Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

воздействии температуры 70—80 °С, отсутствие в составе летучих компонентов и достаточно высокую влагостой­ кость. Таким требованиям удовлетворяет органическое стекло (СОЛ, СТ-1), лавсановая пленка. Для нанесения токопроводящей пленки на подложку из органических полимеров методом испарения в вакууме наносится слой меди, после чего деталь помещается в термостат, нагре­ тый до 70—80 °С, на дне которого находится мелко раз­ дробленная сера. Термостат откачивается до давления 1—20 мм рт. ст., после чего откачка прекращается. Обра­ ботка в парах серы ведется 3—6 ч при температуре 70— 80 °С, в результате образуется электропроводящий слой сульфида меди Cu2 S.

Способы формирования электродов и внутреннего трафарета. Вид получаемого на электролюминесцентном индикаторе изображения определяется взаимным рас­ положением, конфигурацией первого и второго электро­ дов и рисунком внутреннего трафарета. Для получения скрытого изображения, наблюдаемого только при пода­ че на индикатор возбуждающего напряжения, в некото­ рых случаях используют метод травления прозрачной проводящей пленки. При электродах из Sn02 для этой

цели применяется метод фотолитографии с использова­ нием фоторезистов на основе поливинилового спирта (или диазосоединений). Травление незащищенных уча­ стков Sn02 осуществляется в процессе реакции Zn

(пыль) и концентрированной соляной кислоты. После травления фотоэмульсия удаляется горячей щелочью [14]. Скрытое изображение можно получить также тогда, когда второй электрод будет иметь специальную форму. При этом применяют: 1) метод термического распыле­ ния металлов (серебра, алюминия) через трафарет в ва­ кууме; 2 ) метод пульверизации через трафарет прово­

дящих эмульсий; 3) метод фотолитографии медной фольги, полученной термическим распылением меди в вакууме с последующим наращиванием ее в гальвани­ ческой ванне до толщины 10—15 мкм [15].

Первый метод более производителен и технологичен, но обладает невысокой разрешающей способностью. При необходимости получить изображение с высоким разре­ шением для изготовления металлического электрода пользуются третьим методом, хотя пребывание в галь­ ванической ванне и последующая обработка химически­ ми реактивами могут несколько снизить электрическую

171

прочность слоя и уменьшить сохраняемость яркости в процессе эксплуатации. Перспективен метод получения второго электрода на фольгироваиных диэлектриках с последующим триплексованием (для термопластичных связующих) или подклейкой печатной платы с электро­ дом к слою электролюминофора. Для получения види­ мого изображения, обеспечивающего читаемость знака при поданном и снятом возбуждающем напряжении, используется внутренний трафарет. Технология изготов­ ления внутреннего трафарета состоит в нанесении свето­ чувствительной эмульсии (обычно на основе желатины), экспонировании и окраске эмульсии красителем. Свето­ чувствительная эмульсия наносится на стекло поливом, выравнивание и сушка -слоя производятся на центрифуге с обогревом, экспонирование осуществляется методом контактной печати.

Формирование электролюминесцентного и защитного отражающего (поглощающего) слоев. Нанесение элек­ тролюминесцентного слоя, состоящего из электролюми­ нофора, распределенного в диэлектрике, является одной из самых ответственных операций в технологическом цикле изготовления электролюминесцентных приборов. Рецептура суспензии и способ ее нанесения на подлож­ ку в значительной степени определяют эксплуатацион­ ные характеристики приборов. Для увеличения электри­ ческой прочности электролюминесцентного слоя (умень­ шение сквозной проводимости) его покрывают допол­ нительным защитным слоем, который может быть отра­ жающим (белым) или поглощающим (темным). Кон­ центрация электролюминофора в суспензии и толщины слоев выбираются исходя из принятых режимов возбуж­ дения.

Существуют несколько способов нанесения электро­ люминесцентных и защитных слоев:

— пульверизация (вручную и на полуавтоматах);

—нанесение в электрическом поле;

—осаждение;

—электрофорез;

—литьевой способ.

Сложность процесса нанесения электролюминесцирующих -слоев объясняется нестабильностью суспензии, быстрым оседанием частиц вследствие значительной ве­ личины зерна люминофоров. Процесс ручного нанесения электролюминесцентной суспензии (наиболее распрост-

172

раненный), осуществляемый в вытяжной камере с по­ мощью пульверизатора пистолетного типа, не позволяет получить хорошего воспроизведения эксплуатационных характеристик электролюминесценгных приборов.

Механизация процесса напыления электролюминесцентных и защитных слоев. Механизация позволяет исключить субъективные факторы ручного напыления и получить слои с большей укрывистостью, равномерно­ стью и воспроизводимостью электрических и светотехни­ ческих характеристик [16]. Большой интерес представля­ ет так называемый литьевой способ формирования слоев [17]. Он сводится к поливу специальной машиной эмуль­ сии, образованной электролюминофором в высокомоле­ кулярном термопластичном связующем, на подложку, имеющую пониженную адгезию (лавсановая, фторопла­ стовая лента). После высыхания слой легко снимается с ленты-носителя и может быть использован в конструк­ циях, предусматривающих триплексование слоев между пластинами, несущими системы электродов. Литьевой способ в отличие от пульверизации позволяет полу­ чать слои с высокой концентрацией люминофора в ди­ электрике (до 5:1). Он перспективен для получения не­ линейных и фоточувствительных слоев, используемых в матричных экранах и усилителях изображений.

При нанесении слоев методом осаждения [18] суспен­ зия электролюминофора в жидкости (поливиниловый спирт, четыреххлористый углерод, этиловый спирт, элект­ роизоляционные лаки) осторожно сливается в сосуд, на дне которого находится пластина стекла с электропро­ водящим слоем. Частицы люминофора постепенно осе­ дают из суспензии на проводящую пленку, образуя плотный однородный по толщине слой. Скорость осаж­ дения выбирается таким образом, чтобы в процессе пе­ ремешивания и заливки суспензии осаждалось мини­ мальное количество люминофора^После осаждения ча­ стиц жидкость сифонируется. Адгезия порошка люмино­ фора к проводящей пленке обеспечивается биндером, входящим в состав суспензии, либо пропиткой слоя лю­ минофора лаком после осаждения [19]. Метод осаждения в принципе позволяет получить воспроизводимые ре­ зультаты благодаря возможности точного дозирования компонентов, обеспечить высокое содержание электро­ люминофора в электролюминесцентном слое и двуокиси читана или сегнетокерамики в защитном слое.

173

Известны опыты использования электрофореза для получения электролюминесцентных покрытий. Преиму­ щество этого метода состоит в том, что он позволяет по­ лучать плотные слои, легко регулировать их толщину и обеспечивает воспроизводимость результатов. Методы осаждения и электрофореза пока не нашли широкого применения вследствие значительных трудностей, свя­ занных с гранулометрией люминофоров. Хотя имеются результаты, подтверждающие возможность получения этими методами ЭЛ К повышенной яркости, работающих на низких напряжениях, однако малая производитель­ ность методов и невозможность обработки больших по­ верхностей затрудняет их внедрение.

Монтаж и герметизация электролюминесцентных приборов. Сборка и монтаж электролюминесцентных приборов обычно связаны с решением ряда вопросов, относящихся к механическим, конструктивным, а также электрическим и эксплуатационным характеристикам устройства. В сложных приборах, имеющих большое число изолированных сегментов, существует большое количество электрических соединений. В связи с этим вопросы надежности контактных соединений имеют огромное значение. Осуществление электрических сое­ динений, связывающих отдельные изолированные участ­ ки сегментных электродов в электролюминесцентных приборах и обеспечивающих электрические выводы для подключения к источнику возбуждающего напряже­ ния, является ответственным этапом технологического процесса. В зависимости от площади светящейся поверх­ ности, к которой подводится ток, а также рабочих ре­ жимов возбуждения (напряжение, частота) к контактно­ му соединению предъявляются разные требования.

При больших величинах светящейся площади, в осо­ бенности при высокочастотном возбуждении, во избежа­ ние перегрева и разрушения контактный переход дол­ жен быть низкоомным. Контакт к прозрачному электро­ ду из Sn02 может обеспечиваться вжиганием серебряной

пасты. Более высокую надежность контактного соедине­ ния обеспечивает метод нанесения на Sn02 в вакууме

железоникелевого сплава с последующим его лужением. Металлические электроды соединяются с контактными штырями тонкими медными лужеными проводниками, которые припаиваются к сегментам второго электрода (серебро, напыленное в вакууме) низкотемпературным

174

припоем состава: Bi—52%, Sn—26%, Cd— 2 1 %, Ag— 1%

(температура плавления 103—110°C). К выходным кон­ тактам проводники припаиваются припоем ПОС-61.

Интересен вариант осуществления разводки выводов второго электрода путем наложения перфорированной печатной платы, обеспечивающей электрические отводы от сегментов и их выводов на периферию. Контактирова­ ние проводников печатной платы может осуществляться путем пайки легкоплавким припоем либо контактолом, состоящим из лака УР-231 и коллоидного серебра (16% к сухому остатку лака) с последующей сушкой в тече­ ние трех часов при 60 °С. При пайке проводников к сег­ ментам второго электрода необходимо строго контроли­ ровать температуру паяльника и продолжительность процесса, так как перегрев может привести к нарушению слоя электролюминофора и серебряного электрода в ме­ стах пайки и, если контактные площадки находятся под напряжением, вызвать пробой. Для предотвращения пробоя и увеличения надежности электролюминеецентных приборов места паек второго электрода выбирают так, чтобы пайка не находилась под напряжением, что достигается заранее путем травления участков БпОг.

Завершается изготовление ЭЛК герметизацией при помощи полимерных материалов (из-за большой пло­

выбор материалов и режимов герметизации определяет работоспособность ЭЛК в сложных условиях климатиче­ ских воздействий. . Герметизирующий компаунд должен обладать следующими физико-механическими -свойст­ вами:

-— иметь высокую влагостойкость;

—обладать малой усадкой;

—температура стеклования компаунда должна быть ниже рабочего диапазона температур;

—внутренние напряжения, возникающие в компаун­ де, не должны превышать 50% его прочности.

В процессе полимеризации заливочного компаунда в результате взаимодействия между нелетучими компо­ нентами покрытия происходит усадка герметизирующего материала и увеличение его жесткости. Вследствие силь­ ного сцепления с корпусом' полимерное покрытие не может свободно сократиться и поэтому оказывается растянутым против равновесного состояния. В нем воз-

175

н и к а ю т в н у т р е н н и е у с а д о ч н ы е н а п р я ж е н и я

мерных покрытиях возникают термические напряжения тт, причиной возникновения которых является различие коэффициентов термического расширения полимера и

где аг — коэффициент термического расширения полиме­ ра; at — коэффициент термического расширения подлож­ ки; Тй— температура полимеризации; Т — температура, для которой рассчитывается тт.

Имеющиеся герметизирующие материалы удовлетво­ ряют указанным выше требованиям только примени­ тельно к герметизации электролюминесцентных панелей небольших размеров. Типичными дефектами, возникаю­ щими в результате воздействия усадочных и термиче­ ских напряжений при герметизации электролюмине­ сцентных приборов больших размеров органическими герметиками, являются: растрескивание компаунда, рас­ трескивание стекла, отслоение компаунда от стенок кор­ пуса. Наилучшую устойчивость к воздействию низких температур обеспечивает комбинированная герметиза­ ция, состоящая из двух слоев: первый слой, непосредст­ венно прилетающий ко второму электроду, выполняется из эластичного, демпфирующего компаунда, например КГ-102, толщина слоя 2—5 мм; второй слой — эпоксид­ ный компаунд повышенной эластичности, например, на основе полимера ПДН-ЗАК- Применение такой техноло­ гии обеспечивает удовлетворительные эксплуатационные характеристики ЭЛК в диапазоне температур от +70 до —50 °С для приборов, размеры которых не превышают

2 0 0 X 2 0 0 мм.

176

Защита от влаги электролюмииесцентпых слоев

встеклянных панелях больших размеров и панелях на основе органических материалов может быть обеспечена

вконструкции типа триплекс, где этот слой заключен

между двумя стеклянными или органическими пласти­ нами. При изготовлении органического триплекса под­ ложка с токопроводящей пленкой, слоем люминофора и металлическим электродом собирается в .«пакеты» с дву­ мя-тремя слоями лоливинилбутиральной пленки и вто­ рой органической пластиной. Спакетированный триплекс укладывается между пластинами из силикатного стекла, загружается © резиновый мешок и откачивается не ме­ нее 30 мин до остаточного давления не более 100 мм рт. ст. Отвакуумированный триплекс загружает­ ся в автоклав, нагретый до температуры 80°С, давление в котором в течение 5 мин доводится до 7000 мм рт. ст. (9 атм). Затем температура в автоклаве повышается до 95— 100 °С и выдерживается 2,5—3 ч, после чего давле­ ние снимается и автоклав охлаждается. Готовый три­ плекс, выполненный на основе органических материалов, представляет прочный монолит, допускающий механиче­ скую обработку (фрезеровку, сверление). Он перспекти­ вен для использования в качестве лицевых панелей при­ борных досок и рабочих мест с установкой на нем тум­ блеров, кнопочных переключателей и других деталей.

Приборы с неорганическим связующим диэлектриком

Технологический процесс изготовления, конструкция и характе­ ристики панелей с неорганическим связующим существенно отлича­ ются от приведенных выше характеристик приборов на основе орга­ нических связующих материалов. Конструктивно (рис. 4.6а) типовая панель состоит из:

—стальной пластины, выполняющей функцию основания и одно­ го из электродов;

—белого слоя силикатной эмали, играющего роль отражающе­

го и диэлектрического покрытия;

—слоя электролюминофора в приплавочном стекле;

—прозрачной электропроводящей пленки (второй электрод);

—защитного электроизолирующего стеклоэмалевого покрытия или слоя органического лака.

Керамический диэлектрик, используемый в качестве связующего

материала для электролюминесцентных слоев, представляет собой легкоплавкое прозрачное стекло, которое смешивают с электролюми­ нофором и наплавляют на специально подготовленную металличе­ скую или стеклянную поверхность. Основными требованиями, предъ­ являемыми к такому керамическому диэлектрику являются: