книги из ГПНТБ / Прикладная электролюминесценция

рассчитать зависимость поля на люминофоре и яркости ЭЛК от е и tg бпот связующего [3, 4] *.

Расчетные данные показывают, что яркости ЭЛК на основе связующих с небольшими диэлектрическими по­ стоянными, но с большими потерями могут быть доста­ точно высокими. С другой стороны, при достаточно боль­ ших значениях е' диэлектрик должен иметь минималь­ ный itg6 noT, так как, не оказывая в этом случае сущест­

венного влияния на яркость, диэлектрические потери приводят к снижению светоотдачи. Для реальных свя­ зующих с itg6пот<0,25 и е'>10 эти потери играют не­ большую роль.

Следует иметь в виду еще одну характеристику ЭЛК, на которую величина диэлектрической постоянной свя­ зующего оказывает сильное влияние,— величину свето­ отдачи. В работе [1] рассчитана зависимость светоотда­ чи т] от диэлектрической постоянной связующей среды и показано, что зависимость т)= /(е) проходит через мак­ симум в области сравнительно, низких значений е(8 — 1 0 ).

Таким образом, с точки зрения коэффициента полез­ ного действия ЭЛК не имеет смысла увеличивать диэлек­ трическую постоянную связующего вещества даже до

в ЭЛК ряда связующих: пластифицированной нитроцел­ люлозы, аральдитов (эпоксидные смолы), поливинихлорида и его сополимеров с винилацетатом, метакриловых полимеров, смеси смол меламиноформальдегидной, алкиднофталевой и полиэфирной, стекловидных эмалей. Они более или менее отвечают необходимым требовани­ ям, имеют довольно близкие значения диэлектрических постоянных (в пределах 4—6 ).

Экспериментальные исследования и подбор отечест­ венных связующих были проведены более чем на 30 ма­

стеклянную подложку со слоем Sn02 и алюминием в ка­

честве второго электрода, показали следующее:

— лучшую яркость свечения имеют конденсаторы, изготовленные на лаке ЭП-096 (30 кд/м2 (нт));

* В предыдущем параграфе потери в диэлектрике не учитыва­ лись.

160

— хорошую яркость свечения (20—25 кд/м2) дают конденсаторы, изготовленные на эпоксидных материа­ лах (лаки ЭП-074, Э-4 100), на основе смол ЭД-П, ЭД-Л. Применение этих смол с отвердителем полиэтиленполиамином позволяет получить электролюминесцирующее покрытие при нормальных температурных условиях (температура 20°С);

— конденсаторы, изготовленные на лаках ВЛ-7, 976-1, ГФ-95, МЛ-92, МС-25, на основе мочевиноформальдегидной смолы, и ряд других дают худшие показатели (15—20 кд/м2) по яркости свечения в сравнении с лаком ЭП-096. Значительно уступают лаку ЭП-096 лаки АО, метальвин, полистирол и ряд других материалов (2 —

4кд/м2) ;

—наибольшую электрическую прочность из испы­ танных вариантов имеют конденсаторы, изготовленные на лаках ЭП-096, МЛ-92, МС-25, смолах ЭД-Л, ЭД-5, ЭМ-Т.

Сравнительные испытания (включая испытания на срок службы) ЭЛК, изготовленных на основе различных связующих и имеющих близкие характеристики по ярко­ сти и пробивному напряжению, показали, что наилуч­ шим комплексом свойств обладает лак ЭП-096.

Невозможность реализации достаточных уровней яркости на связующих с е= 3-н-5 при использовании элек­ тролюминофоров с желтым и красным цветом свечения стимулировали продолжение работ по подбору связую­ щего диэлектрика с высокой диэлектрической проница­ емостью. В результате были предложены новые связую­ щие: цианэтилцеллюлоза [6 ] и цианэтиловый эфир поли­

винилового спирта, имеющие диэлектрическую постоян­ ную около 13. В соответствии с формулой (4.16) увели­ чение диэлектрической постоянной связующего от 5 до 15 позволяет при прочих равных условиях ожидать по­ лучение слоев с яркостью в 5 раз большей.

В настоящее время цианэтилцеллюлоза, по-видимо­ му, является основным связующим для ЭЛК, применя­ емым за рубежом. Цианэтиловый эфир поливинилового спирта (ЦЭПС) и лак ВС-530 на его основе имеют ха­ рактеристики, аналогичные цианэтилцеллюлозе [7]. Испы­ тания показали, что такое связующее имеет удовлетво рительную адгезию к токопроводящим слоям (двуокись олова, медь, серебро) и не вступает в химическое взаи­ модействие с цинксульфидными люминофорами. Влаго­

набухание связующего при выдержке в течение 48 ч в атмосфере с относительной влажностью 98% состав­ ляет 7—10%. Введение небольшого количества добавок снижает влагонабухание до 3—5% при существенном улучшении адгезионных свойств. Электрические харак­ теристики ВС-530 приведены в табл. 4.2.

На основе ЦЭПС были получены ЭЛК, характери­ стики которых приведены в табл. 4.3 (для сравнения там же приведены данные по слоям на основе лака ЭП-096). Яркость слоев на основе ВС-530 и ЭП-096 сни­ жается с течением времени почти с одинаковой скоро­ стью (спад яркости для ВС-530 в течение 1 000 ч состав­ ляет в среднем 50—60%)- Поэтому применение нового

связующего (в сравнении с лаком ЭП-096) позволяет получить в 2 —3 раза большую яркость при принятых

режимах возбуждения или, сохранив яркость, перейти

162

Таким образом, уменьшением толщины слоя, применением в ка­ честве диэлектриков смол с высокой диэлектрической проницаемо­ стью (ВС-530) и использованием более крупнозернистых электролю­ минофоров может быть достигнута начальная яркость ЭЛК около 2о—30 кд/м2 (нт) при напряжениях возбуждения около 35—40 В и частоте 3—5 кГц. Однако при этих режимах не обеспечивается удо­ влетворительная сохраняемость яркости (8].

Типичная зависимость яркости ЭЛК от концентрации электро­ люминофора в слое диэлектрика приведена на рис. 4.1. Для электро­ люминофоров каждого цвета свечения за 100% условно принята яркость свечения при весовом отношении люминофора к диэлектрику равном 1:1. Весовое отношение электролюминофора к сухому остат­ ку диэлектрика (расчетные данные) изменялось от 0,25:1 до 2,5:1.

Рис. 4.1. Зависимость ярко­ сти ЭЛК от концентрации фосфора в связующем ди­ электрике ЭП-096 (весовое

А — ЭЛ-580М.

(При больших концентрациях процесс нанесения слоев методом пуль­ веризации затруднен.) Диэлектриком служил эпоксидный лак ЭП-096. Истинная концентрация люминофора в слое, которая может быть пересчитана в объемную концентрацию V, определялась методом вы­ жигания биндера с учетом перехода ZnS в ZnO. Определенная таким способом концентрация электролюминофора в готовых ЭЛК прибли­ зительно в 1,3—1,5 раз выше расчетной. Это объясняется, по-види­ мому, тем, что при пульверизации часть диэлектрика не достигает токопроводящего стекла. Приведенные величины концентрации элек­ тролюминофоров в слое диэлектрика рассчитаны с учетом получен­ ного коэффициента 1,4. Каждая точка на рис. 4.1 представляет собой средний результат измерений, проведенных не менее чем па 5 ЭЛК.

Из рисунка видно, что по мере увеличения весового отношения электролюминофора к диэлектрику яркость свечения возрастает. Это происходит вследствие того, что возрастает общее число светящихся частиц и, кроме того, увеличивается число частиц, контактирующих друг с другом, яркость свечения которых при равных напряжениях значительно превосходит яркость свечения изолированных частиц, что подтверждает результаты, изложенные в § 4.1. Следует отметить, что повышение яркости свечения при увеличении концентрации люмино­ фора в слое диэлектрика при одних и тех же условиях возбуждения (/ = 400 Гц, (§=2,5-104 В/см) происходит почти одинаково для разных электролюминофоров.

При изменении напряженности возбуждающего поля ход зави­ симости яркости свечения ЭЛК от концентрации люминофора в слое диэлектрика изменяется. Как следует из рис. 4.2, чем выше напря­ женность возбуждающего поля, тем менее круто идут кривые. Эти данные хорошо согласуются с результатами (2], где показано, что по

164

тролюминофора к диэлектрику, равным 1:1.)

Учитывая вышеизложенное, можно считать оптимальным с точки зрения яркости, стабильности, пробивного напряжения, а также све­ тоотдачи весовое соотношение электролюминофора к диэлектрику

165

в готовых конденсаторах, равное приблизительно 1,5:1. Зависимость светоотдачи от концентрации люминофора в слое диэлектрика (рис. 4.5) имеет максимум при весовом отношении люминофора и

время люминофор повышенной стабильности зеленого цвета свечения выпускается под маркой ЭЛ-516).

4.4.ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ПРИБОРОВ

В изготовлении электролюмииесцентных приборов существуют два основных технологических направления, определяемые природой и свойствами материалов, используемых в качестве связующего вещества при фор­ мировании ЭЛК:

1 ) приборы с органическим связующим; 2 ) приборы на неорганической, стеклоэмалевой (ке­

рамической) основе.

Использование связующих веществ с резко отличны­ ми свойствами определяет специфику технологических процессов и эксплуатационные характеристики прибо­ ров. Конструктивно электролюминесцентные панели мо­ гут выполняться на различных основаниях (рис. 4.6).

166

N » --ч, ‘“J i Ч : ^ N >

Рис. 4.6. Основные принципы конструцп^вно-технологического вы­ полнения электролюмииесцентпых приборов разного назначения

(а, б, в, г).

таллическая пластина — основание; 6 — контакты; 7 — защитное покрытие.

В зависимости от материала основания и типа связую­ щего возможны различные варианты: приборы с орга­ ническим связующим выполняются на стеклянном (а), органическом (б) (жестком и гибком) основаниях, при­ боры с керамическим связующим — на металлическом (в) и стеклянном (г) основаниях.

Приборы с органическим связующим диэлектриком

Несмотря на существенное различие особенностей технологического процесса изготовления электролюминесцентных приборов с органическим связующим на раз­ личных основаниях и значительные конструктивные от­ личия приборов разного типа и назначения, технологи­ ческий процесс может быть представлен общей упро­ щенной схемой, отдельные элементы которой могут быть исключены или изменены в конкретных случаях. Схема технологического процесса, отражающая последователь­ ность основных и вспомогательных операций, показана

на рис. 4.7.

Получение прозрачных электропроводящих покрытий и их свойства. Для получения прозрачных электропрово­ дящих покрытий на стекле используют тонкие пленки

167

Рис. 4.7. Схема технологического процесса изготовления ЭЛ при­ боров:

-------------- основные операции; — -------— вспомогательные операции.

окислов металлов различного химического состава (окись олова, индия, кадмия, титана, сурьмы, свинца и др.). В зависимости от состава и толщины пленок их удельное поверхностное сопротивление можно изменять от тысяч до нескольких единиц ом на квадрат. С увеличением толщины пленки ее сопротивление падает, а поглощение света растет. Для получения электропроводящих пленок на стекле чаще всего применяют галоидные соединения

168

Тех металлов, окиси которых нужно получить на поверх­ ности стекла.

Известно несколько различных способов получения электропроводящих покрытий на стекле:

—конденсация на стекле тонкого слоя металла с по­ следующим его окислением;

—термодиффузия попов металла из толщи на по­

верхность стекла и последующее их восстановление в атмосфере водорода до металла при высокой темпера­ туре (стекла с содержанием окислов свинца, висмута, меди, серебра и др.);

— конденсация на разогретом стекле паров, обра­ зующихся при нагревании твердых или жидких пленко­ образующих веществ (пиролиз);

—нанесение на разогретую поверхность стекла плен­ кообразующих растворов (погружение, полив);

—обработка разогретого стекла аэрозолями из плен­ кообразующих веществ (распыление сжатым воздухом).

Наибольшее распространение в качестве прозрачных проводящих слоев на стекле при изготовлении электролюминесцентных приборов получили полупроводнико­ вые пленки двуокиси олова (ЭпОг). Промышленное рас­ пространение имеют два метода: метод пиролиза паров хлористого олова на поверхности стекла и аэрозольный метод обработки стекла растворами хлоридов пульвери­ зацией.

Метод пиролиза {9] осуществляется при температу­ ре 300—500 °С в печи периодического действия. После тщательной подготовки поверхности обрабатываемая деталь (подложка) укрепляется в горизонтальном поло­ жении. Когда она примет окружающую температуру, к нижнёму отверстию печи, которое во время разогрева стекла закрывается шибером, подводится электрическая печь — испаритель меньшего размера, в которую вмон­ тирован открытый сосуд для испаряемой соли. Темпера­ тура испарителя на 30—50° превышает температуру печи с подложкой. В испаритель засыпают навеску SnC^, соль медленно испаряется. Восходящие пары омывают

прозрачная электропроводящая пленка состава SnC>2 .

Толщина пленки, ее сопротивление и прозрачность регу­ лируется количеством испаряемой соли. Для увеличения прозрачности пленки и ее электропроводности в состав

169