DE1149140B

DE1149140B - Fritte zur Herstellung von Leuchtemails

Info

Publication number: DE1149140B
Application number: DEW27924A
Authority: DE
Inventors: Nicholas F Cerulli
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-05-28
Filing date: 1960-05-27
Publication date: 1963-05-22
Also published as: GB889888A; US3005722A; NL251694A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

W27924VIb/32b

ANMELDETAG: 27. MAI 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 22. MAI 1963

Die Erfindung betrifft eine Fritte zur Herstellung von Leuchtemails, insbesondere für elektrolumineszente Vorrichtungen.

Es ist bekannt, zur Herstellung elektrolumineszenter Vorrichtungen Partikeln des elektrolumineszenten Phosphors in einer Schicht aus geschmolzenem Material aus Keramik oder Glas einzulagern. Ferner ist es bekannt, auf diese Weise auch Leuchtemail herzustellen. Dabei wird zunächst eine Schmelzmasse hergestellt, die dann zu einer Fritte pulverisiert und mit der richtigen Menge des elektrolumineszenten Phosphors vermischt wird. Eine Schicht dieser Mischung wird dann auf einen geeigneten Metallträger, ζ. B. ein Eisenblech, aufgebracht und dann darauf gebrannt, um auf diese Weise den gewünschten Schmelzüberzug aus dielektrischem Phosphor herzustellen. Da das hierbei entstehende Email die elektrolumineszenten Phosphorartikel fest in sich eingeschlossen enthält, dient es sowohl als Dielektrikum als auch als Schutzmasse für diese und muß demgemäß nicht nur passende elektrische Eigenschaften, sondern auch die notwendigen physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften besitzen.

Um zur Verwendung in elektrolumineszenten Vorrichtungen geeignet zu sein, muß das Leuchtemail folgende Eigenschaften besitzen:

Sein Ausdehnungskoeffizient soll angenähert gleich dem des Trägermaterials sein, so daß der Schmelzüberzug gegen mechanische und thermische Einwirkungen widerstandsfähig ist und von Haarrissen, Sprüngen, Beschädigungen usw. frei bleibt. Das Email soll bei einer Temperatur, die unterhalb der Zersetzungstemperatur des elektrolumineszenten Phosphors liegt und bei der seine Lichtaussendung bereits stark verschlechtert wäre, eingebrannt werden. Bei Zinksulfid-Elektrolumineszenz-Phosphoren soll das Email eine Einbrenntemperatur unterhalb 700° C, vorzugsweise bei ungefähr 600° C haben. Die während des Einbrennvorganges gebildete Schmelze soll die elektrolumineszenten Phosphorpartikeln vollständig benetzen, und Viskosität und Oberflächenspannung der Schmelze sollen so groß sein, daß ein homogener Emailüberzug von gleichmäßiger Dicke gebildet wird.

Das Email soll auch keine Verunreinigungen, beispielsweise von Nickel, Kobalt, Eisen, Tellur oder Selen enthalten, die dazu neigen würden, mit dem elektrolumineszenten Phosphor zu reagieren und seine Fähigkeit zur Lichterzeugung abzuschwächen. Es soll ferner nicht hygroskopisch sein, da durch Wasserabsorption die elektrischen Eigenschaften verschlechtert werden und dadurch wiederum seine Fritte zur Herstellung von Leuchtemails

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. Mai 1959 (Nr. 816 405)

Nicholas F. Cerulli, Caldwell, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Leistungsfähigkeit schädlich beeinflußt wird. Aus den gleichen Gründen soll das Email gute chemische Beständigkeit, einen geringen Verlustfaktor und eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen. Wünschenswert ist ein Verlustfaktor, der 0,004 (bei Zimmertemperatur) bei einer Frequenz, die zwischen 100 und 10 000 Hz liegt, nicht übersteigt, und eine Dielektrizitätskonstante, die größer als 7 ist. Das Email soll ein guter Isolator sein und eine Durchbruchfeldstärke von mindestens 100 kV/cm haben.

Das Email soll schließlich im wesentlichen farblos sein und für das von dem Phosphor erzeugte Licht durchlässig sein. Wünschenswert ist, daß das Email sichtbares Licht und ultraviolette Strahlung bis zu ungefähr 3650 Angström durchläßt. Während man bei den bekannten Leuchtemails jede der genannten Eigenschaften unter Verzicht auf andere Eigenschaften erhalten kann und auch viele Emailsorten bekannt sind, die die gewünschten elektrischen Eigenschaften besitzen, ist jedoch kein Email bekannt, das alle genannten Eigenschaften zugleich besitzt. Auf Grund dessen sind die bisher bekannten Emails nicht unbedingt für eine Verwendung bei elektrolumineszenten Vorrichtungen geeignet.

Es wurde festgestellt, daß durch eine Kombination von bestimmten Mengenanteilen gewisser Alkalioxyde mit bestimmten Mengenanteilen Zinkoxyd, Boroxyd und anderen ausgewählten Materialien eine Zink-Silikat-Borat-Glasfritte gebildet wird, die nicht nur die gewünschten elektrischen Eigenschaften und eine niedrige Einbrenntemperatur aufweist, sondern überraschenderweise auch alle anderen der vorher genannten Forderungen erfüllt.

309 597/138

Die Zusammensetzung der lässigen Mengenanteile sind in Tabelle I aufgeführt:

Tabelle I

Fritte und ihre zuder nachstehenden

Bestandteil	Mengenanteil in Gewichtsprozent
Li₂O Na₂O K₂O BaO ZnO Al₂O₃ TiO₂ B₂O₃ SiO₂	0,5 bis 2 2 bis 8 4 bis 16 3 bis 10 20 bis 40 Ibis 5 Ibis 7 18 bis 36 7 bis 14
Fluoride	100 O bis 2

Während die Konzentration von Li₂O, Na₂O und K₂O innerhalb der angegebenen Bereiche schwanken Die genannten Fritten werden durch Vermischen von Carbonaten, Boraten usw. der verschiedenen Bestandteile hergestellt, die in die entsprechenden Oxyde während des Schmelzvorganges zerfallen. Beispielsweise kann der Gehalt an Boroxyd aus den Bestandteilen der Ausgangsmischung, wie Borsäure oder Borax, berechnet werden.

Die Fritte wird nach üblichen Verfahren hergestellt. Beispielsweise werden die Bestandteile, die beim Erhitzen die berechneten Oxydverbindungen ergeben, miteinander vermischt und in einem Schmelztiegel während ¹Za bis 1 Stunde auf 1250° C erhitzt. Vorzugsweise wird dazu ein Platintiegel verwendet, um zu verhindern, daß das Schmelzgut während des Schmelzvorganges verunreinigt wird. Die Durchführung des Schmelzvorganges ist nicht kritisch; es können auch andere Temperaturen und Zeiten dabei angewendet werden.

Nach dem Abkühlen wird die Schmelze in an sich bekannter Weise zu einem Pulver oder einer sogenannten »Fritte« gemahlen. Die Partikelgröße der Fritte ist nicht kritisch und kann beispielsweise so groß sein, daß die Fritte durch ein Sieb hindurchgeht, das 128 Maschen je Zentimeter Länge besitzt. Die Fritte wird, wie an sich bekannt, dann mit einer vorgegebenen Menge von elektrolumineszentem Phosphor, z. B. dem bekannten mit Kupfer aktivierten Zink-Sulfid-Phosphor vermischt und die sich daraus ergebende Mischung auf einer Trägerplatte nieder

kann, ist es wichtig, daß das Verhältnis von Li₂O: Na₂O: K₂O bei ungefähr 1:4:8 gehalten wird, damit die Fritte die gewünschte niedrige Brenntemperatur besitzt. Wie in der Tabelle 1 angegeben, können bis zu 2 Gewichtsprozent der nichtalkalischen Oxyde

in der Form eines Fluorids irgendeiner der Verbin- ₃₀ geschlagen, z. B. einem sauberen mit einem düngen vorliegen, ohne daß dabei bemerkbare Ände- Porzellanemail überzogenen Eisenblech, und darauf rangen der Eigenschaften der Fritte eintreten. Außerdem können bis zu 5 Gewichtsprozent CaO, MgO und/oder P₂O₅ vorhanden sein, um in bekannter Weise die chemische Widerstandsfähigkeit und Härte 35 der Fritte zu vergrößern.

Spezielle Beispiele verschiedener Fritten gemäß der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle II zusammen mit verschiedenen ihrer besonders kritischen Eigenschaften aufgeführt. Die Verbindungen sind in Ge- ₄₀ tikeln Tn sich auf,' ohne sie zu beeinträchtigen, sind Wichtsprozenten ihrer entsprechenden Mengenanteile _m Luft chemisch stabil und durchlässig für die von auf der üblichen Oxydbasis angegeben. dem elektrolumineszenten Phosphor erzeugte Strah

lung.

durch Erhitzen in Luft bis zur Einbrenntemperatur des speziell verwendeten Emails geschmolzen.

Leuchtemails, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, bilden einen klaren, glänzenden Überzug nach dem Einbrennen, der in bezug auf den elektrolumineszenten Phosphor neutral ist und hartnäckig auf dem Trägermaterial haftet. Die Fritten besitzen gute Fließeigenschaften, nehmen leicht die Phosphorpar-

Tabelle II

Bestandteile

Beispiele

112

Li₂O

Na₂O

K₂O

BaO

ZnO

Al₂O₃

TiO₂

B₂O₃

SiO₂

Fluoride ,

Brenntemperatur, ⁰C . Dielektrizitätskonstante E

Verlustfaktor

Durchbruchfeldstärke (kV/cm)

1,3

5,2 10,3

6,2 30,8

2,6

3,6 27,5 12,5

0,4

580

7,8 0,001

157

1,5

6,1 12,0

6,0 29,8

2,5

3,5 26,6 12,0

0,4

540

7,7 0,001

157

1,6

6,7 12,9

5,5 27,3

2,3

3,2 33,3

7,2

0,4

520

Π Q

0,001 157

Claims

Patentansprüche

1. Fritte zur Herstellung von Leuchtemails, insbesondere für elektrolumineszente Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte an Ge-Wichtsanteilen 0,5 bis 2¹⁰ZoLi₂O, 2 bis 8°/» Na₂O,

4 bis 16°/» K₂O, 3 bis 10⁰Zo BaO, 20 bis 40⁰ZoZnO, 1 bis 5«/o Al₂O₃, 1 bis 7«ZoTi0₂, 18 bis 36°Z» B₂O₃ und 7 bis 14⁰Zo SiO₂ enthält, wobei das Verhältnis von Li,O: Na₂O: K₂O ungefähr 1:4:8 beträgt.

2. Fritte nach Ansprach 1, dadurch gekeimzeichnet, daß bis zu 2 Gewichtsprozent der nichtalkalischen Oxyde aus Fluorid bestehen.

3. Fritte nach Ansprach 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz von CaO, MgO undZoder P₂O₅, wobei die Gesamtmenge dieser Stoffe

5 Gewichtsprozent der Fritte nicht übersteigt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 166 802; französische Patentschrift Nr. 1177 470.