DE2035258B2 - Leuchtschirm für Abtaströhren - Google Patents
Leuchtschirm für AbtaströhrenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Leuchtschirme für Abtaströhren, z. B. zur Erzeugung von Farbfernsehsignal
und speziell auf die Verwendung eines bestimmten Leuchtstoffmaterials für diesen Zweck. An
die Leuchtschirme von Abtaströhren zur Erzeugung von Farbfernsehsignal werden außerordentlich
hohe Forderungen gestellt, so daß aus den zahlreichen chemischen Verbindungen die aus Leuchtstoffen
in Elektronenstrahlröhren bekannt sind, eine große Anzahl derselben ausgeschlossen werden muß.
Als erste Anforderung für Leuchtschirme von Abtaströhren besteht die Erfordernis eines homogenen
Leuchtstoffs, der praktisch nur eine einzige möglichst kurze Nachleuchtzeitkonstante hat, als weitere Forderung
eine genügend hohe Lichtausbeute im langwelligen Spektralbereich mit möglichst breitem Spektrum,
so daß Farbfernsehsignale aus dem gesamter. Spektralbereich von Blau bis Rot erhalten werden
können. Da wegen der Aufteilung der Strahlung auf wenigstens drei Kanäle eine höhere Intensität als bei
normalen Flying-Spot-Röhren erforderlich ist, wird weiterhin eine große Einbrennfestigkeit bis zu relativ
hohen Spannungen benötigt. Die bisher bei der Lichtpunktabtastung verwendeten Leuchtstoffe genügen
diesen Anforderungen nur sehr unzulänglich. Das Zinkoxyd besitzt den Nachteil einer zu langen Nachleuchtezeit,
das ceraktivierte Calcium-Magnesium-Silikat, das ceraktivierte Calcium-Aluminium-Silikat
oder das ceraktivierte Yttrium-Silikat besitzen zwar genügend kurze Abklingzeiten, aber ihr Emissionsmaximum liegt im blauen Spektralbereich, so daß
sie sich zu einer Farbwiedergabe gar nicht oder nur schlecht eignen. Es ist auch nicht möglich, die ungünstige
Spektralverteilung der genannten Leuchtstoffe dadurch zu verbessern, daß man Kombinationen
derselben verwendet, da sich in diesem Fall das unterschiedliche Nachleuchten der Komponenten
dieser Kombinationen sehr störend bemerkbar macht. Außerdem bereitet die Schirmherstellung
Schwierigkeiten, da die einzelnen Komponenten in verschiedener Weise bei der Selementierung abgesetzt
werden, so daß es schwierig ist, die gleiche Fluoreszenzfarbe zu reproduzieren. Es wurde gefunden, daß
die obengenannten Bedingungen ohne zusätzlichen Aufwand durch die spezielle Auswahl eines Leuchtschirmmaterials
erfüllt werden können.
Zu diesem Zweck besteht der durch Elektronen angeregte Leuchtschirm einer Abtaströhre erfindungsgemäß
aus einem Yttrium-Silikat-Leuchtston", welcher mit Terbium aktiviert ist und dessen AktivatGrmenge
10~:1 bis ΙΟ"5 Gewichtsprozent beträgt.
Je nach der gewünschten Farbtönung des Schirmes kann man entweder das Orthosilikat mit dreiwertigem
Terbium aktiviert oder das Metasilikat ebenso aktiviert, verwenden. Eine noch genauere Korrektur der
gewünschten Farbe des Leuchtens ist durch Verwendung des Co-Aktivators Cer möglich.
Es ist bereits bekannt, für Leuchtschirme terbiumaktivierte Verbindungen zu verwenden, deren Emission
noch durch Cer-Zusatz verstärkt wird. Dabei hat man festgestellt, daß die Yttriumvanadate, wenn
durch ihre Emission durch Zusatz von Cer verstärkt wird, wegen der Oxydation des Cer-Ions schwierig
herzustellen sind. Statt dessen hat man angeregt, Cer-Phosphat zu verwenden und von Cer-Phosphat abaeleitete
Verbindungen herzustellen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Phosphatverbindung
nicht geeignet, da die Phosphate ebensowenig wie die Vanadate die hohe in Farbbildabtaströhren
erforderliche Elektronenstrahlenergie nicht vertragen.
Andererseits sind auch für Elektronenstrahlröhren zur Farb'viedergabe Yttriumsilikate mit einer teilweisen
Ersetzung des Yttriums durch Cer verwendet worden. Diese Leuchtstoffe weisen jedoch ein vorwiegend
blaues Leuchten auf, wobei sogar ein wesentlicher Teil der spektralen Emission im Violetten
liegt. Sie sind daher als Leuchtstoff für einen Einkomponentenschirm für Farbabtaströhren ungeeignet.
Ebenfalls ungeeignet sind Leuchtstoffe, die nur eine schmale Bande im grünen Spektralbereich besitzen.
Die mit Terbium aktivierten Leuchtstoffe haben eine äußerst kurze Nachleuchtdauer. Unter der Nachleuchtdauer
wird hier die Zeit verstanden, in der die Leuchtintensität auf 10% abgeklungen ist. Verfolgt
man den zeitlichen Verlauf der Strahlungsintensität der mit Terbium aktivierten Yttriumsilikate nach Ab-Gleichung
schalten eines Erregungsimpulses, so zeigt sich, daß sie einer exponentiellen Nachleuchtzeitfunktion der
folgen, wobei der Faktor k in e~k<
bei den hier geschilderten Leuchtstoffen beispielsweise 10" ist.
(/, = Intensität nach einer Zeit I0 = Intensität vor
Ausschaltung des Erregungsimpulses.)
Wie Messungen ergaben, beträgt die Nachleuchtdauer der mit Terbium aktivierten Leuchtstoffe in
Abhängigkeit von der Aktivatormenge für
und für
Y2SiO5: Tb = 120 bis 150 nsec
Y2Si2O7 : Tb = 140 bis 200 nsec
Die Aktivatormengen können dabei in den Grenzen von 2 · 10~3 bis 4 · 10~s Gewichtsprozent vorliegen.
Nach Angaben der Leuchtstoffhersteller werden mit Terbium aktivierte Leuchtstoffe gewonnen, wenn
man Kieselsäure mit Yttriumoxyd und der entsprechenden Aktivatormenge an Terbiumoxyd einem
bestimmten Glühprozeß unterwirft. Die feinpulverisierten Leuchtstoffe können nach den bekannten
Verfahren zu Leuchtschirmen verarbeitet werden. So
werden beispielsweise gute Leuchtschirme erhalten, wenn man nach dem Sedimentalionsverfahren den
Leuchtstoff in Wasser, in dem sich als Binder Kaiiumsilikat oder Methylcellulose mit oder ohne weiteren
Sedimentationszusätzen, befinden, auf einer Glaswand (die Schirmfläche eines Elektronenröhrenkolbens)
absetzen läßt.
Die Leuchtschirmdicke ist mit entscheidend dafür, ob bei niedrigen Anregungsspannungen genügend
große Rasterhelligkeiten erzielt werden. Sehr dünne Leuchtschirmschichten lassen sich in brauchbarer
Qualität technologisch nur schwer herstellen, da sie zu Lcchbildungen und fehlerhaften Rasterzonen
neigen. Außerdem dringen die Elektronen durch die Leuchtstoffschicht hindurch und bräunen oder zerstören
die Glaswandung, auf welcher der Schirm aufgebracht ist (eingebrannte Raster). Dadurch wird die
Lebensdauer der Röhre stark herabgesetzt. Zu dicke Leuchtschirmschichten werden nur in bis zu einer
gewissen von der Elektronengeschwindigkeit abhängigen Eindringtiefe angeregt. Das fluoreszierende
Licht wird von den nicht angeregten Leuchtstoffkristallen teilweise gestreut oder absorbiert, so daß
zu geringe Rasterleuchtdichten erzielt werden.
Es wurde gefunden, daß Schirme mit terbiumaktiviertem Yttriumsilikat guter Leuchtdichte erhalten
werden, wenn die Leuchtschicht auf dem cm2 Rasteroberfläche 0,3 bis 1,2 mg Leuchtstoff enthält.
Solche Schirme brennen nicht ein und sind beispielsweise nach dem Sedimentationsverfahren herstellbar.
Mit Terbium aktiviertes Yttriumsilikat läßt sich mit relativ niedrigen Spannungen anregen. Schon bei
Anregung mit 10 kV erhält man für Abtastungszwecke genügend helle Leuchtschirme, deren genutzte
Leuchtfläche auch als Raster bezeichnet werden. Die Rasterhelligkeit läßt sich durch Erhöhung der Spannung
steigern, wobei gefunden wurde, daß bis zu Anreg'ingspannungen von 30 kV noch keine Schädigung
des Leuchtstoffes eintritt. Die bei den einzelnen Anregungsstufen sich einstellenden Rasterhelligkeiten
sind reproduzierbar, d. h., es treten beim Betrieb von 100 und mehr Stunden keine Leuchtdichteverluste
auf. Die Einbrennfestigkeit wurde für den Bereich zwischen 8 und 30 kV festgestellt.
Leuchtschinne, die mitTerbium aktivierten Leuchtstoff
enthalten, fluoreszieren bei Elektronenstrahl 1-anregung grün, d. h„ der Großteil des emittierten
Lichtes strahlt im für das menschliche Auge grünen Spektralbereich. Es ist für die Beurteilung dir Gesamtemission
eines mit Terbium aktivierten Yttriumsilikates für Fernsehzwecke wichtig, daß die Lichtemissionskurve
neben dem Maximum im grünen Spektralbereich noch ein zweites, kleineres Maximum bei etwa 580 πΐμ besitzt und darüber hinaus für entsprechend
gewählte Photozellen genügend lichtintensiv im langwelligen Rotbereich strahlt.
Nachstehend wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Verbindung mit den Figuren
beschrieben. Die in einer Elektronenröhre an einem mit Terbium aktivierten Yttriumsilikatleuchtschirm
vermessene Emissionscharakteristik ist in der Fig.]
als graphische Darstellung ..'sichtlich, wobei die ausgestrahlte
Lichtenergie auf der Ordinate in beliebigen Einheiten aufgetragen ist.
Die Kurve 1 entspricht einem Y2Siüä : Tb-Leuchtschirm,
die Kurve 2 entspricht einem Y2Si2O.: Tb-Leuchtschirm.
Eine Verbreiterung des Emissionsbereichs wird erreicht, wenn man mit Terbium aktiviertes Yttriumsilikat
einsetzt, dem weitere, sogenannte Co-Aktivatoren zusetzt. Als sehr günstige Co-Aktivatoren erwiesen
sich weitere seltene Erden. Als Beispiel, wie die Emissionsbreite in dem blauen Spektralbereich
erweitert werden kann, zeigt die Kurve 3, die einem Y2Si2O5: Tb, Ce entspricht.
Die F i g. 2 zeigt, wie sich die Nachleuchtcharakteristik
eines Y2SiO5: Tb-Leuchtschirmes darstellen
läßt. Auf der Abszisse sind die Abklingzeit, auf der Ordinate die Intensität (100% beim Aufhören der
Erregung) aufgetragen.
Die F i g. 3 stellt schematisch vereinfacht einen Querschnitt durch eine Abtaströhre 1 mit einem
Leuchtschirm 2 auf Yttriumsilikat dar, das mit Terbium aktiviert worden ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Leuchtschirm für Abtaströhren, dessen Leuchtschirmmateria! aus einer einzigen chemisehen
Verbindung besteht, dadurchgekennzeichnet,
daß das Leuchtschirrnmaterial aus terbiumaktiviertem Yttriumsilikat besteht, dessen
Aktivatormenge 1O-3 bis 10~"' Gewichtsprozent
beträgt. ίο
2. Leuchtschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtschirmmaterial zusätzlich
mit Cer aktiviert ist.
3. Leuchtschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Orthosilikat
(Y2SiO.) oder das Metasilikat (Y2Si2O7) verwendet
wird.
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