CH365449A - Elektrolumineszierende Leuchtzelle - Google Patents

Elektrolumineszierende Leuchtzelle

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CH365449A
CH365449A CH4332257A CH4332257A CH365449A CH 365449 A CH365449 A CH 365449A CH 4332257 A CH4332257 A CH 4332257A CH 4332257 A CH4332257 A CH 4332257A CH 365449 A CH365449 A CH 365449A
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CH
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electroluminescent
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electroluminescent light
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CH4332257A
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Nagy Elemer
Janos Dr Szabo
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Egyesuelt Izzolampa
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/20Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the material in which the electroluminescent material is embedded

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Description


  Elektrolumineszierende Leuchtzelle    Es sind elektrolumineszierende Leuchtzellen be  kannt, bei welchen zwischen zwei metallischen Arma  turen bzw. leitenden oder leitend gemachten Elektro  den, von welchen die eine Armatur das Licht zum  Teil durchlässt, ein     Stoff    vorgesehen ist, welcher,  unter der Einwirkung einer an die Elektroden an  gelegten Wechselspannung, leuchtet. Die beiden Elek  troden wurden dadurch hergestellt, dass man einen  isolierenden Stoff, mindestens aber für die eine  Elektrode einen durchsichtigen     Isolierstoff,    z. B. Glas  oder einen     Kunststoff,    mit einer leitenden Schicht  überzog.

   Die zwei ,aus einem Isolierstoff bestehenden,  je mit einer leitenden Schicht überzogenen Isolier  platten, zusammen mit dem zwischen ihnen vorge  sehenen Leuchtstoff, bildeten die Leuchtzelle.  



  Von diesen Zellen wurde bereits festgestellt, dass  ihre abgestrahlte Lichtmenge, bei einem Wechselstrom  gegebener Frequenz, mit der am lumineszierenden  Stoff auftretenden elektrischen Feldstärke rasch zu  nimmt. Eine elektrolumineszierende     Zelle,    die mit  guter Wirkung arbeitet, kann deshalb nur mit grosser  elektrischer Feldstärke     in    Betrieb gehalten werden.  Mit Rücksicht darauf, dass in der Praxis die Netz  spannung verwendet wird, die z. B. 220 Volt be  trägt, ist eine grosse elektrische     Feldstärke    nur  mit einer möglichst dünnen Schicht erreichbar.  



  Die notwendige Feldstärke liegt jedoch praktisch  in jedem Fall über der Durchschlagfestigkeit der  Luft, welche bei Wechselspannung etwa 21     kV/cm     beträgt. Man muss daher dafür Sorge tragen, dass  auch die kleinsten Spuren von Luft aus der Zelle  entfernt werden. Zu diesem Zweck wurde die     Leucht-          schicht    zweckmässig so ausgebildet, dass man den  aus kleinen Pulverkörnchen bestehenden elektro  lumineszierenden Stoff, zusammen mit organischen  Bindemitteln, zu einer dünnen, filmartigen Schicht  ausbildete, wobei die die Spannung zuführenden    Elektroden an die beiden Seiten dieser Schicht an  geschlossen wurden.  



  Diese Ausführungsform hat den Nachteil, dass  mit Rücksicht auf die Verwendung von elektro  lumineszierenden Stoffen des     ZnS-Typs,    welche eine       Dielektrizitätskonstante    von mehr als 12 aufweisen,  wobei die     Dielektrizitätskonstante        des    als     Füllmittel     dienenden Bindemittels im     allgemeinen    kleiner ist,  so dass die auf die Zelle geschaltete Spannung, in  Abhängigkeit von den     dielektrischen    Konstanten,  das Bindemittel in einem höheren Mass, den lumi  neszierenden Stoff hingegen nur in einem     geringeren     Mass beanspruchte.

   Zur Erreichung     einer    entspre  chenden Feldstärke war also entweder die Netz  spannung nicht ausreichend, oder man war gezwun  gen, den     El'ektrodenabstand    derart zu verringern,  dass wiederum die Herstellung einer entsprechend  dünnen Schicht     technologischen    Schwierigkeiten be  gegnete, bzw. es wurde die Gefahr von     Entladungen     in der Luft zwischen den Zuleitungen der Elektroden  vergrössert.  



  Es sind auch elektrolumineszierende Zellen be  kannt, bei welchen der elektrolumineszierende Stoff  anstatt in organischen     Bindemitteln    im Glas oder  in glasartigen Emails eingebettet ist. Die     Herstellung     derartiger glasartiger Emails ist aber schwierig.  



  Ausserdem beeinflussen diese     Stoffe    die Eigen  schaften des Leuchtpulvers nachteilig und es ist deren       Dielektrizitätskonstante    im Verhältnis zu derjenigen  des Leuchtpulvers zu niedrig, ihr     dielektrischer    Ver  lust hingegen zu hoch, welcher Umstand wiederum  zu Schwierigkeiten führt.  



  Zweck der Erfindung ist, die obigen Schwierig  keiten zu vermeiden und eine     elektrolumineszierende     Zelle     herzustellen,    welche mit den normalen Netz  spannungen mit einem     wirtschaftlichen        Lumen[Watt-          Wert    in Betrieb gehalten werden kann.      Zweck der Erfindung ist ferner, die Lichtleistung  elektrolumineszierender Zellen zu erhöhen. Die Ein  zelheiten der Erfindung gehen aus der nachstehenden  Beschreibung hervor.  



  Gegenstand der Erfindung ist eine elektrolumi  neszierende Leuchtzelle, in welcher zwischen zwei  Elektroden, von welchen mindestens die eine durch  sichtig oder durchscheinend ist, eine mit einem Binde  mittel vermischtes, elektrolumineszierendes     Leucht-          pulver    enthaltende Schicht vorgesehen ist, wobei die  letztgenannte Schicht auch einen anorganischen Füll  stoff enthält, dessen     dielektrische    Konstante minde  stens 20 und dessen     dielektrischer    Verlustfaktor     tg        ö     höchstens 0,2 beträgt.  



  Es wurde gefunden, dass zwecks     Erreichens    des  obigen Zieles der Raum zwischen den     Armaturen          zweckmässigerweise    mit einem Mittel auszufüllen ist,  dessen     dielektrische    Konstante wesentlich höher liegt  als jene des elektrolumineszierenden Pulvers.

   Es  wurde ferner gefunden, dass, falls diesem     Stoff    eine  Korngrösse verliehen wird, die um     mindestens    eine  Grössenordnung feiner ist als jene des elektro  lumineszierenden Pulvers, dieser pulverförmige Füll  stoff mit der feineren     Korngrösse    die Räume zwi  schen den     Körnchen    des elektrolumineszierenden  Pulvers mit gutem     Formfüllfaktor    ausfüllen kann, ,so  dass die Menge des benötigten organischen Stoffes  mindestens um eine Grössenordnung kleiner sein  kann, als es bisher nötig war.

   Dadurch kann er  reicht werden, dass zum Erzeugen eines elektrischen  Feldes ein wesentlich grösserer Teil der     ganzen    Span  nung auf das elektrolumineszierende Pulver und nur  ein wesentlich kleinerer Teil dieser Spannung auf das  Bindemittel fällt, so dass höchstens bei einer geringen  Erhöhung der am     Bindemittel    liegenden Feldstärke,  wegen der geringen Menge derselben letzten Endes  die auf die Körnchen des elektrolumineszierenden       Stoffes    entfallende Gesamtspannung, also dadurch  auch die Feldstärke, erhöht wird. Hierbei     entfällt    auf  den     Füllstoff,    zufolge dessen hoher     dielektrischen     Konstante, keine, bzw. eine praktisch vernachlässig  bare Spannung.  



  Im Sinne der Erfindung wird dem mit einem  Bindemittel vermischten elektrolumineszierenden Stoff  ein anorganischer     Füllstoff    zugesetzt, dessen     dielek-          trische    Konstante mindestens 20, vorteilhaft jedoch  wesentlich grösser,     beispielsweile    mindestens 50 ist,  der     dielektrische    Verlustfaktor     tg.    8 höchstens 0,2,  vorteilhaft jedoch weniger als 0,1 beträgt.  



  Der     Füllstoff    ist     zweckmässigerweise    ein feinkör  niger pulverförmiger     Stoff,    dessen Korngrösse vor  zugsweise kleiner ist als jene des elektrolumineszie  renden Stoffes. Da die Korngrösse des elektrolumines  zierenden Stoffes zweckmässig grösser als     5,u        zu    sein  pflegt, beträgt die Korngrösse des Füllstoffes vorteil  haft weniger als 5     ,u,    und zwar z. B. 1-2     ,u.    oder  noch weniger.  



  Für die elektrolumineszierende Leuchtzelle ge  mäss der Erfindung eignet sich als Füllstoff jede  anorganische Verbindung, welche die Wirkungsweise    der Zelle nicht schädlich beeinflusst und den obigen  Bedingungen entspricht. Es wurde jedoch gefunden,       d'ass    sich     Titandioxyd    besonders gut eignet, sowie       im    allgemeinen die Oxyde der Elemente der Gruppe  IV des periodischen Systems, deren     dielektrische     Konstante mindestens 20 beträgt, ferner salzartige  Verbindungen, wie z.

   B.     Titanate,        Zirkonate,        Hafnate     oder     Niobate,    insbesondere aber     Erdalkali-Titanat,          -Zirkonat,        -Hafnat,        -Niobat    bzw. Gemische dieser  Stoffe untereinander bzw. mit den entsprechenden  Oxyden. Gute     Erfolge    können z. B. mit Hilfe von       Bariumtitanat    erreicht werden, dessen     dielektrische     Konstante verhältnismässig gross ist.  



  Als Bindemittel werden vorteilhaft Zellulose  derivate, z. B. Nitrozellulose oder ähnliche Stoffe, ver  wendet. Man kann jedoch auch Bindemittel ver  wenden, welche neben z. B.     Kolladium    oder Konden  sationskunstharzen auch ein     Polymerisationskunst-          harz,    z. B. einen Polyester enthalten.  



  Was nun die Menge des Füllstoffes betrifft, so  wurde gefunden, dass diese Menge vorzugsweise min  destens 10 Gewichtsprozente des elektrolumineszie  renden Stoffes, höchstens aber 200 Gewichtsprozente  dieses Stoffes betragen soll. Sehr gute Resultate wur  den erreicht bei der Verwendung von 75 Gewichts  prozent Füllstoff. Die Menge des benötigten Füll  stoffes kann natürlich auch von dessen Korngrösse  abhängig sein.  



  Als elektrolumineszierender Stoff kann ein jeder       Stoff    verwendet werden, der bisher zu diesem Zweck  verwendet wurde, insbesondere aber z. B. elektrolumi  neszierende Stoffe des     ZnS-Typs.     



  Die Leuchtschicht, die z. B. aus einem elektro  lumineszierenden     Stoff    des     ZnS-Typs,    ferner z. B. aus       Kollodium    als Bindemittel und aus     Bariumtitanat     als Füllstoff besteht, bildet vorzugsweise ein inniges  Gemisch dieser Stoffe. Von diesen Stoffen kann die  Korngrösse des     ZnS    z. B. 6-10 ,ei, die des     Barium-          titanats    z. B. 0,3-1,0     p    betragen. Die Menge des  elektrolumineszierenden Stoffes im Gemisch kann  sich zur Menge des Füllstoffes z. B. wie 4 : 3 ver  halten.  



  Um eine Leuchtzelle nach der Erfindung herzu  stellen, wird z. B. ein     elektroluminesziernder        Stoff     mit einer Korngrösse von z. B. 8     p,        vorteilhaft    z. B.       ZnS,    vor der Anfertigung der Schicht mit einem an  organischen pulverförmigen Stoff mit einer Korngrösse  von kleiner als 5     @c    und mit einer entsprechend gro  ssen     dielektrischen    Konstante, z.

   B. mit der notwen  digen Menge     Bariumtitanat    innig vermischt, sodann  wird aus diesem Gemisch und einem nötigenfalls  mit     Weichmachungsmitteln    oder eventuell anderen  organischen Zusätzen versehenen Bindemittel und  einem Lösungsmittel eine Suspension hergestellt und  diese Suspension durch     Zerstäubung    oder auf eine  andere, an sich bekannte Weise, zwischen die Elek  troden, z. B. mit einer Schichtstärke von     25-200,1(,     vorteilhaft z. B.     50,u,    aufgetragen, sodann das Lö  sungsmittel durch Verdampfen entfernt. Als Binde-      mittel kann z.

   B. in an sich bekannter Weise Kollo  dium mit     Dibutylphthalat    als Weichmacher ver  mischt werden; man kann jedoch auch irgendeinen  anderen     Nitrozelluloselack    oder einen anderen ähn  lichen Stoff verwenden.  



  Das Lösungsmittel kann vorteilhaft     Butylazetat     sein, man kann jedoch auch     irgendein    anderes, an  sich bekanntes Lösungsmittel verwenden.    <I>Beispiel 1</I>  Es werden 100 g     ZnS-Leuchtpulver    mit einer  maximalen Korngrösse von<I>20</I>     ,cc    mit 125 g Titan  dioxyd mit einer maximalen Korngrösse von     0,2,u     mit einer     dielektrischen    Konstante von 40 und einem       dielektrischen    Verlustfaktor von 0,1 und 150 g Binde  mittel miteinander innig vermischt. Dieses Gemisch  wird mit 101 eines 150 g     Weichmachungsmittel    ent  haltendem Lösungsmittels vermischt und aus dem Ge  misch eine Suspension hergestellt.

   Die Suspension  wird zwischen die leitenden Elektroden, deren eine  durchsichtig oder durchscheinend ist, mit     einer     Schichtdicke von     25,u    aufgetragen, und sodann das  Lösungsmittel verdampft.  



  <I>Beispiel 2</I>  Es werden 100 g     Zinkkadmiumsulfid'leuchtpulver     mit einer maximalen Korngrösse von 30     ,u,    80 g     Füll-          stoff        (50%        Bariumtitanat        +        50%        Strontiumtitanat)     mit einer maximalen Korngrösse von 0,5-1,5     /c    mit  einer     dielektrischen    Konstante von 40 und einem       dielektrischen    Verlustfaktor von 0,1 und 200 g Binde  mittel miteinander innig vermischt.

   Aus diesem Ge  misch wird ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben,  eine Suspension angefertigt und diese zwischen die  Elektroden mit einer Schichtdicke von     55,u    aufge  tragen.  



  <I>Beispiel 3</I>  Es werden 100 g     Zinksulfid-selenid-Leuchtpulver     mit einer Korngrösse von maximal     14,u,    200 g Füll  stoff (ein Gemisch von     Titandioxyd,        Zirkondioxyd     und     Strontiumtitanat)    mit einer maximalen Korngrösse  von 0,3-1,1     ,u    mit einer     dielektrischen    Konstante  von 40 und einem     dielektrischen    Verlustfaktor von  0,1 und 220 g Bindemittel miteinander vermischt.  Aus diesem Gemisch wird, wie im Beispiel 1 beschrie  ben, eine Suspension hergestellt und diese zwischen  die Elektroden mit einer Schichtdicke von     38,a.    auf  getragen.  



  <I>Beispiel 4</I>  Es werden 100 g     ZnS-Leuchtpulver    mit einer  maximalen Korngrösse von 27     ,u,    50 g Füllstoff       (800/a        Magnesiumtitanat    + 20     0/0:        Bariumzirkonat)    mit  einer maximalen Korngrösse von     2-4,u    mit einer     di-          elektrischen    Konstante von 40 und einem     dielektri-          schen    Verlustfaktor von 0,1 und 180 g Bindemittel  miteinander innig vermischt.

   Aus diesem Gemisch  wird mit Hilfe eines Lösungsmittels, wie im Beispiel  1 beschrieben, eine Suspension     hergestellt    und diese  zwischen die Elektroden mit einer Schichtdicke von       100,u    aufgetragen.    Die elektrolumineszierende Zelle gemäss der Er  findung, wie oben anhand der Beispiele beschrieben,  kann mit einer     Spannung    von 220 Volt betrieben  werden. Die Lichtleistung der neuen Zelle ist gegen  über derjenigen bekannten Zellen eine recht grosse,  sie beträgt ungefähr 4-5     Lumen/Watt    und kann so  gar wesentlich grösser sein. Die Zelle ist frei von  Durchschlägen und einfach     herstellbar.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Elektrolumineszierende Leuchtzelle, in welcher zwischen zwei Elektroden, von welchen mindestens die eine durchsichtig oder durchscheinend ist, eine mit einem Bindemittel vermischtes elektrolumineszieren des Leuchtpulver enhaltende Schicht vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auch einen anorganischen Füllstoff enthält, dessen dielektrische Konstante mindestens 20 und dessen dielektrischer Verlustfaktor tg ö höchstens 0,2 beträgt.
    1I. Verfahren zur Herstellung einer elektrolumi neszierenden Leuchtzelle gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man aus einem Binde mittel, einem elektrolumineszierenden Leuchtpulver und einem Füllstoff, dessen dielektrische Konstante mindestens 20 und dessen d'ielektrischer Verlustfaktor tg ö höchstens 0,2 beträgt, mit Hilfe eines Lösungs mittels eine Suspension anfertigt und diese Suspen sion zwischen die leitenden Elektroden aufträgt und sodann das Lösungsmittel verdampft.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Konstante des Füllstoffes mindestens 50 und dessen dielektrischer Verlustfaktor tg ö höch stens 0,1 beträgt. 2. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I; dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff pulverförmig ist. 3.
    Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse des Füllstoffes kleiner als 5,u, vorteilhaft kleiner als 1 ,u ist. 4. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Füllstoffes mindestens 10%,
    höchstens aber 200% der Menge des Leuchtpulvers beträgt. 5. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mengen des Füllstoffes und des Leuchtpulvers mindestens annähernd wie 3 : 4 verhalten. 6. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff mindestens teilweise aus einem Oxyd eines Elementes der Gruppe IV des periodischen Systems besteht. 7.
    Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Füllstoff mindestens teilweise aus Titandioxyd oder Zirkondioxyd besteht. B. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff mindestens teilweise aus mindestens einem Titanat, Zirkonat, Hafnat oder Niobat besteht. 9.
    Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff mindestens teilweise aus mindestens einem Titanat, Zirkonat, Hafnat oder Niobat eines Erd- alkalimetalls, vorteilhaft Bariumtitanat besteht. 10. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I und Unteransprüchen 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ein Gemisch von Füllstoffen enthält. 11. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel mindestens teilweise aus Nitrozellulose besteht.
    12. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einem Gemisch von Nitrozellulose und Kondensationskunstharz oder Polymerisations- kunstharz, z. B. Polyester, besteht. 13. Elektrolumineszierende Leuchtzelle nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrolumineszierende Leuchtpulver aus ZnS besteht. 14. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man das Leuchtpulver mit dem Füllstoff vor der Anfertigung der Suspension innig vermischt. 15.
    Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Bindemittel Weich- rnachungsmittel und andere organische Zusätze bei mischt. 16. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man die Suspension zwischen den Elektroden zerstäubt.
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