäß
der Erfindung Anwendung finden. kann:. Die Speiisespannung besteht hierbei aus einer
Aufeinanderfolge steiler positiver und negativer Spitzen.. Fig. 2 b zeigt die entsprechende,
die Intensität der Strahlung darstellende Kurve. Zweckmäßig wsrd_nan bei suspendierten
Schichten eine Speisespannung verwenden, die, in der Periode zwischen zwei Spitzen,
nicht .gleich Null ist, sondern, wie durch die gestrichelte Linie e dargestellt,
einen gewissen von Null abweichenden. Wert hat, wobei. die Polarität gleich; derjenigen,
der unmittelbar vorangehenden Spitzenspann:un:g ist.
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Spannungen von der geschilderten Wellenform können entweder unmittelbar
erzeugt oder von sinusförmigen Spannungen abgeleitet werden. Letzteres kann, in
bekannter Weise auf mechanischem Wege unter Zuhilfenahme von synchron; schwingenden
Kontakten oder synchron rotierenden- Schalteinrichtungen, erfolgen, die z. B. am
Zeitpunkt, an dem die sinusförmige Spannung ihre Minima und Maxima hat, die. Spannung
kurzweilig einschalten. Es ist auch möglich, als. solche bekannte elektronische
Einrichtungen mit einer Anzahl RC-Glieder und Entladungsröhren, zu verwenden. Auch
sind spannungsabhängige Widerstände oder s.tro,m.abhängige, ferromagn.etisches Material
enthaltende Induktivitäten, verwendbair, bei denen das ferromagüetische Material
beim Betrieb gesättigt wird, gegebenenfalls zusammen mit Kondensatoren,, Die Höhe
der Spann,ungssp:itze kann ioo V bis zu einigen .hundert Volt betragen, entsprechend
der Dicke der Elektrolumineszenzschicht.