ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЯЧЕЙКА

Полезная модель относится к устройствам для исследования электролюминесценции различных материалов и может быть использована в спектроскопических лабораториях.
2
3
2
3
Известна электролюминесцентная ячейка [патент США 5486738], изготовленная по тонкопленочной технологии и содержащая нижний непрозрачный электрод из алюминия, расположенный на нем изолирующий слой материала, выполненный, например, из YO, на котором размещен твердый электролюминесцентный источник излучения заданной толщины, выполненный из ZnS:Mn или другого материала, поверх люминесцентного источника излучения расположен еще один изолирующий слой материала, выполненный, например, также из YO, на котором размещен прозрачный электрод, электроды предназначены для подачи на них напряжения питания электролюминесцентной ячейки, вся электролюминесцентная ячейка расположена на подложке и закрыта защитной пленкой.
Эта электролюминесцентная ячейка позволяет использовать электролюминесцентное излучение для освещения документа при его сканировании.
Недостатком такой электролюминесцентной ячейки является ее неразборность, неремонтопригодность, невозможность проведения исследований излучаемого спектра сигнала другого электролюминесцентного материала. Для исследования излучаемого спектра сигнала другого электролюминесцентного материала необходимо изготовление другого экземпляра электролюминесцентной ячейки, причем для изготовления ячейки требуется оборудование для нанесения тонких слоев фиксированной толщины.
Наиболее близким к предложенному является электролюминесцентная ячейка [Multiband Luminescence in Boron Nitride, Physical review, 1956, Vol. E 104, №1, s.s. 68-73], содержащая непрозрачный электрод из алюминия и прозрачный электрод, между которыми расположен электролюминесцентный источник излучения, выполненный из нитрида бора определенной толщины, при этом для удержания электролюминесцентного источника излучения между электродами и поддержания требуемого расстояния между ними, эти электроды соединены друг с другом затвердевающим клеящим составом, в частности, типа Araldite.
Электролюминесцентная ячейка-прототип является более простым устройством, чем аналог, может быть изготовлена с использованием подручных средств.
Недостатком такой электролюминесцентной ячейки является то, что в ней не обеспечивается замена электролюминесцентного источника излучения без нарушения конструкции ячейки, так как требуется удаление затвердевающего клеящего состава. При подаче напряжения на электролюминесцентную ячейку требуется подключать один полюс источника питания непосредственно к прозрачному электроду, другой - непосредственно к непрозрачному электроду, что дополнительно затрудняет сборку и разборку электролюминесцентной ячейки. При размещении в электролюминесцентной ячейке жидкого электролюминесцентного источника излучения, представляющего собой, например, смесь порошка с касторовым маслом, сложно обеспечить требуемое расстояние между электродами и их плоскопараллельность.
Сужены функциональные возможности и удобство исследований электролюминесценции.
Задачей полезной модели является обеспечение регистрации спектров электролюминесценции различных электролюминесцентных источников излучения в одной разборной электролюминесцентной ячейке при обеспечении требуемой толщины слоя электролюминесцентного источника излучения, особенно, в жидком или вязкотекучем, кашеобразном состоянии и плоскопараллельности электродов, расширение функциональных возможностей и повышение удобства исследований электролюминесценции.
Для достижения поставленной задачи электролюминесцентная ячейка, содержащая прозрачный электрод и непрозрачный электрод, предназначенные для подключения к источнику питания переменного напряжения, пространство между указанными электродами предназначено для расположения в нем электролюминесцентного источника излучения, при этом электролюминесцентная ячейка снабжена средством для скрепления между собой прозрачного и непрозрачного электродов, отличается тем, что в электролюминесцентную ячейку введен расположенный между электродами слой проводящего материала требуемой толщины, имеющий по крайней мере одно отверстие заданной формы и размера, непрозрачный электрод выполнен в виде трехслойной печатной платы, средний слой которой выполнен из непроводящего материала, крайние верхний и нижний слои трехслойной печатной платы выполнены из проводящего материала, причем верхний и нижний слои трехслойной печатной платы разделены на две изолированных друг от друга части, одна из которых предназначена для подключения к одному из полюсов источника питания, а другая - к другому полюсу источника питания, каждая из частей верхнего слоя трехслойной печатной платы электрически соединена с соответствующей ей частью нижнего слоя этой платы с помощью заполненных проводящим материалом сквозных отверстий, выполненных в среднем слое трехслойной печатной платы, при этом на каждой из частей нижнего слоя трехслойной печатной платы выполнены контактные площадки для подключения к полюсам источника питания, а средство для скрепления между собой прозрачного и непрозрачного электродов выполнено в виде струбцины или пружинного зажима, например, миниатюрного зажима для бумаг, рабочие органы которых охватывают прозрачный и непрозрачный электроды.
Введение в электролюминесцентную ячейку расположенного между электродами слоя проводящего материала требуемой толщины, имеющего по крайней мере одно отверстие заданной формы и размера, обеспечивает размещение в упомянутом отверстии электролюминесцентного источника излучения в жидком или вязкотекучем, кашеобразном состоянии, толщина которого равна толщине слоя проводящего материала и плоскопараллельность электродов. В тоже время, выполнение непрозрачного электрода в виде трехслойной печатной платы с двухчастными верхним и нижним проводящими слоями этой платы обеспечивает приложение напряжения источника питания, как к электролюминесцентному источнику излучения, так и к обоим электродам при подключении обоих полюсов источника питания с нижней стороны непрозрачного электрода. Данная конструкция в совокупности со средством для скрепления между собой прозрачного и непрозрачного электродов в виде струбцины или пружинного зажима обеспечивает быструю сборку и разборку электролюминесцентной ячейки.
Обеспечивается регистрация спектров электролюминесценции различных электролюминесцентных источников излучения в одной разборной электролюминесцентной ячейке при требуемой толщине слоя электролюминесцентного источника излучения, особенно, в жидком или вязкотекучем, кашеобразном состоянии. Расширяются функциональные возможности, и повышается удобство исследований электролюминесценции.
На фигурах представлено конструктивное выполнение электролюминесцентной ячейки:
фиг. 1 - три основных элемента электролюминесцентной ячейки;
фиг. 2 - разрез собранной трехэлементной электролюминесцентной ячейки в вертикальной плоскости, включающей горизонтальную линию через центральную точку O на фиг. 3;
фиг. 3 - вид сверху на промежуточный слой проводящего материала;
фиг. 4 - вид сверху на верхний (по чертежам) проводящий слой трехслойной печатной платы;
фиг. 5 - вид снизу на нижний (по чертежам) проводящий слой трехслойной печатной платы;
фиг. 6 - сечение трехслойной печатной платы по линии А-Б-В-Г-Д-Е на фиг. 4 и 5;
фиг. 7 - вид готовой к эксплуатации электролюминесцентной ячейки со струбциной и пружинным зажимом. На фигуре прямые стрелки показывают направления усилий прижатия струбцины и пружинного зажима, округлые стрелки показывают направления усилий отжатая пружинного зажима.
2
Электролюминесцентная ячейка (фиг. 1, 2) содержит прозрачный электрод 1 и непрозрачный электрод 2, предназначенные для подключения к источнику питания. Прозрачный электрод 1 разделен на две части. Верхняя часть 3 (по чертежам) прозрачного электрода 1 является стеклом, например, марки КУ-1, а нижняя часть 4 прозрачного электрода 1 представляет собой проводящий слой, выполненный, например, из полупроводникового материала - оксида индия-олова. Этот проводящий слой 4 имеет спектр оптического пропускания в области 300÷1100 нм и электрическое сопротивление 10÷15 Ом/м.
Пространство между указанными электродами 1 и 2 предназначено для размещения в нем исследуемого электролюминесцентного источника излучения 5. Для этого в указанном пространстве расположен промежуточный слой 6 проводящего материала (например, меди) требуемой толщины, имеющий по крайней мере одно отверстие 7 заданной формы и размера, в котором и располагается электролюминесцентный источник излучения 5. В данном примере отверстие 7 промежуточного слоя 6 проводящего материала выполнено круглым. При этом обеспечивается удобство растекания в отверстии 7 жидкого или вязкотекучего, кашеобразного электролюминесцентного материала. Отверстие 7 может быть выполнено в виде одного или более отверстий, например, прямоугольной формы, для размещения в них твердого электролюминесцентного материала (материалов) (на чертежах не показано).
Для работы устройства и исследований электролюминесцентных материалов используют комплект из нескольких промежуточных слоев 6 проводящего материала разной толщины (20-100 мкм). Эта толщина определяет расстояние между электродами 1 и 2 и толщину исследуемого электролюминесцентного материала.
Непрозрачный электрод 2 выполнен в виде трехслойной печатной платы (2), средний слой 8 которой выполнен из непроводящего материала (например, гетинакс), крайние верхний 9 и нижний 10 слои (по чертежам) выполнены из проводящего материала, например, из меди. Как верхний, так и нижний слой 9 и 10 трехслойной печатной платы 2 разделены каждый на две изолированных друг от друга части (части 11 и 12 для верхнего слоя 9 трехслойной печатной платы 2, части 13 и 14 для нижнего слоя 10 трехслойной печатной платы 2).
Одна из частей верхнего и нижнего (по чертежам) слоев трехслойной печатной платы 2 предназначена для подключения к одному из полюсов источника питания, а другая - к другому полюсу источника питания (на чертежах не показан). Например, части 11 и 13, соответственно, верхнего и нижнего слоев 9 и 10 трехслойной печатной платы 2 предназначены для подачи переменного напряжения источника питания, для чего на части 13 нижнего слоя трехслойной печатной платы 2 размещен контакт 15, к которому подключается один полюс (например, фаза) источника питания.
Части 12 и 14, соответственно, верхнего и нижнего слоев 9 и 10 трехслойной печатной платы 2 предназначены для подключения к нулевому полюсу источника питания, для чего на части 14 нижнего слоя трехслойной печатной платы размещен контакт 16, к которому подключается нулевой полюс источника питания. Полярность источника питания может быть и другой (на чертежах не показано).
Часть 12 верхнего слоя 9 трехслойной печатной платы 2 в данном примере выполнена круглой в соответствии с круглым отверстием 7 промежуточного слоя 6 проводящего материала. Это соответствует круглому пятну используемого вязкого электролюминесцентного материала 5.
Медные контакты 15 и 16, предназначенные для подключения источника питания, могут быть залужены, а подключение к ним полюсов источника питания может быть осуществлено, например, путем пайки.
Каждая из частей 11 (12) верхнего слоя 9 трехслойной печатной платы 2 электрически соединена с соответствующей ей частью 13 (14) нижнего слоя 10 этой платы 2 с помощью заполненных проводящим материалом (например, медью) сквозных отверстий 17, выполненных в среднем слое 8 трехслойной печатной платы 2.
Промежуточный проводящий слой 6 предназначен для передачи напряжения источника питания на нижнюю часть 4 прозрачного электрода 1, представляющую собой проводящий слой. Напряжение с контакта 15 для источника питания передается через часть 13 нижнего слоя 10 трехслойной печатной платы 2, затем с помощью соответствующих отверстий 17 попадает на часть 11 верхнего проводящего слоя 9 трехслойной печатной платы 2, далее через промежуточный проводящий слой 6 передается на проводящую часть 4 прозрачного электрода 1 и, наконец, попадает на верхнюю (по чертежам) поверхность электролюминесцентного материала 5. Напряжение с контакта 16 для источника питания передается через часть 14 нижнего слоя 10 трехслойной печатной платы 2 и соответствующие отверстия 17 на часть 12 верхнего слоя 9 трехслойной печатной платы 2, с которого попадает на нижнюю (по чертежам) поверхность электролюминесцентного материала 5. Так осуществляется подача напряжение питания на электролюминесцентный материал 5.
Средство для скрепления между собой прозрачного 1 и непрозрачного 2 электродов вместе с промежуточным проводящим слоем 6 выполнено в виде струбцины 17 или пружинного зажима 18 например, миниатюрного зажима для бумаг, рабочие органы которых, соответственно, 19 и 20, охватывают прозрачный 1 и непрозрачный 2 электроды и всю собранную электролюминесцентную ячейку.
Подготовка к работе электролюминесцентной ячейки проводится следующим образом.
Касторовое масло и порошок электролюминесцентного материала в соотношении 1 к 1 по объему тщательно перемешивают до получения однородной вязкой массы. Приготовленную вязкую смесь электролюминесцентного материала в количестве 2-10 мкл при вышеуказанном расстоянии между электродами 1 и 2 электролюминесцентной ячейки 20-100 мкм наносят в центр части 12 внешнего слоя 9 трехслойной печатной платы и прижимают стеклом (прозрачным электродом 1). Указанного объема смеси электролюминесцентного материала достаточно для равномерного заполнения зазора между электродами 1 и 2 электролюминесцентной ячейки. При этом излишки смеси будут выводиться из пространства между проводящими слоями 4 и 12 электродов 1 и 2, соответственно, в пределах круглого отверстия 7 промежуточного слоя 7.
Прижимают стекло (прозрачный электрод 1) к непрозрачному электроду 2 вместе с промежуточным проводящим слоем 6 и электролюминесцентным материалом 5 с двух сторон струбцинами 19 или пружинными зажимами 20 зажимами для бумаги, например, размером 15 мм.
Такую собранную электролюминесцентную ячейку помещают в съемное кюветное отделение спектрометра LS-55 (Perkin Elmer) для регистрации спектров электролюминесценции.
Устройство работает следующим образом.
Подключается источник питания, на электролюминесцентный материал 5 подается напряжение, проводятся необходимые исследования электролюминесцентных свойств люминесцентного материала 5. При необходимости снимаются используемые струбцины 17 или пружинные зажимы 18, электролюминесцентная ячейка разбирается, устраняются следы электролюминесцентного материала 5. Другой электролюминесцентный материал 5 наносят на часть 12 внешнего слоя 9 трехслойной печатной платы 2, прижимают стеклом (прозрачным электродом 1) и производят полную сборку электролюминесцентной ячейки.