DE1069678B - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiedergabe einzelner Signale und einen Bildschirm zur Durchführung dieses Verfahrens. Sie bedient sich eines Bildschirms, auf welchem auf Grund der Erscheinung der Elektrolumineszenz zwei oder mehr Signale in verschiedenen Farben nacheinander, aber — wenn nötig — gleichzeitig wahrnehmbar, sichtbar gemacht werden können.

Es besteht sahon lange das Problem, zwischen zwei verschiedenen Signalen zu unterscheiden, welche auf dem Bildschirm eines Kathodenstrahlgerätes sichtbar gemacht werden. Man hat dieses Problem z. B. im Loranverfahren dadurch zu lösen versucht, daß man verschiedene Impulse auf leicht voneinander verschiedenen Frequenzen übertrug, so daß der eine Impuls gegenüber dem anderen wanderte, wenn sie gleichzeitig auf einem Bildschirm wiedergegeben wurden. Dabei hatten selbstverständlich alle Signale auf dem Bild— schirm die gleiche Farbe. Manchmal ist es aber erwünscht, zwei verschiedene Signale durch farbige Verschiedenheit voneinander zu unterscheiden.

Die Fernsehtechnik hat sich schon mit ähnlichen Problemen befaßt, zu einer Zeit, als das sogenannte CB.S-Fernsehsystem eingeführt wurde, welches später wieder aufgegeben worden ist. Bei diesem System arbeitet man mit einer rotierenden Filterscheibe, welche sich vor dem Empfänger befindet. Diese Scheibe ist mit den einzelnen auf dem Raster erscheinenden Bildern synchronisiert. Wenn die Scheibe sich rasch dreht und mit den einzelnen Bildern des Rasters synchronisiert ist, so vermischt das Auge bekanntlich die Primärfarbkomponenten der Filterscheibe derart, daß der Eindruck eines farbigen Bildes entsteht. Dieses Verfahren befriedigte nicht. Die Nachteile lagen einmal in der Verwendung einer rotierenden, d. h. mechanisch bewegten Scheibe und sodann in der Unmöglichkeit, die Farben Schwarz und Weiß darzustellen.

Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die rotierende Filterscheibe in dem Empfänger zu vermeiden. Es ist vorgeschlagen worden, eine Vielzahl von Leuchtstoffschichten auf die Kathodenstrahlröhre aufzutragen und die Energie der zur Erregung verwendeten Kathodenstrahlen mit den den verschiedenen Farben entsprechenden Abtastvorgängen der Leuchtstoffschicht zu synchronisieren. Man wollte auf diese Weise die Elektronen verschieden tief in die Leuchtstoffschicht eindringen lassen und verschiedene Schichten des Leuchtstoffes zur Aussendung verschiedener Farben erregen. Bei diesem Verfahren ist die Eindringtiefe in die Leuchtstoffschicht schwer zu regeln.

Nach einem anderen Vorschlag hat man die Filter synchron mit den Abtastvorgängen der einzelnen Farben auf elektrischem Weg in ihrer Farbe beeinflußt.

Verfahren zur Wiedergabe
einzelner Signale in verschiedenen Farben und Bildschirm für dieses Verfahren

Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann
und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte,
München 2, Brunnstr. 8/9

Beansprudite Priorität: V. St. v. Amerika vom 24. Dezember 1956

Henry F. Ivey₁ Bloomfield, N. J. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

Wieder ein anderer Vorschlag ging dahin, Leuchtstoffe zu wählen, die von Röntgenstrahlen verschiedener Frequenz zu verschiedenen Farberscheinungen angeregt werden.

Schließlich ist auch ein Farbbildwiedergabesystem vorgeschlagen worden, bei dem der Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre aus einer ersten Leuchtschicht besteht, die bei Erregung durch einen Elektronenstrahl blaue und ultraviolette Strahlen aussendet und auf dieser ersten Leuchtscheibe mehrere lichtverstärkende und jeweils in einer bestimmten Grundfarbe leuchtende, jeweils zwischen transparenten elektrisch leitenden Schichten liegende, transparente Schichten angebracht sind, die durch die blaue und ultraviolette Strahlung der ersten Scheibe zum Leuchten in verschiedenen Farben angeregt werden, wenn an ihre Oberflächen mittels der transparenten leitenden Schichten eine Gleichspannung angelegt wird, so daß die zur Bildhelligkeit benötigte Leistung nicht dem Elektronenstrahl, sondern den sich zwischen den transparenten elektrisch leitenden Schichten ausbildenden elektrostatischen Feldern entnommen wird.

Der Nachteil dieses vorgeschlagenen Farbbildwiedergabesystems liegt darin, daß das Licht, welches in

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der ersten Leuchtschicht erzeugt wird, mehrere lichtverstärkende Schichten zu durchlaufen hat.

Wenn z. B. die innerste liohtverstärkende Schicht erregt wird, so muß das von dieser Schicht ausgesandte Licht die zweiten äußeren lichtverstärkenden Schichten durchlaufen, bevor es sichtbar wird. Wenn andererseits die äußere lichtverstärkende Schicht erregt werden soll, so muß die erregende Strahlung die beiden anderen Schichten durchsetzen, bevor eine Lichtverstärkung eintritt.

Dieser Nachteil wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wiedergabe einzelner Signale in verschiedenen Farben zum Zwecke der Darstellung auf einem elektrolumineszierenden Schirm vermieden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt einer elektrolumineszierenden Schicht, die je nach Feldstärke und Frequenz des angelegten Feldes in verschiedenen Farben aufleuchtet, eine strahlungsempfindliche, elektrisch in Reihe geschaltete Schicht an, deren Widerstand bei Bestrahlung mit Licht oder Elektronen geringer wird; diese Schicht wird einem mit den wiederzugebenden Signalen modulierten Lichtoder Kathodenstrahl ausgesetzt, während die Frequenz und die Feldstärke des an die beiden Schichten angelegten elektrischen Feldes synchron mit der dem jeweils wiederzugebenden Signal zugeordneten Farbe geändert wird.

Die Figuren zeigen Ausführungsformen der Erfindung. Es stellt dar

Fig. 1 ein Farbfernsehsystem, welches auf dem erfindungsgemäßen Verfahren beruht,

Fig. 2 das Blockschema eines Empfangssystems, welches zwei oder mehr Signale in verschiedenen Farben auf einem Bildschirm wiedergibt,

Fig. 3 eine frequenzveränderliche Wechselspannungsquelle,

Fig. 4 eine frequenzveränderliche Wechselspannungsquelle in abgeänderter Ausführungsform,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Bildschirms mit einer elektrolumineszierenden und einer strahlungsempfindlichen Schicht,

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Bildschirms mit geänderter Anordnung der elektrolumineszierenden und der strahlungsempfindlichen Schicht,

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Bildeohirms mit einer wieder anderen gegenseitigen Anordnung der elektrolumineszierenden und der strahlungsempfindlichen Schicht,

Fig. 8 einen Bildschirm mit Vergrößerungsoptik,

Fig. 9 einen Bildschirm mit einer abgeänderten Vergrößerungsoptik,

Fig. 10 einen Bildschirm mit einer abgeänderten Wechselspannungsquelle.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Farbfernsehsystem bezeichnet. In diesem System ist das Gegenstandsfeld, welches abgebildet werden soll, durch die gestrichelte Linie 12 angedeutet. Das von diesem Gegenstandsfeld 12 her einfallende Licht passiert die rotierende Filterscheibe 14; die Filterscheibe 14 liefert daher an das fokussierende Linsensystem 16 eine Vielzahl von rasch aufeinanderfolgenden Primärfarbkomponenten des Gegenstandsfeldes. Die Filterscheibe 14 ist aus einer Reihe von Filtern zusammengesetzt, welche nacheinander aus dem einfallenden Licht sämtliche spektralen Anteile herausfiltrieren mit Ausnahme der Primärfarbe, welche gerade übertragen werden soll. Normalerweise sind die Primärfarbkomponenten des Gegenstandsfeldes Grün, Blau und Rot; diese Primär-

farbkomponenten können natürlich aber auch andere sein. Die Filterscheibe 14 wird von einem Motor 18 mit so hoher Geschwindigkeit angetrieben, daß das Flimmern des Empfangssystems minimal ist. Dies ist bei Drehzahlen von zwischen 120 und 180 Umdrehungen pro Sekunde der Fall, wenn die Filterscheibe 14 drei verschiedene Farbfilterzonen besitzt.

Das in Farben zerlegte Gegenstandsfeld wird durch das Linsensystem 16 auf die Abtaströhre 20 projiziert;

ίο die Ausgangssignale der Abtaströhre 20 werden an ein Übertragungssystem 22 weitergegeben, welches in Fig. 1 im Blockschema eingezeichnet ist. Der die Filterscheibe 14 treibende Motor 18 ist mit dem Übertragungssystem 22 derart synchronisiert, daß die aufeinanderfolgenden Bildpunktverteilungen, welche nach der Abtaströhre 20 gelangen, in übertragbare Videosignale umgesetzt werden, welche den einzelnen von der Abtaströhre 20 empfangenen Bildpunktverteilungen entsprechen. Zusammen mit den Videosignalen werden normalerweise Synchronisierimpulse übertragen, welche den Umdrehungen des Antriebsmotors 18 entsprechen, so daß die den Bildpunktverteilungen der einzelnen aufeinanderfolgenden Farbkomponenten entsprechenden Vindeosignale zusammen mit entsprechenden Synchronisierimpulsen übertragen werden. Derartige Systeme sind bekannt.

Fig. 2 zeigt ein Empfangssystem für den Empfang der in dem Übertragungssystem übertragenen Videosignale. Der Empfänger 30, welcher im Blockschältbild dargestellt ist, erzeugt aus den empfangenen Videosignalen eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden einzelnen Modulationsspannungen, welche den aufeinanderfolgenden Bildpunkten entsprechen. Diese Modulationsspannungen und die Synchronisierimpulse werden in ein Synchronisiergerät 32 eingespeist, welches ebenfalls im Blockschaltbild dargestellt ist. Von dem Synchronisiergerät 32 wind eine frequenzveränderliche Wechselspannungsquelle betätigt; der Ausgang dieser WechseLspannungsquelk liegt quer an dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 36 und ist synchron mit den aufeinanderfolgenden Modulationsspannungen, welche auf der Bildfläche der Kathodenstrahlröhre 36 die Bildpunktverteilung erzeugen. Der Empfänger und das Synchronisiergerät sind mit Ausnahme des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre 36 ähnlich ausgebildet wie die sogenannten CBS-Empfänger für farbiges Fernsehen.

In Fig. 3 erkennt man das Schema einer frequenzveränderlichen Wechselspannungsquelle für verschiedene Frequenzen. Die Wechselspannungsquelle besteht aus einem rotierenden elektrischen Kontakt 38, dessen Rotationsbewegung synchron mit der Rotation der Filterscheibe 14 verläuft. Dieser rotierende Kontakt wird, wie später beschrieben, dazu verwendet, um den Bildschirm auf verschiedene Farben zu schalten. Elektrische Oszillatorkontakte 40, 40a und 40 & sind auf den Umfang des von dem rotierenden Kontakt 38 beschriebenen Kreises gleichmäßig verteilt, so daß jeder Oszillatorkontakt seinen zugehörigen Oszillator mit dem Bildschirm jeweils für nicht ganz eine drittel Umlaufperiode verbindet. Man sieht, daß das bisher beschriebene System im wesentlichen dem CBS-System entspricht. Hat man bei dem CBS-System einen Rotfilter vor den Raster gebracht, so legt man nach dem erfindungsgemäßen System den Oszillator 1 an den Kontakt 40; hat man bei dem CBS-System ein Grünfilter vor den Raster gebracht, so legt man bei dem erfindungsgemäßen System den Oszillator 2 an den Kontakt 40 a usw. Die hier beschriebene mechanische Unterbrechung kann natürlich durch ein elektronisches

Schaltsystem ersetzt werden. Wenn nur ein zweifarbiges Bild erzeugt werden soll, d. h. wenn nur zwei Signale in verschiedenen Farben auf dem Bildschirm dargestellt werden sollen, so kann natürlich einer der in Fig. 3 dargestellten Oszillatoren weggelassen werden und ebenso der für diesen Oszillator vorgesehene Kontakt.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer frequenzveränderlichen Wechselspannungsquelle. Diese Ausführungsform stimmt weitgehend mit derjenigen der Fig. 3 überein. Sie unterscheidet sich nur dadurch, daß ein einziger Oszillator verwendet wird und daß die Oszillatorabstimmung derart verändert wird, daß man auf diese Weise die verschiedenen erwünschten Frequenzen erhält. Die Oszillatoren, deren man sich bei den frequenzveränderlichen Wechselspannungsquellen für verschiedene Frequenzen bedient, sind an sich bekannt.

Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab, teilweise im Schnitt, einen Bildschirm 42 der Kathodenstrahlröhre 36. In seiner einfachsten Ausführungsform besteht dieser Schirm 42 aus zwei die Grenzschichten bildenden, voneinander beabstandeten Elektroden 44 und 46, zwischen denen eine Schicht aus elektrolumineszierendem Leuchtstoff 48 und eine Schicht aus strahlungsempfindlichem Stoff 50 liegt.

Die Erscheinung der Elektrolumineszenz wurde zum ersten Mal von G. Destriau in London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine, series 7, volume 38, No. 285, pages 700 bis 737 (Oktober 1947), beschrieben, und zwar in dem Aufsatz »The New Phenomenon of Electroluminescence^ Die Elektrolumineszenz tritt dann auf, wenn bestimmte Leuchtstoffe einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, etwa wenn man diese Leuchtstoffe zwischen zwei voneinander beabstandete Elektroden bringt und an diese Elektroden eine Wechselspannung anlegt. Das resultierende elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden erregt dann den Leuchtstoff zu Lumineszenz, und der Leuchtstoff wird zufolge dieser Erscheinung feldempfindlicher Leuchtstoff genannt. Derartige Leuchtstoffe werden gewöhnlich mit einem dielektrischen Stoff vermischt, oder es wird eine besondere Schicht aus dielektrischem Stoff zwischen die beiden Elektroden gelegt, damit ein Überschlag zwischen den beiden Elektroden, welcher einen Kurzschluß der Elektrolumineszenzzelle bedeuten würde, nicht auftreten kann. Ein Dielektrikum zwischen den beiden Elektroden ist zwar manchmal erwünscht, nicht aber unbedingt erforderlich, denn manche Elektrolumineszenzzellen können unter gewissen Betriebsbedingungen auch ohne Dielektrikum verwendet werden, obwohl das angelegte elektrische Feld eine Feldstärke von 100 kV pro Zentimeter besitzt. Normalerweise sind die beiden Elektroden zueinander parallel, aber auch dies ist nicht notwendigerweise der Fall. Nicht parallele Elektroden werden etwa dann verwendet, wenn ein spezieller Feldverlauf erzeugt werden soll.

In der Ausführungsform der Fig. S liegt an der äußeren Elektrode44 der Leuchtstoff 48 an; diese äußere Elektrode44 ist die Sichtfläche des Bildschirms 42. Die Elektrode 44 läßt diejenigen Strahlungen, welche der feldempfindliche Leuchtstoff bei Lumineszenzanregung liefert, durch. Zum Beispiel kann die Elektrode 44 aus einer elektrisch leitenden und lichtdurchlässigen Schicht von Zinnoxyd bestehen, welche auf einer Glasplatte in bekannter Weise aufgetragen wird. An Stelle des Zinkoxyds kann natürlich auch eine andere lichtdurchlässige elektrisch leitende Masse verwendet werden. Solche Massen sind bekannt.

Erfindungsgemäß muß die Leuchtstoffschicht 48 auf verschiedene Felder verschiedener Frequenz mit verschiedenen Leuchterscheinungen ansprechen. Wenn zwei verschiedene Signale in verschiedenen Farben, etwa Blau und Grün, wiedergegeben werden sollen, so verwendet man als Leuchtstoff kupferaktiviertes Zinksulfid. Dieses stellt man dadurch her, daß man 100 Mol Zinksulfid mit 1 Mol Kupfernitrat und 0,25 Mol Zinkchlorid vermischt und das Gemisch bei einer Temperatur von 950° C etwa 1 Stunde lang in einem abgeschlossenen Kieselsäurerohr brennt. Der so gewonnene Leuchtstoff ist im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums elektrolumineszierend, wenn er mit einer Frequenz von etwa 720 Hz angeregt wird. Wird dieser Leuchtstoff mit einer Frequenz von 10 kHz angeregt, so zeigt er eine Lichterscheinung im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums. Es stehen auch andersfarbige Leuchtstoffe zur Verfügung; Zinksulfid, welches mit Kupfer und AIangan aktiviert ist, zeigt eine Lichterscheinung im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums beim Anlegen einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 720 Hz und eine weitere im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums bei einer Frequenz von 10 kHz. Wenn zwei verschiedene Signale z. B. in Rot und Grün wiedergegeben werden sollen, so können zwei verschiedene Leuchtstoffe miteinander vermischt werden. Zum Beispiel kann ein grünemittierender, kupferaktivierter Zinksulfidleuchtstoff, welcher als Nebenaktivator Chlor enthält, mit einem rotemittierenden, kupferaktivierten Zinkselenidleuchtstoff vermischt werden, welcher als Nebenaktivator ebenfalls Chlor enthält. Bei einer Erregung mit einer Frequenz von 720 Hz spricht dieses Gemisch im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums, bei Erregung mit einer Frequenz von 10 kHz im roten Bereich des sichtbaren Spektrums an. Die Oszillatoren müssen natürlich so ausgewählt werden, daß sie die für die Erregung der gewünschten Fafbe notwendige Frequenz liefern.

Ein dreifarbiger Leuchtstoff läßt sich durch Vermischen von 100 g Zinksulfid, 1,2 g Manganazetat, 0,5 g Kupfersulfat und 1,5 g Zinkchlorid erzeugen. Es handelt sich also um einen mit den Aktivatoren Kupfer und Mangan und dem Nebenaktivator Chlor versetzten Zinksulfidleuchtstoff. Das so gebildete Gemisch wird in einer Schwefeldampfatmosphäre bei 1100° C etwa 1 Stunde lang gebrannt; hierauf wird der Leuchtstoff noch einmal gemahlen und in einer Kaliumzyanidlösung gewaschen. Der so gewonnene Leuchtstoff elektroluminesziert im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums bei geringen Frequenzen des angelegten Feldes, ungefähr bei 360 Hz, im grünen Bereich bei 1 kHz und im blauen Bereich bei 30 und mehr kHz. Dieser Leuchtstoff kann dann verwendet werden, wenn verschiedene Signale wahlweise auf dem Bildschirm in Grün, Blau oder Gelb wiedergegeben werden sollen. Es sind auch noch andere Möglichkeiten gegeben, um die Farben für verschiedene Signale zu variieren. Diese sind später beschrieben.

Unter strablungsempfindlichen Stoffen werden hier solche Stoffe verstanden, deren Widerstand ab- oder zunimmt, wenn auf sie eine Licht- oder Elektronenbestrahlung einfällt. »Strahlungsempfindlich« umfaßt somit den Begriff »elektronenbeschußleitend«, der bei Stoffen angewandt wird, deren Widerstand bei Beschuß mit Eelektronen sinkt, und auch den Begriff »fotoleitend«, der -bei Stoffen angewandt wird, die bei Einfall von sichtbarem oder unsichtbarem Licht ihren Widerstandswert ändern.

Die strahlungsempfindliohe Schicht 50 und die an-

liegende Leuchtstoffschicht 48 sind durch die Elektroden 44 und 46 begrenzt. Eine solche Anordnung kann als Lichtverstärker verwendet werden; es werden dann die Signale, welche in verschiedenen Farben gleichzeitig wiedergegeben werden sollen, verstärkt, wie weiter unten beschrieben ist. Im Betrieb wird an die strahlungsempfindliche und elektrolumineszierende Doppelschicht ein Feld quer durch die beiden Schichten gelegt. Wenn die strahlungsempfindliche Schicht nicht erregt wird, so besitzt sie einen sehr hohen Widerstand, und der größte Teil des elektrischen Feldes liegt an der strahlungsempfindlichen Schicht, während an der Leuchtstoffschicht ein verhältnismäßig kleines elektrisches Feld liegt. Wenn die strahlungsempfindliche Schicht 50 erregt wird, etwa durch Beschuß mit Kathodenstrahlen, so sinkt ihr Widerstand ab, und der größte Teil des elektrischen Feldes liegt nunmehr an der Leuchtstoffschicht. Da die Leuchtdichte der elektrolumineszierenden Leuchtstoffe mit zunehmender Feldstärke zunimmt, hat das Ansteigen des elektrischen Feldes eine zunehmende Elektrolumineszenzerregung des Leuchtstoffes zur Folge, und zwar an derjenigen Stelle, an der der Leuchtstoff in den erregten strahlungsempfindlichen Stoff übergeht und an diesem anliegt. Es wird also das dem Kathodenstrahl auf modulierte Signal von dem elektrolumineszierenden Leuchtstoff wiedergegeben. Beispiele von Stoffen, welche bei Elektronenbeschuß ihre Leitfähigkeit verändern, sind Cadmiumtellurid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid und Anthrazen.

Da manche strahlungsempfindlichen Stoffe, welche von Kathodenstrahlen ihren Widerstand beeinflussen lassen, auch von sichtbarem Licht in ihrer Leitfähigkeit beeinflußt werden, ist es manchmal notwendig, eine Schicht aus lichtabschirmenidem Stoff zwischen den Leuchtstoff 48 und die strahlungsempfindliche Schicht 50 zu legen, um eine optische Rückkopplung zwischen dem Leuchtstoff und der strahlungsempfindlichen Schicht zu unterbinden; eine solche optische Rückkopplung würde nämlich zu einer Art Selbsterregung in der Leuchtstoffschicht 48 führen, d. h., es würde eine Elektrolumineszenz selbst dann auftreten, wenn kein erregendes Signal vorhanden ist.

Wenn eine besondere Schicht aus lichtabschirmendem Stoff verwendet wird, so muß man dafür Sorge tragen, daß diese Schicht 52 (Fig. 6) einen sehr hohen elektrischen Widerstand besitzt. Würde man z. B. eine Aluminiumschicht als Lichtabschirmung verwenden, so würde infolge der guten Leitfähigkeit des Aluminiums die gesamte Leuchtstoffschicht 48 elektrolumineszierend werden, wenn irgendwo ein kleiner Abschnitt der strahlungsempfindlichen Schicht 50 leitend gemacht würde, und dies würde bedeuten, daß die strahlungsempfindliche Schicht in Serie zu der elektrolumineszierenden Schicht liegen würde. Man kann als lichtabschirmende Schicht 52 beispielsweise einen Hchtundurchlässigen Kunststoff, etwa Polyvinylchlorid, zwischen die Leuchtstoffschicht 48 und die strahlungsempfindliche Schicht 50 legen, um somit eine optische Rückkopplung zu verhindern, wenn die strahlungsempfindliche Schicht sowohl licht- als auch elektronenbeschußempfindlich sein sollte und durch das von dem Leuchtstoff erzeugte Licht erregt werden würde. Es sei hier bemerkt, daß Anthrazen von sichtbarem Licht nur sehr wenig erregt wird. Wenn die strahlungsempfindliche Schicht 50 aus Anthrazen besteht und von dem Leuchtstoff eine Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums erzeugt wird, so kann auf die abschirmende Schicht 52 in der Regel verzichtet werden.

Unter manchen Betriebsbedingungen ist die lichtabschirmende Schicht zwischen dem Leuchtstoff und der strahlungsempfindlichen Schicht auch dann nicht notwendig, wenn der strahlungsempfindliche Stoff von S der durch den Leuchtstoff erzeugten Strahlung erregt werden kann. Zum Beispiel kann die Frequenz veränderlicher Wechselspannung zwischen einzelnen Bildpunktverteilungen unterbrochen werden, so daß sie während der gleichen Periode angelegt ist, während

ίο der auch die zugehörige modulierte Strahlung auf die strahlungsempfindliche Schicht 50 einfällt. Der elektrolumineszierende Leuchtstoff erzeugt dann Strahlen, welche ihrerseits auf die strahlungsempfindliche Schicht 50 zurückwirken; es steigt also die Geschwindigkeit, mit der sich das Licht in der elektrolumineszierenden Schicht 48 aufbaut. Vor der Erzeugung des nächsten Bildpunktes wird auch das den Leuchtstoff erregende elektrische Wechselfeld unterbrochen, und der Schirm kehrt in den Ruhezustand zurück, bevor er wieder erregt wird. Die hier auftretende optische Rückkopplung verschlechtert zwar die Kontraste und das Auflösungsvermögen; je nach der besonderen Anwendungsform ist dies jedoch nicht immer von Nachteil. In vielen Fällen wird man jedoch eine lichtabschirmende Schicht 52 vorsehen, wenn der strahlungsempfindliche Stoff auch von den in dem elektrolumineszierenden Leuchtstoff erzeugten Strahlungen beeinflußbar ist. Man vermeidet dadurch eine Selbsterregung und erreicht, daß auch schwache Signale einen guten Kontrast besitzen und daß das Auflösungsvermögen so scharf wie möglich ist. Dies ist dann von erheblicher Bedeutung, wenn die auf dem Bildschirm wiederzugebenden Signale durch die lichtverstärkende Spannung am Bildschirm verstärkt werden sollen, da die Erregung der strahlungsempfindlichen Schicht in diesem Fall mehr auf der Elektrolumineszenz beruht als auf dem anregenden Signal mit der Folge, daß der Kontrast und die Auflösung des Signals schlecht sind. Die innere Elektrode 46 muß elektrisch leitend und für die einfallende Strahlung, welche die strahlungsempfindliche Schicht 50 zu erregen hat, durchlässig sein. Im Falle einer Erregung durch Kathodenstrahlen kann die Elektrode 46 aus Aluminium hergestellt sein, welches in bekannter Weise durch Niederschlag im Vakuum aufgetragen ist. Die Kathodenstrahlröhre ist in bekannter Weise hergestellt. Der Bildschirm 42 ist auf dem Rohr dessen Stirnseite gasdicht angebracht, etwa mittels eines bekannten Epoxyharzes, welches am Rand 54 des Rohres aufgetragen ist.

In der Ausführungsform der Fig. 6 hat die lichtabschirmende Schicht 52 zwei Aufgaben. Einmal bildet sie eine Isolierung, welche einen elektrischen Kurzschluß zwischen den beiden Elektroden verhindert, und zum andern verhindert sie eine optische Rückkopplung für den Fall, daß die strahlungsempfindliche Schicht durch die Strahlung des Leuchtstoffs erregbar ist. Nach einer anderen Ausführungsform können der Leuchtstoff und das Dielektrikum, etwa ein hochisolierender Kunststoff wie lichtdurchlässiges Polyvinylchloridazetat, miteinander vermischt sein. Zum Beispiel kann man den Leuchtstoff und den Isolierstoff in gleichen Gewichtsteilen miteinander mischen. Die Anteile können aber auch in einem anderen Verhältnis zueinander stehen. Im Falle eines mit Isolierstoff vermischten Leuchtstoffs macht man die Mischschicht etwa 0,075 mm dick; ist der Leuchtstoff mit dem Isolierstoff nicht vermischt, so wird man ihn etwa 0,05 mm dick auftragen. Die hier beschriebenen Leuchtstoff- und zusammengesetzten Leuchtstoff-Iso-Iierstoff-Schichten eignen sich für Betriebsspannungen,

wie sie weiter unten angegeben werden. Natürlich müssen alle Schichten des Bildschirms 42, welche an der äußeren Elektrode 44 und der Leuchtstoffschicht 48 liegen, für die von :bm elektrolumineszierenden Leuchtstoff ausgesandten Strahlen durchlässig sein.

Damit die Leuchtstoffe die verschiedenen erwünschten Farben auch wirklich erzeugen, müssen die erregten Teile der strahlungsempfindlichen Schicht für mindestens eine Halbperiode des erregenden elektrischen Feldes leitend bleiben. Man erreicht dies durch die besondere Auswahl der strahlungsempfindlichen Stoffe oder durch die besondere Auswahl von für die Erregung dieser strahlungsempfindlichen Stoffe bestimmten Leuchtstoffen. Die besondere Auswahl wird in beiden Fällen mit Rücksicht auf die Abklingcharakteristiiken getroffen. Dies bedeutet, daß entweder auf den letzten Teil einer jeden Kathodenstrahlbildpunktverteilung verzichtet werden muß oder daß das erregende Feld für eine kurze Zeit aufrechterhalten werden muß, nachdem die Kathodenstrahlbildpunktverteilung bereits beendet ist. A⁷Crwendet man elektrische Felder von sehr hoher Frequenz für die Erzeugung der verschiedenen Farben in dem Leuchtstoff, so sind die Abklingcharakteristiken des strahlungsempfindlichen Stoffes oder des ihn erregenden Leuchtstoffes von sekundärer Bedeutung.

Für manche Anwendungszwecke baut man die Kathodenstrahlröhre 36 in herkömmlicher Weise, wobei eine Leuchtstoffschicht 56, welche eine Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums liefert, auf der Stirnfläche der Röhre aufgetragen und den Kathodenstrahlen ausgesetzt ist. Eine derartige Konstruktion ist in Fig. 7 dargestellt. Als Leuchtstoff kommt hier ein manganaktivierter Zinksilikatleuchtstoff in Frage. Die sichtbaren Bilder, welche von der Leuchtstoffschicht 56 erzeugt werden, dienen dazu, den Bildschirm 42 zu erregen, welcher entweder auf der Innenseite oder auf der Außenseite der Kathodenstrahlröhre 36 aufgetragen ist. Die innere Elektrode 46 kann in diesem Fall Zinkoxyd sein, die strahlungsempfindliche, d. h. hier fotoleitende Schicht Kadmiumsulfid.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 36 erzeugten Lichtsignale mittels eines Linsensystems 58 auf einen vergrößerten Schirm 42a projiziert werden. Diese Konstruktion ist der oben beschriebenen ähnlich; die frequenzveränderliche Spannungsquelle liegt nun an dem vergrößerten Schirm 42a. Die Spannungen des Schirms 42a sind synchron mit der erregenden Strahlung, welche auf die strahlungsempfindliche, d. h. hier fotoleitende Schicht 50 des Schirms 42a einfallen. Wenn die fotoleitende Schicht 50 auch durch sichtbares Umgebungslicht erregbar ist, so wird sie unter Umständen vor Lichtzutritt durch einen abschirmenden Kolben 60 schützen. Die innere Elektrode46 muß für die den Schirm erregenden Lichtstrahlen durchlässig sein und ist daher zweckmäßig aus Zinnoxyd hergestellt.

Manchmal will man durch den Kathodenstrahleinfall ultraviolette Strahlung erzeugen; Leuchtstoffe, welche bei Erregung mit Kathodenstrahlen ultraviolettes Licht liefern, sind z. B. Zinkpyrophosphat oder zeraktiviertes Strontiumorthophosphat. In diesem Fall müssen sämtliche Teile zwischen dem UV-Lichtliefernden Leuchtstoff und der UV-empfindlichen fotoleitenden Schicht ultraviolettdurchlässig sein. Ultraviolettdurchlässige Gläser sind z. B. Quarz oder Vycor. Anthrazen ist ein fotoleitender Stoff, welcher von ultraviolettem, nicht aber von sichtbarem Licht erregbar ist. Verwendet man also Anthrazen, so kann auf die Lichtabschirmung 60 verzichtet werden.

Unter Umständen will man auch den auf der Stirnseite der Kathodenstrahlröhre aufgetragenen Leuchtstoff zur Aussendung von infraroter Strahlung erregen. Die infrarote Strahlung kann dann auf einen größeren Bildschirm 42a projiziert werden. Ein fotoleitender Stoff, welcher von infraroter Strahlung, nicht aber von sichtbarem Licht erregt wird, ist Kadmiiumtellurid. Verwendet man Kadmiumtellurid, so kann man auf die Lichtabschirmung 60 ebenfalls verzichten. Stoffe, ίο welche von Kathodenstrahlen zur Aussendung von infraroten Strahlen erregt werden, sind z. B. eisenaktiviertes Zinksulfid oder kupfer aktiviertes Kadmiumsulfid.

Fig. 9 zeigt eine Abänderung zur Ausführungsform der Fig. 8. Der Aufbau ist weitgehend identisch. Nur ist an Stelle des Linsensystems 58 für die optische Vergrößerung ein sphärischer Schmidtspiegel oder Reflektor 62 getreten. Derartige Spiegel sind bekannt und können aus Kunststoff oder Metall gepreßt werden; durch eine geeignete Behandlung werden sie in dem sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Spektralbereich stark reflektierend. Zum Beispiel trägt man hierzu im Vakuum eine dünne Aluminiumschicht auf den Reflektor auf. Bekanntlich kann die sphärische Aberration eines Schmidtspiegels durch eine Korrekturlinse 64 zwischen demSpiegel 62 und der inneren Elektrode 46 des Schirm 42ο korrigiert werden.

Die Spannungen, welche zwischen den Elektroden 44 und 46 angelegt werden, sind etwa 500 Volt, können je nach der erwünschten Leuchtdichte aber auch erheblich schwanken. Spannungen der Größenordnung von 500 Volt führen in der Regel zu einer gewissen Signalverstärkung. Das bedeutet: Die Signale, welche in verschiedenen Farben dargestellt werden, erscheinen heller, als wenn der zu erregende Leuchtstoff allein durch den Kathodentaststrahl erregt würde. Wenn eine derartige Verstärkung nicht wünschenswert ist, so kann die an die Elektroden angelegte Spannung auf einen Wert herabgesetzt werden,

l-o welcher von den verschiedenen Leuchtstoffen, dem fotoleitenden Stoff und der Bauart des Schirms 42 abhängt. Eine an den Elektroden angelegte Spannung von 100 Volt bedeutet in der Regel Signal wiedergabe ohne Verstärkung.

Im vorstehenden wurde ein dreifarbiger Leuchtstoff behandelt, welcher in dem gelben, grünen und blauen Bereich des sichtbaren Spektrums Elektrolumineszenzerscheinungen zeigt, wenn man ihn durch Wechselspannungen verschiedener Frequenzen erregt. Manch-

jo mal will man aber rote, grüne und blaue Signale an Stelle der gelben, grünen und blauen Signale erzeugen. In diesem Fall bringt man einen Filter 66 an der A⁷Orderseite des Bildschirms 42 an, wie Fig. 10 es zeigt. Dieser Filter darf nur diejenige Strahlung ausscheiden, deren Wellenlänge zwischen 5700 und 6100 Ängström liegt. Die gelbe Farbe, welche von dem Leuchtstoff erzeugt wird, ist reich an roter Strahlung"; filtert man daher die gelben Strahlen, so erreicht man, daß von dem Leuchtstoff nur eine rote Emission durch den Filter gelangt. Es gibt Interferenzfilter, weiche die obengenannte Bedingung erfüllen. Für den Fall, daß man einen Filter verwendet, welcher nur die rote Strahlung durchläßt, die unerwünschte gelbe aber ausfiltert, ist es unter Umständen wünschenswert, die Leuchtdichte des Leuchtstoffs zu erhöhen, wenn an ihm die niederen, die rote Farbe erzeugenden Wechselspannungsfrequenzen liegen, um den Strahlungsverlust durch den Filter zu kompensieren; man erreicht dadurch, daß der Leucht-

o stoff in den verschiedenen Frequenzen annähernd die

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Claims (7)

gleiche Leuchtdichte zeigt. Auch besteht manchmal ein Bedürfnis, die eine oder die andere Farbe besonders zu betonen. Die Erhöhung der Leuchtdichte für die einzelnen Frequenzen und damit für die einzelnen Farben kann man auf verschiedene Art erreichen, etwa dadurch, daß man die von dem Oszillator an die Elektrolumineszenzzelle gelieferte Spannung erhöht. Daneben kann man auch einen induktiven Widerstand in Serie zu dem Elektrolumineszenzschirm 42 legen; man kommt damit zu der Ausbildung der Fig. 10. Der Wert der induktiven Widerstände kann leicht ausgerechnet werden. Nehmen wir eine Zelle mit einer Fläche von 1000 qcm an, deren Kapazität C ungefähr 0,1 μΈ beträgt, so erhält man zusammen mit einer Induktivität von 195 mH einen Serienresonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz bei 360 Hz. Dies bedeutet eine erhöhte Spannung an der Zelle bei Resonanzfrequenzen, eine Spannung, die etwa drei- bis sechsmal so groß ist wie die von der Wechselspannungsquelle gelieferte Spannung. Die erhöhte Spannung wiederum bedeutet eine erhöhte Leuchtdichte der Zelle, aber nur für diejenigen Frequenzen, bei denen eine Resonanz auftritt. In der hier beschriebenen Anwendung des Erfindungsgegenstandes auf ein Farbfernsehsystem wurde jeweils ein ganzes Gegenstandsfeld abgetastet und hierauf reproduziert. Bei manchen Anwendungen besteht die Aufgabe, nur einen kleinen Teil des Gegenstandsfeldes abzutasten und nur diesen abgetasteten Teil wiederzugeben. So können dann verschiedene Teile eines Gegenstandsfeldes zusammen wiedergegeben werden. Auch kann man in dem beschriebenen Fernsehempfänger bei Bedarf nach dem Zeilensprungverfahren arbeiten. Das beschriebene Empfangssystem eignet sich für den Empfang und die Wiedergabe von synchronisierten Signalen. Selbstverständlich können auch unsynchronisierte Signale empfangen und hierauf durch den Empfänger vor der Wiedergabe synchronisiert werden. Schließlich kann auch ein und das gleiche Gegenstandsfeld in verschiedenen Formen und verschiedenen Farben wiedergegeben werden. Zum Beispiel können gleichzeitig Fernseh- und Radarbilder, Radar-Rundsicht- und Infrarotbilder oder Infrarotbilder und Fernsehbilder ein und des gleichen Gegenstandsfeldes in verschiedenen Farben gleichzeitig dargestellt werden. Je nach den Abklingcharakteristiken des strahlungsempfindlichen Stoffes und den Abklingcharakteristiken des Leuchtstoffs, dessen Strahlung zur Erregung dieses strahlungsempfindlichen Stoffes \rerwendet wird, ist es in manchen Fällen von Vorteil, die Gedächtniseigenschaften des Erregerleuchtstoffs oder des strahlungsempfindlichen Stoffes zu erhöhen; diese Gedächtniseigenschaften sind eine Folge der Abfallcharakteristiken. Man geht hier so vor, daß man eine optische Rückkopplung durch eine Art Selbsterregung zuläßt, indem man die Lichtabschirmung zwischen dem strahlungsempfindlichen Stoff und dem elektrolumineszierenden Leuchtstoff wegläßt. In einer solchen Ausfiihrungsform kann die zur Erregung der Elektrolumineszenz angelegte Spannung während der einzelnen Bildpunktverteilungen so niedrig sein, daß das angelegte Signal eine Selbsterregung einleitet, aber nur ein sehr schwaches Licht liefert. Nachdem die Bildpunktfolge fertiggestellt ist, kann dann für eine Periode von mindestens einer halben Periode ein starkes, erregendes Feld angelegt werden, welches bewirkt, daß das Signal sehr hell luminesziert. Hierauf wird das erregende Feld vollständig unterbrochen, so daß der Leuchtstoff und der Fotoleiter in ihren Ruhe- zustand zurückkehren können, bevor die nächste Bildpunktfolge erscheint. Es gibt auch noch andere Methoden, um zusätzliche Gedächtniseigenschaften zu erzeugen, sofern dies wünschenswert ist. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wiedergabe einzelner Signale in verschiedenen Farben zum Zwecke der zusammengesetzten Darstellung auf einem Elektrolumineszenzschirm, dadurch gekennzeichnet, daß einer elektrolumineszierenden Schicht, die je nach der Feldstärke und Frequenz des angelegten elektrischen Feldes in verschiedenen Farben aufleuchtet, eine strahlungsempfindliche, elektrisch in Reihe geschaltete Schicht anliegt, deren Widerstand bei Bestrahlung mit Licht oder Elektronen geringer wird, daß diese Schicht einem mit den wiederzugebenden Signalen modulierten Lichtoder Kathodenstrahl ausgesetzt wird und daß die Frequenz und Feldstärke des an die beiden Schichten angelegten elektrischen Feldes synchron mit der dem jeweils wiederzugebenden Signal zugeordneten Farbe geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (48) und die strahlungsempfindliche Schicht (50) optisch und elektrisch voneinander isoliert werden, falls die strahlungsempfindliche Schicht durch sichtbares Licht erregbar ist (Fig. 6).

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kathodenstrahl zur unmittelbaren Erregung der strahlungsempfindlichen Schicht verwendet wird (Fig. 5 und 6).

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kathodenstrahl zunächst eine kathodolumineszierende Schicht erregt, deren Licht die strahlungsempfindMche Schicht beeinflußt und dadurch das in der Elektrolumineszenzschicht erzeugte Licht steuert (Fig. 7).

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des kathodolumineszierenden Leuchtschirms optisch vergrößert wird, bevor es auf die strahlungsempfindliche Schicht auftrifft (Fig. 8).

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, insbesondere Farbfernsehverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite die dem Signal zugeordnete Primärfarbe feldweise geändert wird und daß auf der Empfangsseite das an die beiden Schichten angelegte Feld synchron mit der Änderung der Primärfarbe auf der Sendeseite umgeschaltet wird.

7. Bildschirm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine strahlungsempfindliche Schicht (50) und eine Fläche an Fläche mit dieser Schicht liegende elektrolumineszierende Schicht (48), welche sich zur Aussendung verschiedener Farben entsprechend den einzelnen in dem wiederzugebenden Signal auftretenden Farben anregen läßt, ferner gekennzeichnet durch eine erste an der freien Fläche der strahlungsempfindlichen Schicht anliegende Elektrode (46), welche elektrisch leitend und für die einfallende Strahlung durchlässig ist, sowie eine zweite an der freien Fläche der elektrolumineszierenden Schicht anliegende Elektrode (44), welche ebenfalls elektrisch leitend und lichtdurchlässig ist (Fig. 5).