Elektronenstrahlröhre mit einem Lumineszenzschirm. Die Erfindung bezieht sich auf eine Elek tronenstrahlröhre mit einem Lumineszenz schirm, der mit mindestens einem blau- und ultraviolettlumineszierenden, mit Cerium akti vierten Phosphat versehen ist.
Bei Elektronenstrahlröhren mit einem Leuchtschirm ist es manchmal erforderlich, dass das Lumineszenzmaterial eine Fluoreszenz mit einer sehr kurzen Abklingzeit aufweist. Dies trifft z. B. zu bei der Verwendung einer Elektronenstrahlröhre als Lichtquelle in Gerä ten für Fernsehsendungen von Filmen. Bei solchen Geräten wird ein Filmbild punktweise belichtet durch das Licht, das von dem sich schnell verschiebenden Lichtfleck ausgeht, der am Leuchtschirm einer Elektronenstrahlröhre von dem sich bewegenden Elektronenstrahl erzeugt wird. Das durch das Filmbild hin durchgehende Licht wird auf einer Photo zelle aufgefangen und dort in einen elektri schen Strom umgewandelt.
Die Grösse dieses Stromes ist naturgemäss von der Durchlässig keit des vom Licht getroffenen Teils des Film bildes abhängig. Selbstverständlich darf nur ein einziger Punkt des Filmbildes vom Licht getroffen werden, da sonst der Strom der Photozelle nicht nur von der Durchlässigkeit des Films an dem wiederzugebenden Punkt abhängig wäre. Nur derjenige Punkt des o Lumineszenzschirmes, der von dem Elektro nenstrahl getroffen wird, darf also Licht aus senden. Derjenige Punkt des Lumineszenz- schirmes, der gerade zuvor getroffen war, muss also ganz erloschen sein.
Die Abklingzeit der Fluoreszenz des Lumineszenzmaterials muss also kürzer sein als die Zeit, in welcher der Lichtfleck sich um einen vollen Durchmesser verschiebt. In der Praxis läuft dies darauf hinaus, dass diese Abfallzeit kürzer sein muss als 10-6 Sekunden.
Als Leuchtstoff wurde bisher für diese Anwendung grünlumineszierendes Zinkoxyd verwendet, das eine Abfallzeit von etwa 10--6 Sekunden hat, oder auch blau- und ultraviolett lumineszierendes Zinkoxyd mit einer Abfall zeit von etwa 10-7 Sekunden. Ein Nachteil des grünaufleuchtenden Zinkoxyds ist der, dass die Abfallzeit zu gross ist. Die Abfallzeit des blau- und ultraviolettlumineszierenden Zinkoxyds ist hinreichend kurz, aber dieser Stoff hat einen geringen Wirkungsgrad. Au sserdem weist dieses Oxyd eine grosse Selbst absorption auf, was den Gesamtwirkungsgrad noch schlechter macht. Um den Einfluss des letzteren Faktors zu verringern, könnte die Stärke der Lumineszenzschicht geringer ge macht werden.
Diese Stärkeverringerung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass die Gleichmässigkeit der Lumineszenzschicht in folgedessen gefährdet wird; grosse Gleichmä ssigkeit ist jedoch eine unumgängliche Anfor derung, da sonst verschiedene Teile des Film bildes mit verschiedenen Lichtintensitäten be strahlt werden würden.
Obgleich die vorstehend beschriebene Ap paratur für die Abtastung eines Filmbildes als Beispiel für die Erörterung der Anforde rung einer kurzen Abfallzeit für bestimmte Leuchtstoffe gemeint ist, ist es selbstverständ lich, dass es auch für andere Anwendungen, z. B. auf dem Radargebiet, von grosser Be deutung sein kann, ein Material zur Verfü gung zu haben, das eine Fluoreszenz mit einer Abfallzeit von weniger als 1.0-6 Sekunden hat und das nicht die Nachteile der vorstehend beschriebenen bekannten Stoffe aufweist.
Eine Elektronenstrahlröhre nach der Er findung hat einen Leuchtschirm, der minde stens ein blau- und ultraviolettlumineszieren- des, mit dreiwertigem Cer aktiviertes Phos phat mit der Formel ABP04 enthält, wobei A mindestens ein Alkalimetall, insbesondere Natrium, Kalium, Cäsium und Rubidium, und B mindestens ein Erdalkalimetall, wie Cal cium, Barium oder Strontium, ist und die Ab fallzeit der Fluoreszenz weniger als 10-6 Sekunden beträgt.
In der britischen Patentschrift Nr. 512154 wird eine sehr grosse Anzahl von Leuchtstof- fen der Zusammensetzung M-P beschrieben, wobei M eines der Metalle Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Ma gnesium, Zink, Kadmium, Calcium, Stron- tium, Barium, Aluminium oder Lanthan, oder ein Gemisch aus zwei oder mehr dieser Metalle ist, und P eine Boratgruppe, eine Phosphat gruppe oder ein Gemisch derselben bezeichnet.
Die Stoffe werden durch mindestens 3 % eines Stoffes aktiviert, der dieZusammensetzungA-P hat, wobei A eines der Metalle Silber, Thal- lium, Zinn, Blei, Cer oder Antimon oder ein Gemisch aus zwei oder mehr dieser Metalle ist. Atis der sehr grossen, in dieser Beschrei bung umfassten Gruppe ist nur eine sehr kleine Anzahl einzeln erwähnt.
Von den mit Cer aktivierten Stoffen ist ausschliesslich gelb leuchtendes Calciumphosphat angegeben. Über mit Cer aktivierte Verbindungen, die mehr als ein Metall aus der Gruppe M enthalten, ist in der Patentschrift nichts angedeutet. Es findet sich auch keine Angabe der Eigenschaf ten der verschiedenen Stoffe (ausgenommen die Farbe des Lichtes) ; es sind auch keine Regeln angegeben, nach denen diese Eigen schaften bei verschiedenen Zusammensetzun gen abgeleitet werden könnten.
Es war also eine grosse Überraschung, dass Phosphate, die mit dreiwertigem Cer aktiviert sind und die Formel ABP04 haben, vorzüglich von Elek tronen angeregt werden können (in der briti schen Patentschrift ist ausschliesslich die Rede von Erregung durch Strahlung des Quecksil berspektrums) und dabei eine Abfallzeit auf weisen, die geringer ist als 10-6 Sekunden.
Bei einem in einem Leuchtschirm nach der Erfindung verwendeten Stoff wird der Cer- gehalt vorzugsweise zwischen 0,01 und 5 Mol- prozent gewählt. Ein vorzüglich verwendbarer Stoff ist z. B. NaBaP04, aktiviert mit 0,2 Mol- prozent dreiwertigem Cer.
Die vorstehend beschriebenen Stoffe, die im Leuchtschirm einer Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung verwendet. werden, weisen eine geringe Selbstabsorption auf und haben einen Energiewirkungsgrad, der das fünf- bis zehnfache des Wirkungsgrades von blauauf leuchtendem Zinkoxyd ist.
Cathode ray tube with a luminescent screen. The invention relates to an electron beam tube with a luminescence screen, which is provided with at least one blue- and ultraviolet-luminescent phosphate activated with cerium.
In cathode ray tubes with a fluorescent screen, it is sometimes necessary for the luminescent material to have fluorescence with a very short decay time. This applies e.g. B. to when using a cathode ray tube as a light source in Gerä th for television programs of films. In such devices, a film image is exposed point by point through the light emanating from the rapidly moving light spot that is generated on the fluorescent screen of a cathode ray tube by the moving electron beam. The light passing through the film image is captured in a photo cell and converted into an electrical current.
The size of this current naturally depends on the permeability of the part of the film that is struck by the light. Of course, only a single point of the film image may be hit by light, otherwise the current of the photocell would not only depend on the transparency of the film at the point to be reproduced. Only that point of the luminescent screen that is hit by the electron beam is therefore allowed to emit light. That point on the luminescent screen that was hit just before must therefore be completely extinguished.
The decay time of the fluorescence of the luminescent material must therefore be shorter than the time in which the light spot is displaced by a full diameter. In practice this boils down to the fact that this fall time must be shorter than 10-6 seconds.
Green-luminescent zinc oxide, which has a fall time of around 10-6 seconds, or blue- and ultraviolet-luminescent zinc oxide with a fall time of around 10-7 seconds, has been used as the phosphor for this application. A disadvantage of the green zinc oxide is that the fall time is too long. The fall time of the blue and ultraviolet luminescent zinc oxide is sufficiently short, but this substance has a low degree of effectiveness. In addition, this oxide shows a high level of self-absorption, which makes the overall efficiency even worse. In order to reduce the influence of the latter factor, the thickness of the luminescent layer could be made smaller.
However, this reduction in strength has the disadvantage that the uniformity of the luminescent layer is consequently endangered; However, great uniformity is an unavoidable requirement, as otherwise different parts of the film image would be irradiated with different light intensities.
Although the above-described Ap paratur for scanning a film image is meant as an example for the discussion of the requirement for a short fall time for certain phosphors, it goes without saying that it can also be used for other applications, e.g. B. in the radar field, it can be of great importance to have a material available that has a fluorescence with a fall time of less than 1.0-6 seconds and that does not have the disadvantages of the known substances described above.
A cathode ray tube according to the invention has a fluorescent screen which contains at least one blue and ultraviolet luminescent, phosphate activated with trivalent cerium with the formula ABP04, A containing at least one alkali metal, in particular sodium, potassium, cesium and rubidium, and B at least one alkaline earth metal, such as calcium, barium or strontium, and the fall time from fluorescence is less than 10-6 seconds.
British Patent No. 512154 describes a very large number of phosphors of the composition MP, where M is one of the metals lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, zinc, cadmium, calcium, strontium , Barium, aluminum or lanthanum, or a mixture of two or more of these metals, and P denotes a borate group, a phosphate group or a mixture thereof.
The substances are activated by at least 3% of a substance which has the composition A-P, where A is one of the metals silver, thalium, tin, lead, cerium or antimony or a mixture of two or more of these metals. Atis of the very large group included in this description, only a very small number is mentioned individually.
Of the substances activated with cerium, only calcium phosphate with a yellow glow is specified. The patent specification does not indicate anything about compounds activated with cerium which contain more than one metal from group M. There is also no indication of the properties of the various substances (with the exception of the color of the light); Nor are any rules given according to which these properties could be derived from different compositions.
So it was a big surprise that phosphates activated with trivalent cerium and having the formula ABP04 can be excellently excited by electrons (the British patent only speaks of excitation by radiation of the mercury spectrum) and thereby one Have a fall time that is less than 10-6 seconds.
In the case of a substance used in a luminescent screen according to the invention, the cerium content is preferably chosen between 0.01 and 5 mol percent. A particularly useful substance is z. B. NaBaP04, activated with 0.2 mol percent trivalent cerium.
The above-described substances used in the fluorescent screen of a cathode ray tube according to the invention. have low self-absorption and an energy efficiency that is five to ten times the efficiency of blue-glowing zinc oxide.