FI86496B - Elektroluminescenselement. - Google Patents

Description

1 86496

Elektroluminenssielementti - Elektroluminescenselement

Keksintö koskee elekroluminenssielementtiä, joka soveltuu 5 käytettäväksi taustavalona ainakin vaihtovirralla, elementin sisältäessä päällekkäin järjestettynä ainakin läpinäkyvän etummaisen elektrodikalvon, elektroluminoivan kerroksen ja pohjalevyn päällä olevan taustaelektrodin. Erityisesti keksintö koskee ns. dispersiotyyppistä elektroluminenssiele-10 menttiä, jossa luminoiva kerros muodostuu pulverimuodossa olevasta luminenssin aikaansaavasta aineesta, joka on dis-pergoitu epäorgaaniseen tai orgaaniseen sideaineeseen. Seuraavassa tällaista kuvattua elektroluminenssielementtiä kutsutaan EL-elementiksi.

15

Vaihtovirralla toimivan EL-elementin perusrakenne siis muodostuu eristekerroksesta ja luminoivasta kerroksesta, jotka on pinottu taustaelektrodin ja läpinäkyvän elektrodin väliin, joiden yli annetaan vaikuttaa sinimuotoisen tai 20 bipolaaripulssimuotoisen vaihtojännitteen niin, että lu- minoivaan kerrokseen kohdistuu vahvan sähkökentän vaikutus.

! Sen vaikutuksesta luminoivassa kerroksessa syntyy luminens- si-ilmiö (ns. Gudden-Pohl-efekti), joka otetaan valona ulos ;;; läpinäkyvän elektrodin kautta. Tasavirralla toimivan EL- 25 elementin rakenteesa on luminoiva kerros taustaelektrodin ja läpinäkyvän elektrodin välissä, jolloin niiden yli syötetyt monopolaariset jännitepulssit synnyttävät luminenssi-ilmiön, joka otetaan valona ulos läpinäkyvän elektrodin kautta.

30

Perinteisesti on EL-elementit valmistettu läpinäkyvänä etummaisena elektrodina toimivan, esim. indium-tinaoksidi-pinnoitteella varustetun, lasilevyn päälle ja käyttämällä f' ' taustaelektrodina esim alumiinilevyä. Tämä johtuu siitä, 35 että tällä tavoin on saatu luminoiva kerros hyvin suojattua esim. kosteuden vaikutuksilta ja eri kerrosten välillä ei ole lämpölaajenemiskertoimien erisuuruisuudesta aiheutuvia ongelmia. Eräs tällainen rakenne on esitetty julkaisussa 2 86496 EP-0 219 940. On selvää, että tällaiset rakenteet ovat suhteellisen painavia ja myös alttiita mekaanisille vaurioille niissä käytetyn lasin vuoksi. Siten tällaiset rakenteet eivät sovellu käytettäviksi kohteissa, joissa vaatimuk-5 sena on näytön suuri koko, pieni paino ja hyvä iskunkestä-vyys. Tällaisen elementin asennus laitteeseen vaatii myös erityisiä kiinnikkeitä ja asennustyötä, mikä nostaa kustannuksia .

10 Toinen nykyisin yleistynyt rakenne, joka soveltuu käytettäväksi esim. taustavalona nestekidenäyttöjä varten tai muihin tarkoituksiin on juuri em. dispersiotyyppinen EL-elementti, jossa luminoiva aine on dispergoitu yleensä orgaaniseen sideaineeseen, jossa sekä etummainen että taustaelektrodi 15 ovat johtavalla kerroksella pinnoitettuja muovikalvoja ja jossa nämä sekä muut mahdolliset pääasiassa synteettisiä aineita olevat kerrokset on laminoitu suojaavien muovipääl-lysten väliin. Tällainen rakenne on esitetty esim. julkaisussa EP-0 314 507. Tällaisella elementillä on mahdollista 20 saavuttaa riittävä näytön koko, kohtuullisen pieni paino sekä hyvä iskunkestävyys. Tällainen EL-elementti voidaan vieläpä taivuttaa jossain määrin esim. kaarevaksi käyttölaitteen tarpeen mukaan. Haittapuolena on kuitenkin edelleen elementin kiinnitys ja liitäntä muihin laitteen komponent-25 teihin, mikä edellyttää erityisiä kiinnikkeitä lisäten tilantarvetta laitteessa ja/tai edellyttää ainakin erillisiä työvaiheita tuotantolinjaan. Kaikki tämä nostaa kustannuksia .

30 Muina käytettyinä tapoina saada aikaan esim. nestekidenäytön taustavalo voidaan mainita LED:eillä toteutettu valaistus valojohtimineen, hehkulamppu valojohteineen tai muu valolähde ja valoa siirtävä kuitukimppu. Käytännön sovellutuksissa on kaikissa näissä ongelmia, jotka tekevät näytön valaistuk-35 sesta kulloisenkin laitteen suorituskykyä huonontavan yksityiskohdan. Tällöin on vaikuttavina tekijöinä ainakin huono valaisun intensiteeetti ja tasaisuuus, suuri virrankulu- 3 86496 tus ja tilantarve sekä tietenkin suhteellisen korkea va-laisukomponentin hinta.

Keksinnön tavoitteena on siten saada aikaan dispersiotyyppi-5 nen EL-elementti, joka soveltuu käytettäväksi taustavalona esim. nestekidenäyttöjä varten, jolla on pieni virrankulutus sekä riittävä valaisuintensiteetti ja hyvä valaistuksen tasaisuus. Erityisesti keksinnön tavoitteena on saada aikaan edellä kuvatun tyyppinen EL-elementti, jonka vaatima tila 10 kulloisessakin laitteessa on mahdollisimman pieni ja joka on, ottaen huomioon elementin rakennekomponentit ja -materiaalit sekä valmistus- ja asennustyö, tuotantokustannuksiltaan edullinen lopputuotteessa. Lisäksi keksinnön tavoitteena on saada aikaan tällainen EL-elementti, joka soveltuu 15 tuotettavaksi tavanomaisen piirilevytuotannon yhteydessä vaatien mahdollisimman vähän muutoksia valmistusvaiheisiin.

Edellä kuvattujen ongelmien ratkaisemiseksi ja määriteltyjen tavoitteiden saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle elekt-20 roluminenssielementille tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa, ja keksinnön mukaisen elementin valmistamiselle se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

25 Keksinnön erityisenä etuna voidaan mainita se, että mainitun tyyppinen EL-elementti on valmistettavissa tavanomaisen piirilevyvalmistuksen yhteydessä oleellisesti siinä tunnettuja valmistusmenetelmiä soveltaen. Tällöin on tarpeen vain joidenkin tuotantovaiheiden lisääminen kyseisen laitteen 30 piirilevyvalmistuksessa muutoin vaadittuihin vaiheisiin. Koska myös tarvittavat materiaalit ovat ainakin pääosin kaupallisesti saatavia, on tuloksena kustannuksiltaan edullinen elementti. Koska elementti on samalla alustalla kuin ainakin osa laitteen muista komponenteista, on myös tilan-35 tarve minimaalinen ja liitännät yksinkertaiset.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisiin piirustuksiin viittaamalla.

5 4 86496

Kuvio 1 esittää poikkileikkausta yhdestä keksinnön mukaisen EL-elementin toteutusmuodosta vaihtovirtakäyttöä varten elementin reunan yhdestä kohdasta.

Kuvio 2 esittää pokkileikkausta toisesta keksinnön mukaisen EL-elementin toteutusmuodosta vaihtovirtaa varten elementin reunan toisesta kohdasta.

10 Kuvio 3 esittää poikkileikkausta kolmannesta keksinnön mukaisen EL-elementin toteutusmuodosta tasavirtaa varten.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista EL-elementtiä päältäpäin katsottuna kuvion 1 kohdasta.

15

Kuviosta 1 on nähtävissä sekä elektroluminenssielementin yleiset piirteet että keksinnön mukaiset piirteet. Varsinaisessa EL-elementissä on ulommaisena läpinäkyvä elektrodi-kalvo 7, joka muodostuu muovikalvosta 9 (esimerkiksi poly-20 etyleenitereftalaattikalvosta), joka on yhdeltä pinnaltaan pinnoitettu indiumoksidi- ja/tai tinaoksidipäällysteellä 8 tai vastaavalla sähköä johtavalla, mutta läpinäkyvällä päällysteellä kuten hyvin ohuella metallipäällysteellä. Tämä päällyste 8 muodostaa etummaisen elektrodin sähköä johtavan 25 osan.

Keksinnön mukaisesti on EL-elementin pohjana sinänsä tavanomainen piirilevy, joka muodostuu yleensä lasikuitu-epoksimuovi-materiaalia olevasta pohjalevystä 2. Tämän 30 pohjalevyn päällä on tavanomainen kuparipinnoite 3, joka muodostaa taustaelektrodin 1 pääasiallisen johde-elektrodin. Tämä kuparipinnoite 3 on pinta-alaltaan ja muodoltaan haluttua EL-näytön alaa vastaava. Jostain kohdasta kuparipinnoite kuitenkin jatkuu pohjalevyn pinnalla kapeana liuskana 12 35 muodostaen taustaelektrodin liitosjohdon, kuten kuviosta 4 näkyy. Taustaelektrodin 1 rakenne voi olla näin yksinkertainen, koska tarkoituksena on muodostaa tasainen valaiseva pinta eikä ilmaisevia näyttösegmenttejä. Kuvion 1 esittämäs- 5 86496 sä toteutusmuodossa kuuluu taustaelektrodiin 1 lisäksi pääasiassa nikkeliä oleva passiivikerros 4, jonka tarkoituksena on estää kuparin diffuusio pinnoitteesta 3 elektroluminoi-vaan kerrokseen 6, mikä kontrolloimattomana voisi johtaa 5 luminoivan kerroksen ominaisuuksien ei-haluttuun muuttumiseen. Erityisesti tämä passiivikerros 4 on tarpeen haluttaessa muodostaa tasavirralla toimiva EL-elementti, jossa jäljempänä selitettävää eristekerrosta ei ole. Passiivi-kerros voidaan muodostaa nikkelistä sinänsä tunnetuilla 10 piirilevyn valmistusprosessin vaiheilla, joten asiaa ei tässä selosteta tarkemmin.

Taustaelektrodin 1 päälle levitetään sitten sopivalla menetelmällä, kuten silkkipainomenetelmällä, eristekerros 5, 15 joka on välttämätön vaihtovirralla käytettävässä EL-elemen-tissä sähköisen eristyksen aikaansaamiseksi johde-elektrodien (3, 8) välille. Eristekerros 5 muodostuu esimerkiksi pulverimuodossa olevasta korkean dielektrisyysvakion omaavasta epäorgaanisesta materiaalista, kuten bariumtitanaatis-20 ta, lyijytitanaatista, strontiumtitanaatista tms., joka on dispergoitu kovettuvaan orgaaniseen sideaineeseen. Voidaan myös käyttää orgaanisia materiaaleja, joilla on riittävän korkea dielektrisyysvakio, sopivan sideaineen kanssa. Tasavirralla toimivassa EL-elementissä tätä eristekerrosta ei 25 käytetä, kuten on esitetty kuviossa 3.

Vaihtovirtatapauksessa em. eristekerroksen 5 päälle ja tasavirtatapauksessa em. passiivikerroksen 4 päälle levitetään EL-elementin luminoiva kerros 6, joka koostuu pulveri-30 muodossa olevasta sinkkisulfidistä, johon on seostettu aktivaattoria kuten kuparia tai mangaania ja mahdollisia lisäaktivaattoreita kuten klooria, bromia tai alumiinia.

Tämä aktiivinen pulveri on dispergoitu sopivaan synteettiseen hartsiin, joka mahdollistaa massan levityksen kuvion 35 1 tapauksessa taustaelektrodin 1 päällä olevan eristekerrok sen 5 pinnalle esimerkiksi sopivalla painomenetelmällä, kuten silkkipainomenetelmällä. Lisäksi luminoivan kerroksen 6 muodostava massa voi sisältää välikemateriaalia, jolla s 86496 kerroksen 6 paksuus saadaan valmistuksessa pysymään tasaisena, sekä muita mahdollisia lisäaineita. Luminoivan kerroksen aikaansaamiseksi tarpeellisia aineita on kaupallisesti saatavissa useita eri tyyppejä, joten niitä ja kerroksen 5 prosessointia ei tässä siten selitetä tarkemmin. Tuloksena kuitenkin tulee olla oleellisesti kiinteä elektroluminoiva kerros 6 esimerkiksi mainitun synteettisen hartsin polymeroitumisen tuloksena.

10 Edellä kuvatuista kerroksista kaikki ovat likimain halutun valaisevan pinta-alan kokoisia ja muotoisia, mutta tyypillisesti aina ulompana oleva kerros on hieman pienempi kuin lähempänä pohjaa oleva, jotta väärät kerrokset eivät tulisi kosketuksiin toistensa kanssa. Siten eristekerros 5 on 15 pienempi kuin taustaelektrodi 1, luminoiva kerros 6 pienempi kuin eristekerros tai vastaavasti taustaelektrodi ja elekt-rodikalvon 7 johtava päällyste 8 pienempi kuin luminoiva kerros.

20 Seuraavaksi puristetaan edellä kuvatulla tavalla saadun pohjalevystä 2, taustaelektrodista 1, eristekerroksesta ja elektroluminoivasta kerroksesta 6 muodostuneen laminaatin päälle mainittu läpinäkyvä etummainen elektrodikalvo 7 sen johde-elektrodipäällyste 8 luminoivaa kerrosta 6 vasten 25 niin, että kalvo 7 tarttuu alla olevaan laminaattiin. Elekt-rodikalvon 7 muovikalvo-osuus 9 voi olla kooltaan sama kuin sen johdepäällyste 8, jolloin kalvo on itse asiassa leikattu yhtenäisestä kalvoaihiosta tai muovikalvo-osuus voi olla suurempi kuin johdepäällyste, jolloin elektrodikalvo on 30 valmistettu yksittäisinä kappaleina. Ennen elektrodikalvon 7 paikalleenpuristusta on sen johdepäällysteeseen kiinnitetty liitos johto 13 virran johtamiseksi siihen, kuten on esitetty kuviossa 2. Mikäli muovikalvo-osuus 9 on riittävän suuri, se voidaan kiinnittää reunoistaan pohjalevyyn muiden 35 kerrosten reunojen ulkopuolella.

Lopuksi edellä kuvatun EL-elementin päälle sijoitetaan kalvomainen suojapäällyste 11, joka on oleellisesti laajempi li 7 86496 kuin taustaelektrodi 1, eristekerros 5, luminoiva kerros 6 ja etummainen elektrodikalvo 7 ja joka kiinnitetään pohjale-vyyn 2 liimaamalla, hitsaamalla tai muulla sopivalla tavalla. Tämä suojapäällyste voi muodostua esimerkiksi nailonkal-5 von 14 ja fluorihartsikalvon kuten polytetrafluoreteenikal-von 15 muodostamasta laminaatista tai muusta riittävän kosteussuojän antavasta muovista tai laminaatista. Liitos-johdot 12, 13 kulkevat tämän suojapäällysteen 11 ja pohjale-vyn 2 liitoksen kautta, kuten näkyy kuviosta 4. Vastaavalla 10 tavalla voi tietenkin myös itse pohjalevy 2 muodostua muustakin materiaalista kuin edellä mainitusta lujitemuovista kuten jostain laminaatista tai materiaaliyhdistelmästä.

Kuvion 3 rakenne on muuten samantyyppinen kuin mikä on 15 edellä kuvattu paitsi, että eristekerrosta ei ole, koska kyse on tasavirralla toimivasta EL-elementistä. Keksinnön mukaisen EL-elementin sisältävällä piirilevyllä voi edullisesti olla muitakin kytkentöjä ja komponentteja.

Claims (8)

1. Elektroluminenssielementti, joka soveltuu käytettäväksi taustavalona ainakin vaihtovirralla, elementin (10) sisältäessä päällekkäin järjestettynä ainakin läpinäkyvän 5 etummaisen elektrodikalvon (7), elektroluminoivan kerroksen (6) ja pohjalevyn (2) päällä olevan taustaelektrodin (1), tunnettu siitä, että taustaelektrodi (1) muodostuu ainakin piirilevyn kuparipinnoitteesta (3) ja pohjalevy tämän piirilevyn eristävää ainetta olevasta kantavasta rungosta (2), 10 jonka pinnalla mainittu kuparipinnoitus on, että mainittu elektrodikalvo (7) muodostuu sinänsä tunnetusta metalli-tai metallioksidipäällysteellä (8) varustetusta muovikalvosta (9), ja että elektroluminoiva kerros (6) sijaitsee näiden toisiaan kohti osoittavien kuparipinnoitteen (3) ja metal-15 li/metallioksidipäällysteen (8) välissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, tunnettu siitä, että taustaelektrodi (1) sisältää kuparipinnoitteen (3) elektroluminoivaa kerrosta päin osoittavalla pinnallaan 20 lisäksi pääasiassa nikkelistä koostuvan passiivikerroksen (4) .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elementti, tunnettu siitä, että taustaelektrodin (1) kuparipinnoitteen (3) 25 tai vastaavasti passiivikerroksen (4) ja elektroluminoivan kerroksen (6) välissä on eristekerros (5) sähköisesti eristävää ainetta, jolla on suuri dielektrisyysvakio.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen element-30 ti, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää kalvomaisen suojapäällysteen (11), joka ulottuu taustaelektrodin (1) pääosien, mahdollisen eristekerroksen (5), elektroluminoivan kerroksen (6) ja läpinäkyvän etummaisen elektrodikalvon (7) pääosien ulkopuolelle kiinnittyen reunoistaan pohjale-35 vyyn (2) ja jonka suojapäällysteen läpi elektrodijohteiden (3, 8) liitos johdot (12) kulkevat. I, 9 86496

5. Menetelmä sellaisen patenttivaatimuksen 1 mukaisen elektroluminenssielementin valmistamiseksi, joka soveltuu käytettäväksi taustavalona vaihtovirralla, elementin (10) sisältäessä päällekkäin järjestettynä ainakin läpinäkyvän 5 etummaisen elektrodikalvon (7), elektroluminoivan kerroksen (6) ja pohjalevyn (2) päällä olevan taustaelektrodin (1), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää ainakin seuraavat vaiheet: 1. valmistetaan piirilevy pohjalevylle (2) sinänsä tunne-10 tulla tavalla, jolloin saadaan kuparipinnoitteen (3) sisältävä taustaelektrodi (1), jonka alue vastaa vähintään haluttua valaisevaa pintaa; 2. levitetään taustaelektrodin kuparipinnoitteen (3) päälle eristekerros (5) sähköisesti eristävää ainetta, jolla on 15 suuri dielektrisyysvakio; 3. levitetään eristekerroksen päälle elektroluminoivaa ainetta oleva kerros (6); 4. puristetaan pöhjalevystä, kuparipinnoitteesta, eriste-kerroksesta ja elektroluminoivasta kerroksesta syntyneen 20 laminaatin päälle muovikalvosta ja sen metalli/metalliok-sidipäällysteestä koostuva etummainen läpinäkyvä elektrodi (7) sen johde-elektrodi (8) luminoivaa kerrosta (6) vasten.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että piirilevyn valmistusvaihe sisältää lisäksi osavaiheen, jossa kuparipinnoite (3) päällystetään oleellisesti nikkeliä olevalla passiivikerroksella (4).

7. Menetelmä sellaisen patenttivaatimuksen 1 mukaisen 30 elektroluminenssielementin valmistamiseksi, joka soveltuu käytettäväksi taustavalona tasavirralla, elementin (10) sisältäessä päällekkäin järjestettynä ainakin läpinäkyvän etummaisen elektrodikalvon (7), elektroluminoivan kerroksen (6) ja pohjalevyn (2) päällä olevan taustaelektrodin (1), 35 tunnettu siitä, että menetelmä käsittää ainakin seuraavat vaiheet: 1. valmistetaan piirilevy pohjalevylle (2) sinänsä tunnetulla tavalla, jolloin saadaan kuparipinnoitteen (3) sisältävä 10 86496 taustaelektrodi (1), jonka alue vastaa vähintään haluttua valaisevaa pintaa; 2. päällystetään taustaelektrodin kuparipinnoite (3) oleellisesti nikkeliä olevalla passiivikerroksella (4); 5 3) levitetään passiivikerroksen päälle elektroluminoivaa ainetta oleva kerros (6); 4. puristetaan pöhjalevystä, kuparipinnoitteesta, passii-vikerroksesta ja elektroluminoivasta kerroksesta syntyneen laminaatin päälle muovikalvosta ja sen metalli/metalliok- 10 sidipäällysteestä koostuva etummainen läpinäkyvä elektrodi (7) sen johde-elektrodi (8) luminoivaa kerrosta (6) vasten.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä sisältää vielä viimeiseksi 15 vaiheen: 5. sijoitetaan elektroluminenssikomponenttien päälle kalvo-mainen suojapäällyste (11), joka on laajempi kuin tausta-elektrodin (1) pääosat, mahdollinen eristekerros (5), elektroluminoiva kerros (6) ja läpinäkyvän etummaisen elekt- 20 rodikalvon (7) pääosat, ja kiinnitetään tämä suojapäällyste pohjalevyyn (2) liimaamalla tai hitsaamalla tai muulla tavoin siten, että kuparipinnoitteesta ja metalli/metal-lioksidipäällysteestä tulevat liitos johdot kulkevat mainitun kiinnitysalueen kautta. 25 11 86496