Розділ 2
Технологія виготовлення та методика дослідження електричних і оптичних
параметрів електролюмінесцентних випромінювачів
Сучасні досягнення в технології матеріалів та електроніці, а також вимоги,
висунуті ринком щодо освітлювальних систем, є передумовою значного збільшення
ролі електролюмінесцентної технології у виробництві випромінювачів та
освітлювальних систем електролюмінесцентного типу.
Особливу увагу привертають електромінесцентні випромінювачі (ЕЛВ) гнучкого
типу, які формуються за товстоплівковою технологією у виді шарів. Це зумовлено
тим, що вони дають можливість забезпечити різну форму і площу освітлення,
кольори світіння, відносно довготривалий строк служби, дешевшу технологію
виробництва, меншу потужність живлення.
2.1. Конструкція та топологія плоских ЕЛВ
За своєю конструкцією такий ЕЛВ являє собою плоский конденсатор, між провідними
обкладками якого знаходиться неорганічний люмінофор (сполука сульфіду цинку).
При прикладанні змінної напруги до електродів в частинках люмінофору
створюється змінне електричне поле, яке є причиною люмінесценції.
Параметри таких електролюмінесцентних систем залежать не тільки від параметрів
шару неорганічного фосфору, а і від параметрів допоміжних шарів (електроди,
діелектрики, герметизація) та параметрів технологічного процесу. Систему
матеріалів, що необхідна для виготовлення ЕЛВ методом трафаретного друку
розробила відома французька фірма DuPont Luxprint. Але, як показано вище
(розд. 1), властивості ЕЛВ суттєво залежать від хімічної чистоти матеріалу та
типу активатора, тому виникає необхідність у проведенні досліджень для
встановлення як оптимальних параметрів використовуваних матеріалів, так і
параметрів технологічного процесу для покращення експлуатаційних показників
електролюмінесцентних систем.
Електролюмінесцентний випромінювач виготовлявся за товстоплівковою технологією
і складався з сендвіч-структури, що мала відповідну підкладку, задній електрод,
ізоляційний шар (прозорий або напівпрозорий), передній електрод та захисний
шар.
На сьогодні розроблено і виготовляється два типи конструкцій ЕЛВ, які між собою
відрізняються послідовністю та кількістю шарів. Будова цих двох конструкцій
показана на рис. 2.1. У представленій роботі досліджувалися ЕЛВ конструкції
першого типу (рис. 2.1, а).
а)
б)
Рис. 2.1. Конструкції ЕЛВ.
Прозора підкладка виготовлялася з поліефірів товщиною 150 мкм і мала достатню
гнучкість. Питомий опір підкладки складав 1000 – 3000 Омґсм. Підкладка
витримувала температуру сушки до 150 оС і була стійкою до дії відповідних
органічних і кислотних розчинників та смол.
Задній електрод наносився на підкладку методом друку. Матеріалом служило
срібло. Товщина шару 15 – 25 мкм. Питомий опір шару срібла складав 1–5 Омґсм.
Одночасно формувалася срібна шина, яка контактує із срібним електродом.
Наступний шар діелектрика виготовлявся тим же методом друку з пасти на основі
BaTiO3. Його основні параметри: товщина шару ~18 – 21 мкм, питомий опір –
107 Омґм. Далі формувався основний світло випромінюючий люмінофор на основі
пасти, яка містить ZnS: Cu. Відпал пасти даного шару здійснювався в тій же
термічній печі. Температура відпалу пасти становила 120 – 130 оС. Товщина шару
люмінофору була в межах 32 – 48 мкм. Напівпрозорий провідний шар наносився на
поверхню шару люмінофору методом трафаретного друку на основі провідних
поліефірів. Останній шар (інкапсулянт), що забезпечує захист всієї структури
від дії зовнішнього середовища і особливо від вологи, виготовлявся з поліефірів
товщиною 150 мкм.
Згідно конструкції та практичних потреб найкращим варіантом топології шарів ЕЛВ
є прямокутна форма. Площа досліджуваних ЕЛВ складала 900 мм2. На рис. 2.2
представлено топологію шарів досліджуваних конструкцій ЕЛВ (див. рис. 2.1 а,
б).
Як показано на рис. 2.2 топологія переднього і заднього електродів є фігурною в
нижній частині. Це необхідно для того, щоб забезпечити потрібний контакт для
прикладання напруги до даної конденсаторної структури. Останній шостий шар є
захисним. Він покриває всю структуру, за винятком двох контактних площадок
переднього і заднього електродів.
Передній електрод на
основі
Люмінофор
2 – 3 шари діелектрика
Задній електрод та передня шина
Задній захисний шар
а)
Базова підкладка
Задній електрод та передня шина
2 – 3 шари діелектрика
Люмінофор
Напівпрозорий передній провідник
б)
Рис. 2.2. Топологія шарів ЕЛВ, конструкції яких зображені на рис.2.1, а) і б),
відповідно.
2.2. Технологія формування багатошарової структури ЕЛВ
Конструкція та топологія ЕЛВ є багатошаровою, а це означає, що кожен із шарів
повинен відповідним чином послідовно наноситись на діелектричну підкладку.
Основним шаром в даній структурі є безумовно електролюмінофор, який вигідніше
виготовляти у виді товстоплівкового полікристалічного шару, бо при значних
площах випромінювання він забезпечує досить рівномірний розподіл випромінювання
по площі. Для виготовлення такого шару кращою є товстоплівкова технологія. Крім
того, ця технологія дозволяє в єдиному технологічному циклі виготовляти як
металічні, так і діелектричні шари і забезпечує меншу собівартість
виробництва.
У товстоплівковій технології всі шари, товщиною декілька десятків мікрометрів,
наносяться на підготовлену підкладку у виді пасти, яка після термічної обробки
забезпечує відповідні електричні та інші параметри шару.
Суть товстоплівкової технології зводиться до:
приготування паст (провідникових, діелектричних, напівпровідникових та інших);
нанесенні цих паст на підкладку на спеціальній ус