DE1934865A1

DE1934865A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1934865A1
Application number: DE19691934865
Authority: DE
Inventors: Bishop Alfred Edward
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1969-07-09
Publication date: 1970-01-22
Also published as: FR2012957A1; JPS5227513B1; NL6910797A; JPS5128975B1; US3522463A; GB1272782A

Description

US-Ser.No, 744 887 ·^!

Piled: July 15, I968 ^!

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Kathodenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, deren Leuchtschirm zwei verschiedene Leuchtstoffe sowie einen Überzug aus einem dritten Leuchtstoff auf der der Elektronenquelle zugewandten Seite aufweist und von Elektronen unterschiedlicher Energie getroffen wird.

Bestimmte Typen von Kathodenstrahlröhren haben einen Leuchtschirm mit mehreren Leuchtstoffen, welche unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Röhre verschiedenfarbige Darstellungen ermöglichen. Solche Röhren werden beispielsweise in -Anlagen für Verkehrsüberwachung aus der Luft, für militärische Erkennungszwecke, _; für Börsennotierungen und Rechner-Datenverarbeitungen verwendet. 1 Ein Nachteil dieser Röhren besteht darin, daß bei ihnen ein ge- ! naues Bezugsmuster oder eine Bezugsmarkierung fehlt, welches der sichtbaren Anzeige exakt zugeordnet werden kann. Man hat bereits versucht, die Frontscheibe der Röhre mit einem Indexmuster zu ver-j sehen, jedoch ist ein solches Bezugsmuster starr und kann nicht _; verändert werden, und bei Veränderungen des vom Elektronenstrahl abgetasteten Feldes sowie bei räumlichen Veränderungen der Abmessungen der Röhre und Frontplatte ist eine genaue Einhaltung der Lage der Darstellung nicht zu erreichen. Es isfe daher zweckmäßig, daß das Bezugsmuster ein Teil der leuchtenden Darstellung ist, welche durch den abtastenden Elektronenstrahl, oder die Elektronenstrahlen, entsteht. Dann kann man nämlich das Bezugsmuster je nach Anwendungsfall der Röhre verändern, und bei be-

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stimmten anderen Anwendungen kann auch ein bewegtes Bezugsmuster j vorgesehen werden. . ■ ;

Man hat Anzeigeröhren mit Leuchtschirmen verwendet, die aus ^v einer Mehrzahl von Schichten aus verschiedenen Leuchtstoffen bestehen, wobei die Leuchtstoffschichten durch Zwischenschichten getrennt sind, so daß jeder Schicht Elektronen eines bestimmten Energiebereichs zugeordnet werden. Solche Leuchtschirme lassen sich jedoch wegen ihres komplizierten Aufbaus nur schwierig herstellen. Außerdem neigen die Zwischenschichten dazu, einen-bestimm·»· ten Energiebetrag der sie durchdringenden Elektronen zu absorbieren, so daß der Wirkungsgrad der Röhre verschlechtert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung dieser Nachteile. Sie wird bei einer Kathodenstrahlröhre, deren Leuchtschirm zwei verschiedene Leuchtstoffe sowie einen überzug aus einem dritten Leuchtstoff auf der der Elektronenquelle zugewandten Seite aufweist und von Elektronen unterschiedlicher Energie getroffen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der erstgenannten Leuchtstoffe bei Anregung durch den Überzug durchdringende Elektronen hoher Energie mit einer ersten Farbe aufleuchtet, daß der zweite Leuchtstoff durch das vom ersten Leuchtstoff ausgehende Licht zum Leuchten in einer zweiten Farbe angeregt wird, und daß der dritte Leuchtstoff bei Anregung durch von der Elektronenquelle stammenden Elektronen in einer dritten Farbe aufleuchtet,

Bei niedrigen Betriebsspannungen wird der (dritte) Leuchtstoff des Überzugs zur Emission von Licht der dritten Farbe ange- ^! regt. Bei hohen Betriebsspannungen wird der erste Leuchtstoff zur Emission von Licht der ersten Farbe mit kurzer Nachleuchtdauer angeregt, durch welches der zweite Leuchtstoff zur Emission von Licht der zweiten Farbe mit einer langen Nachleuchtdauer angeregt , wird. Der Betrachter kann dabei entsprechend den unterschiedlichen! Farben und Nachleuchtdauern verschiedene dargestellte Informationen unterscheiden. Beispielsweise kann ein über den Schirm geführ-_: ter Elektronenstrahl niedriger Energie ein Bezugsmuster darstellen, während ein Elektronenstrahl hoher Energie den Leuchtstoffüberzug durchdringt und eine Anzeige in zwei Farben unterschiedlicher Nachleuchtdauer ergibt. Unter Nachleuchtdauer eines Leuchtstoffes ist diejenige Zeit zu verstehen, in welcher nach Anregen des Leuchfc-

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Stoffes seine Helligkeit auf.10 % ihres Anfangswertes abgesunken ist.

Der Schirm der Röhre kann in Schichten ausgebildet sein, wobei die erste Schicht vom Glas der Prontplatte getragen wird und eine Mischung aus dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff enthält. Über dieser ersten Schicht kann eine zweite Schicht aus dem drit- ;

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ten Leuchtstoff in einer Dicke ausgebildet sein, daß Elektronen- ^: mit einer Energie, die zum Anregen des dritten Leuchtstoffes er- i forderlich ist, absorbiert werden. Elektronen höherer Energie, die· bei höheren Betriebsspannungen auftreten, durchdringen die Schicht aus dem dritten Leuchtstoff und dringen in die erste Schicht ein, ■■ welche aus dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff besteht. Dabei \ wird der erste Leuchtstoff mit der kurzen-Nachleuchtdauer zur Emission von Licht angeregt, welches von dem zweiten Leuchtstoff absorbiert wird und eine Lichtemission mit längerer Nachleuchtdauer anregt. . .

Der erste und der zweite Leuchtstoff kann in Form getrennter Partikel vorliegen, welche einzeln mit Material des dritten Leuchtstoffes überzogen sind. Die Überzogenen Leuchtstoff-Partikel könneb dann in einer einzigen Schicht aufgebracht werden, so daß keine zwei getrennten Schichten erforderlich sind, bei welchen mehr Herstellungsschritte erforderlich wären. '

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kathodenstrahlröhre mit dem erfindungsgemäßen Leuchtschirm;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Leuchtschirm

der Röhre nach Fig. Ij ■

Fig» 2 einen schematischen Schnitt durch ein mit einem bestimmten Leuchtstoff überzogenen Leuchtstoff-Partikel, wie er in ! dem Leuchtschirm nach den Fig. 1 und 2 verwendet wird und _:

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch einen anderen Leuchtstoff-Partikel, der ebenfalls mit einem unterschiedlichen Leuchtstoff überzogen ist und in den Leuchtschirmen der Fig. 1 und 2 Verwendung findet. ..--..

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Die in Fig. 1 dargestellte Kathodenstrahlröhre 10 hat einen Kolben 11 mit einem Hals 12, der über einen Konus 1β mit einer Frontscheibe 14 verbunden ist. Von einem Elektronenstrahlsystem Ί8 im Hals 12 wird ein Elektronenstrahl 20 auf die Frontscheibe 14, gerichtet. Der Hals 12 ist an einem Ende durch einen Sockel 22 abgeschlossen, in den eine Vielzahl von Sockelstiften 24 eingeschmolzen ist, über welche die Betriebsspannungen an das Strahlerzeugungssystem. 18 gelegt werden. Die Innenseite des Konus 16 ist mit einem leitenden Überzug 26 versehen, der mit einer Beschleunigungselektrode; des Strahlerzeugungssystems verbunden ist. Dem Überzug 26 wird über eine in den Konus 16 eingeschmolzene Zuleitung, die durch einen Pfeil 28 angedeutet ist, eine Hochspannung ψ zugeführt. Zur Ablenkung des Elektronenstrahls 20 in einem Raster über die Frontscheibe 14 ist ein magnetisches Ablenkjoch 30 vorgesehen, i

Auf der Innenfläche der Frontscheibe 14 ist ein Leuchtschirm j 32 angeordnet, welcher durch den auftreffenden Elektronenstrahl zum Leuchten angeregt wird. Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Leuchtschirmes 32, der aus einer einzigen Schicht 40 von Leuchtstoff-Partikeln besteht, die ihrerseits von einem anderen Leuchtstoff überzogen sind. Die Schicht 40 ist wesentlich dicker als die Abmessungen der überzogenen Partikel; sie ist somit mehrere Partikel dicht und praktisch frei von Unterbrechungen und Hohlräumen. Da die Partikelgröße normalerweise klein ist, kann die Schichtdicke j 32 relativ gering sein. Auf der Leuchtstoffschicht 40 ist eine ! lichtreflektierende Metallschicht 38, beispielsweise aus Aluminium, angeordnet.

Die Schicht 40 besteht aus einer Mischung zwei verschiedener Arten von Leuchtstoff-Partikeln 50 und 54, die mit einem Überzug 52 bzw. 56 aus einem dritten Leuchtstoff versehen sind. Die erste j Art der Leuchtstoff-Partikel 50 ist in Fig. 3 dargestellt, sie enthält einen Kern aus kathodoluminescentem Leuchtstoff kurzer Nachleuchtdauer im Bereich von 0,01 bis 1,0 Millisekunden. Die" Leuchtstoff-Partikel 50 können beispielsweise aus mit Silber aktiviertem Zinksulfid bestehen, welches blau leuchtet und eine 'Abfallzeit von 0,035 Millisekunden hat. Die Partikelgröße kann im Bereich zwischen 5 bis 40 Mikron liegen. Alternativ kann der

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Kern.jedes Partikels aus einem lichtdurchlässigen, nicht-lumineszierehden Material bestehen, das mit einem ersten Überzug aus dem Leuchtstoff 50 und einem zweiten Überzug 52 aus dem dritten Leuchti-

stoff überzogen ist. ''

Der' den Kern jedes Leuchtstoff-Partikels 50 bedeckende Leucht-

stoffüberzug 52 besteht aus einem kathodolumineszenten Leuchtstoffmaterial mittlerer Nachleuchtdauer im Bereich von 1 bis 100 Millisekunden. Der Überzug 52 kann beispielsweise ein rotes Licht emittierendes mit Mangan.aktiviertes Zink-Magnesium-Kadmium-Silikat sein, dessen Nachleuchtdauer etwa 35 Millisekunden beträgt. Der Überzugsleuchtstoff kann in Form von Partikeln einer Größe unterhalb eines Mikron vorgesehen sein.

Die in Fig. 4 veranschaulichte zweite Art von Leuchtstoff-

partikeln 54· hat einen Kern aus einem Leuchtstoff einer langen ι Nachleuchtdauer, der durch die Emission des Leuchtstoff-Partikels . 52 der ersten Art angeregt wird. Die Nachleuchtdauer der Phosphor-Partikel 54 liegt im Bereich zwischen 100 und 1000 Millisekunden ; oder mehr. Der Leuchtstoff der Partikel 54 kann beispielsweise mit Kupfer aktiviertes Zink-Kadmium-Sulfid sein, welches gelb- j grünes Licht emittiert und eine Nachleuchtdauer von etwa 400 Milliisekunden hat. Die Größe der Partikel 54 liegt üblicherweise im Bereich von 5 bis 40 Mikron. Die zweiten Leuchtstoff-Partikel 54 j

haben einen Leuchtstoffüberzug 56, welcher gleich dem bereits er- ; wähnten Überzug 52 ist. Alternativ können die Leuchtstoff-Partikel! 54 lichtdurchlässig und nicht-lumineszier.ende Partikel oder Kügel-j chen sein, die vollständig mit einem ersten Überzug aus dem Leuchtstoff 54 und mit einem zweiten Überzug aus dem Leuchtstoff 56 überzogen sind.

Die Röhre'10 kann mit niedriger oder mit hoher Spannung betrieben werden, wobei ein einziger Elektronenstrahl wahlweise mit niedriger oder mit hoher Energie auf den Schirm auftrifft. Die Röhre 10 kann ferner mit Kompensatipnseinrichtungen zur Vermeidung von Rasterverzerrungen versehen sein. Hierzu kann beispielsweise ein Gitter ;54 dienen, welches quer im Konus 16 .angeordnet ist, jedoch können auch andere Mittel verwendet werden. Benutzt man das Elektrodengitter >4, dann wird es mit dem Überzug 36 verbunden Die Röhre 10 arbeitet dann mit einer Nachbeschleunigung, wenn ge-

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eignete niedrige und hohe Beschleunigungsspannungen über die -durch' den Pfeil ?6 dargestellte Elektrode an die Metallschicht s>8 ge- ,,' legt werden.

Der Leuchtschirm J52 kann auch in einer Röhre mit zwei getrennten Elektronenstrahlsystemen verwendet v/erden, deren eines einen Elektronenstrahl hoher Energie und deren anderes einen Elektronenstrahl niedriger Energie liefert, Die Strahlen können gemeinsam oder getrennt in irgendeinem gewünschten Muster über den Leuchtschirm geführt v/erden.

Im Betrieb regen die Elektronen niedriger Energie hauptsächlich den Leuchtstoff geringer Nachleuchtdauer in den beiden Überzügen 52 und 56 der überzogenen Partikel an, welche für sie charakteristisches Licht der entsprechenden Nachleuchtdauer emittieren. Elektronen hoher Energie regen dagegen hauptsächlich das Kernmaterial der ersten und "zweiten überzogenen Partikel 50 und an, welche Licht mit der ihnen entsprechenden Nachleuchtdauer emittieren.

Bei Verwendung der oben genannten Leuchtstoffe wird das vom Kern der Partikel 50 emittierte blaue Licht durch den Leuchtstoff der photolumineszenten Partikel 5^ absorbiert, welche ihrerseits ein gelb-grünes Licht langer Nachleuchtdauer emittieren. Die Leuchtstoff-Partikel 54 können auch durch Elektronen hoher Energie zur Emission einer Kathodolumineszenz langer Wellenlänge und langer Nachleuchtdauer angeregt werden. So kann beispielsweise ein Signal von einer Signalquelle niedriger Wiederholfrequenz, etwa bei einem PPI-Radarsystem, in Form eines Bildes langer Nachleuchtdauer durch die Emission der Leuchtstoff-Partikel 54 angeregt werden, wobei eine Blau-Licht-Emission von den Leuchtstoff-Partikeln 50 die Aufmerksamkeit auf ein plötzliches Vorhandensein ; eines Signals von der Signalquelle erregt. Ein festes, oder,auffälliger, ein bewegtes Bezugsmuster läßt sich in einer dritten Farbe durch die rotes Licht emittierenden Leuchtstoffüberzüge 52 und 56 darstellen,.ohne daß nachleuchtende Bilder entstehen, welche mit den von der Signalquelle mit der niedrigen Wiederholfre- .quenz stammenden Signalen verwechselt oder gestört werden können. »

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Bei der Herstellung des. Leuchtschirmes ;?2 können die beiden Arten der mit Leuchtstoff überzogenen Leuchtstoff-Partikel zusammen oder getrennt hergestellt werden. Ein solches Verfahren ist im US-Patent 3 275 466 beschrieben. Bei einer Anwendung des in diesem Patent beschriebenen Verfahrens werden die Partikel 50 hergestellt, indem man die Leuchtstoff kerne in- eine wässerige Lösung mit einer die Partikel umschließenden Mischung, wie Gelatine, einbringt. Das Bad wird zürn Waschen der Partikel 50 bewegt, dann können sie sich absetzen. Die überschüssige Flüssigkeit wird j abgegossen, und auf den Partikeln bleibt ein adsorbierter Film. Die mit dem Film überzogenen Partikel 50 werden dann noch ein ] oder mehrere Male in Wasser gewaschen. Anschließend werden die überzogenen Partikel in eine Suspension von Partikeln des zweiten Leuchtstoffes 52 einer Größe unter ein Mikron, die in Wasser dispergiert sind, eingebracht. Die Partikel 50 werden in der Suspension wiederum durcheinander gerührt, wobei sich die Partikel der Größe unter ein Mikron aus dem dritten Leuchtstoff 52 auf der Oberfläche der ersten Leuchtstoff-Partikel ablagern und diese : überziehen. Die mit Leuchtstoff überzogenen Partikel werden dann * von der übrigen Suspension getrennt und mit Wasser gewaschen. \ Diese letzten Schritte können zur Vergrößerung der Dicke 1 ^ ] LeuchtstoffÜberzugs 52 auf den Partikeln 50 wiederholt werden. Nach der letzten Aufbringung des Leuchtstoffüberzugsmaterials kann man den Leuchtstoffüberzug 52 einer Abschlußbehandlung unterziehen, um sein Anhaften zu verbessern. Dies kann durch Spülen ; der überzogenen Kerne in einer Lösung aus Formaldehyd, Chrom-' alaun oder Kaliumsilikat erfolgen. Wenn der Leuchtstoffüberzug 52 dick_genug ist, dann werden die Partikel in Wasser gespült und' gelagert.

Die' vorstehenden Verfahrensschritte werden zum Überziehen jedes der Partikel 54 des zweiten Leuchtstoffes mit einem Überzug \ 56 aus dem dritten Leuchtstoff wiederholt. ;

Die mit Leuchtstoff überzogenen Leuchtstoff-Partikel 50 und 54 der beiden Arten werden dann im gewünschten Verhältnis in Wasser gemischt, so daß sie eine' wässerige Suspension bilden, die. dann zur Ablagerung der Leuchtstoffschicht 40 mit Hilfe eines Aufschlemm- oder Absetzverfahrens verwendet wird. · |

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Die Schicht 40 wird anschließend in bekannter Weise überzogen und aluminisiert. Typischerweise wird dazu auf der Partikelschicht ein organischer, sich in Hitze zersetzender Film abgelagert, der' beispielsweise aus Nitrozellulose oder Akrylpolymer bestehen , kann. Dann wird eine Aluminiumschicht j58 auf den Film aufgedampft. Anschließend wird der gesamte Schirm einschließlich der Aluminiumschicht yd erhitzt, wobei der Film verdampft. Hierbei wird gleichzeitig das flüchtige Material aus der Partikelschicht 40 entfernt.:

Alternativ kann der Leuchtstoffschirm ;>2 auch in Form zweier übereinanderliegender Schichten ausgebildet werden, wobei eine .erste Schicht aus einer Mischung unüberzogener Leuchtstoffpartikel 50 und 5^ der beiden Arten besteht. Darauf wird eine zweite Schien¹; P des dritten Leuchtstoffes, wie er auch zur Bildung der Überzüge 52 und 56 verwendet worden ist, auf die erste Leuchtstoffschicht au-f-i gebracht, um die erste Schicht von der Elektronenstrahlquelle zu ; trennen, so daß die Elektronen niedriger· Energie nur den dritten j Leuchtstoff treffen. Die Elektronen hoher Energie durchdringen die zweite Schicht und treffen den Leuchtstoff der ersten Schicht. Um die Notwendigkeit von Zwischenschichten zwischen der ersten und der zweiten Beuchtstoffschicht, .zu vermeiden, macht man die zweite Schicht, welche aus den dritten Leuchtstoff besteht, -genügend dick, so daß die Elektronen niedriger Energie absorbiert werden und nicir; in die erste Leuchtstoffschicht eindringen. Der Leuchtschirm kann j nach dem US-Patent 3 275 466 hergestellt werden. Er wird in der Weise betrieben, wie es für den Schirm 32 anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert worden ist.

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Claims

- 9 Patentansprüche |

[ 1. )j Kathodenstrahlröhre, deren Leuchtschirm zwei verschiedene ; Leuchtstoffe sowie einen Überzug aus einem dritten Leuchtstoff auf der. .der Elektronenquelle zugewandten Seite aufweist und von Elektronen unterschiedlicher Energie getroffen wird, dadurch gekennzei chnet , daß einer der erstgenannten Leuchtstoffe bei Anregung durch den überzug durchdringende Elektronen hoher Energie mit einer ersten Farbe aufleuchtet, daß der zweite Leuchtstoff durch das vom ersten Leuchtstoff ausgehende Licht zum Leuchten in einer zweiten Farbe angeregt wird und daß der dritte Leuchtstoff bei Anregung durch von der Elektronenquelle stammenden Elektronen in einer dritten Farbe aufleuchtet.
2.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Leuchtstoff in Form getrennter Partikel vorliegt, welche mit dem dritten Leuchtstoff überzogen sind. ;
J>.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet , daß der erste Leuchtstoff mit einer^: kurzen Nachleuchtdauer p,, der zweite Leuchtstoff mit einer langen; Nachleuchtdauer p_p und der dritte Leuchtstoff mit einer mittleren Nachleuchtdaüer p., leuchtet.
4.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachleuchtdauer p₂ mindestens zehnmal so groß wie die Nachleuchtdauer p^, die Nachleuchtdauer p.₇ größer als die Nachleuchtdauer p, und kürzer als die Nachleuchtdauer p₂ ist.
5.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, d a d u r c h ' g e - j kennzeichnet, daß die Nachleuchtdauer p₂ mindestens j zehnmal größer als die Nachleuchtdauer· p,■, die Nachleuchtdauer p.,- i

mindestens hundertmal größer als die Nachleuchtdauer ρ·* und die j Nachleuchtdauer p^, mindestens zehnmal kürzer als die Nachleucht» j dauer p~ ist. ·
6.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5 t dadurch "ge- .; kennzeichnet, daß die Nachleuchtdauer p₂ zwischen ^; 0,01 und 1,0 Millisekunden, die Nachleuchtdaüer p₂ zwischen 100,0 j

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und ΪΟΟΟ,Ο Millisekunden und die Nachleuchtdauer p_r zwischen-1,0 und 100,0 Millisekunden beträgt.
7.) Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das menschliche Auge die erste Farbe blau, die dritte Farbe rot und die zweite Farbe gelb ist.
8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch J_ß dadurch gekennzeichnet, daß die Nachleuchtdauer p, etwa.0,0^5 Millisekunden, die Nachleuchtdauer p_? etwa 400 Millisekunden und die Nachleuchtdauer p_T etwa 55 Millisekunden beträgt.

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