Введение к работе
Актуальность темы. .Общая тенденция перехода от вакуумних я газоразрядных приборов к твердотельным в электронике распространилась и на источники света. В частности, электролюминесцентные источники света (ЭЛИС) на основе халькогенидов цинка используются в качестве световых указателей, цифро-буквенных индикаторов, матричных экранов. Широкое распространение получили ЭЛИС на основе порошковых электролюминофоров (ЭЛ). которые изготавливают литьем или пульверизацией. Многослойные системы ЭЛИС формируют, используя пасты ЭЛ, сегнетрэлектриков и проводящих дисперсных материалов с различными связующими. Преимуществами ЭЛИС перед газоразрядными приборами являются безвакуумная конструкция, механическая прочность, широкий угол обзора, низкая потребляемая мощность.
Однако положительные качества ЭЛИС не используются в полной мере, поскольку составы паст для функциональных слоев не оптимизируются па реологическим и седиментациошым свойствам, а применяемые технологии непригодны для изготовления многоцветных электролюминесцентных панелей (ЭЛП) высокого качества. Одной из нерешенных задач является создание электропроводящих композиций для прозрачного электрода ЭЛП. Сложность задачи заключается в том, что необходимая электропроводность композиций обеспечивается только при высоком содержании наполнителя, когда существенно снижается прозрачность п механическая прочность. До сих пор не достигнуты необходимые характеристики диэлектрических (защитных) слоев и остается открытой проблема адгезии слоев.
Поэтому совершенствование технических параметров ЭЛП и достижение уровня мировых стандартов возможно только при разработке новых гетерогенных полимерных композиций для функциональных слоев с учетом реологических и седиментационных свойств суспензий и закономерностей их изменения, обусловленных природой дисперсной фазы, связующего и растворителя и особенностями межфазного взаимодействия. Необходимо также обосновать новые прецизионные методы синтеза проводящих дисперсных компонентов, новую технологию получения многоцветных ЭЛП и оптимизировать составы композиций для этой технологии на основе физико-химических исследований.
В основу технологии формирования Ф:шкциональных слоев ЭЛП из полимерных композиций можрт быть положен метод сеткотрафаретной
- 4 -печати. Особый интерес представляет создание таким методом гибких электролюминесцентных источников света (ГЭЛИС), что позволит при значительном снижении массы изделий обеспечить .устойчивость к перегибам и вибрациям, увеличить срок службы и расширг.ть область применения.
Работа выполнялась в соответствии с планами работ ю научному направлению "Создание функциональных композитов для электронной техники методами химии твердых веществ" Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) на 1992-1996 гг.
Целью работы являлось физико-химическое обоснование выбора составов полимерных композиций для функциональных слоев электролюминесцентных источников света, формируемых методами литья и сет-котрафаретной печати.
В работе решались следующие задачи:
оптимизация составов суспензий на основе реологических и седиментационных исследований;
изучение закономерностей структурирования и механизма проводимости композиций с оксидом индия;
разработка метода синтеза оксида цинка, легированного галлием, для прозрачного электрода ЭЛП;
изготовление и испытание опытных образцов ЭЛП.
Научная новизна. Определены реологические параметры растворов бутадиен-нитрильного каучука и акрилово-амидной смолы и суспензий на их основе (предельное напряжение сдвига, критическая концентрация дисперсных наполнителей, толщина адсорбционных оболочек).
Установлены качественные закономерности изменения реологических и седиментационных свойств суспензий в зависимости от параметров растворимости, типа и содержания наполнителей, позволяющие направленно регулировать технические и эксплуатационные свойства функциональных слоев ЭЛП, содержащих электролюминофор, титанат бария, дисперсные полупроводниковые оксиды (ZnO, ZnO(Ga), Іпг03, In203(Sb)). Впервые получены отечественные полупрозрачные полимерные композиции с проводимостью 10^...102 Ом'^м'1.
На основании результатов физико-химических исследований показана возможность использования бутадиен-нитрильного каучука (СКН) в качестве универсальной матрицы для всех функциональных слоев
ЭЛИС, обеспечивающей достаточную прозрачность в видимой области спектра, необходимую диэлектрическую проницаемость и проводимость соответствующих функциональных слоев.
Разработан новый метод синтеза электропроводящего наполнителя с удельным объемным сопротивлением около 0,1 Ом-м прозрачных, в видимой области спектра путем газофазного легирования оксида цинка галлием, позволяющий снизить температуру синтеза и исключить трудоемкую стадию измельчения полученного продукта.
Изучено взаимодействие ZnO с парами GaCl3. включающее реакции с поверхностными функциональными группами и встраивание Ga в кристаллическую решетку ZnO в процессе термообработки при 1100 С.
Практическая значимость. Разработаны и оптимизированы составы седиментационно-устойчивых суспензий для функциональных слоев ЭЛИС р высокой адгезией к подложке и разрешающей способностью до 50 линий/см, которые допускают тиражирование оттисков без залипання к подложке.- Использование одного 'связующего (бутадиен-нитрильного каучука) для всех функциональных слоев обеспечивает близость физико-механических характеристик слоев, температурных коэффициентов линейного расширения и устойчивость к перегибам (при испытании прочности на изгиб по шкале гибкости ШГ повреждений не наблюдалось вплоть до изгиба на стержне диаметром 1 мм) при высокой водостойкости и адгезии к подложке (1 балл по методу линейных надрезов).
Показана возможность использования оксида цинка, легированного галлием газофазным методом, для прозрачного электрода ЭЛП.
Получены и испытаны опытные образцы ЭЛП на гибких подложках (алюминиевая и медная фольга, лавсан) и жестких подложках (стекло и стеклотекстолит), с характеристиками на уровне зарубежных аналогов (яркость 20 КД/М2 при 220 В, 50 Гц; . 100 кд/м2 при 220 В, 400 Гц, потребляемая мощность 5...8 мВт/м2). Яркость ЭЛП на основе СКН-40 в 1,5...3 раза превышает яркость издєлргй на основе традиционно применяемых эпоксидных связующих и поливинилбутираля. Разработанная технология прошла опытно-промышленное апробирование и рекомендована к внедрению на заводе "Навигатор1'.
Научная новизна и практическая значимость результатов работы подтверждена патентом N 2073962 РФ.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на Международном совещании по физике, химии к технологии люминофоров
(г.Ставрополь, 13-15 октября 1992г.), Международной конференции по люминесценции (г.Москва, 22-24 ноября 1994г.), на конференции по проблемам материаловедения в электронной технике (г.Числоводск, 1995г.) и на Межреспубликанском научно-техническом семинаре "Пластмассы со специальными свойствами" (г.Санкт-Петербург, 2 июня 1994г.).
Образцы выставлялись на Международной выставке "Бопьница-92" (Гавань. Санкт-Петербург) и на Международном конгрессе по качеству " К бизнесу через, качество" 28-30 сентября 1992г. (Шуваловский дворец. Санкт-Петербург).
Публикации. Чо результатам работы опубликовано 3 статьи, 10 тезисов докладов на международных и межреспубликанских конференциях, а также получен патент РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 187 стр. машинописного текста, включая 56 рис. и 31 табл. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, экспериментальной части, содержащей 3 главы, выводов, списка литературы, включающего 125 наименований и приложений.
