DE2037178C3 - Faseroptische Bildschirmplatte für Kathodenstrahlröhren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine faseroptische Bildschirmplatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Faseroptische Bildschirmplatten dieser Art sind aus der DT-AS 11 91 915 und der DT-OS 14 14 684 bekannt. Bei diesen bekannten Bildschirmplatten sind die Lichtleitfasern in dem Bündel mit ihren Mänteln miteinander verbunden und an ihren jeweiligen Stirnseiten durch Schleifen und Polieren optisch feinstbearbeitet, so daß die mit dem lumineszierendem Material beschichtete Innenfläche und auch die Außenfläche des Bündels glatt sind. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß auftreffendes Außenlicht von der äußeren Schicht reflektiert und dem darzustellenden Kathodenstahlbild überlagert wird, so daß dessen Kontrast wesentlich verringert wird. Ferner gelangt Außenlicht über die Lichtleitfasern zu der Innenfläche des Bündels und wird dort reflektiert, wodurch es gleichfalls dem darzustellenden Bild überlagert wird und dessen Kontrast weiter vermindert. Durch die glatte Gestaltung der Bündelflächen ist ferner der Lichtwinkelbereich der Bildschirmplatte stark begrenzt.

Aus der GB-PS 7 71 452 ist eine Bildschirmplatte aus massivem Glas bekannt, deren Innenfläche als Lichtstreufläche ausgebildet und mit lumineszierendem Material beschichtet ist und deren Außenfläche eine Schicht trägt, deren Brechungsindex niedriger als der des Glases ist und deren optische Dicke etwa einem Viertel der Wellenlänge des einfallenden Außenlichts entspricht. Auf diese Weise wird zwar die Reflexion von Außenlicht verringert, jedoch ist diese Verringerung unzureichend. Ferner kann die Beziehung der optischen Dicke auf die Lichtwellenlänge eine Farbverfälschung ergeben und die Reflexion austretenden Lichts von der Lumineszensschicht her die Bildschärfe verringern.

Weiterhin sind aus der GB-PS 6 83 597 und der GB-PS 6 83 598 Bildschirmplatten aus massivem Glas bekannt, an deren Außenseiten eine Vielzahl mikroskopisch kleiner knotenartiger Erhebungen definierter Größe ausgebildet ist. Diese Maßnahme führt zwar zur Verringerung der Reflexion seitlich einfallenden Außenlichts, beeinträchtigt aber auch das austretende Licht in der Weise, daß die Bildschärfe verringert wird und Helligkeit verloren geht.

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, eine faseroptische Bildschirmplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß sie durch Vermeidung der Spiegelreflexion und durch hohe Lichtausbeute einen hohen Bildkontrast eines scharfen Bildes ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Durch die Verwendung einer Lichtleitfaseranordnung mit einer numerischen Apertur der Lichtleitfasern bis zu 0,4 und den Einsatz lichtabsorbierender Schichten zwischen den Mänteln der Lichtleitfasern wird der Hauptteil des Außenlichts absorbiert, da die Anzahl der inneren Reflexionen an den Kernmänteln mit geringer werdendem Wert der numerischen Apertur zunimmt, so daß sowohl schräg einfallendes Außenlicht, als auch durch die Kerne zu der Schicht aus lumineszierendem Material gelangendes und an dieser diffus reflektiertes Licht von den Lichtleitfasernmänteln und den lichtabsorbierenden Schichten absorbiert wird. Das Aufrauhen der nicht vom lumineszierenden Material bedeckten Außenfläche der Bildschirmplatte dient dazu, das von der lumineszierenden Schicht nach außen tretende Licht zu streuen und damit einen größeren Betrachtungswinkel zu schaffen, sowie dazu, das eintretende Außenlicht nach innen zu zu streuen, so daß es in erhöhtem Ausmaß von den Lichtleitfasermänteln und den lichtabsorbierenden Schichten absorbiert wird und nur ein äußerst geringer Bruchteil durch die Lichtleitfaserkerne gelangt. Die auf der aufgerauhten Außenfläche aufgebrachte Schicht aus transoarentem Material mit einem im Vergleich zu den Kernen der Lichtleitfasern kleineren Brechungsindex setzt die Reflexion sowohl von Außenlicht nach außen als auch auch von Bild-Licht der lumineszierenden Schicht nach innen stark herab. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es somit möglich, eine Bildschirmplatte zu erhalten, die ohne Abgabe eines Bildes aufgrund der unterdrückten Außenlichtreflexionen nahezu schwarz wirkt und die ein der lumineszierenden Schicht aufgeprägtes Bild mit hohem Kontrast, großer Helligkeit und großer Bildschärfe sichtbar macht.

Vorteilhaft wird die Bildschirmplatte an der Außenfläche durch Sandstrahlen oder durch Ätzen aufgerauht. Das transparente Material zum Bedecken der aufgerauhten Außenfläche der Bildschirmplatte ist vorzugsweise Fett oder Kunststoff.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

^()O F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Kathodenstrahlröhre mit der Bildschirmplatte;

F i g. 2 zeigt eine teilweise Schnittansicht der Bildschirmplatte in vergrößertem Maßstab.
Die in F i g. 1 dargestellte Kathodenstrahlröhre 10

^f)5 besitzt einen Glaskolben 11, eine Bildschirmplatte 12, die aus einer aus einem Bündel von Lichtleitfasern gebildeten Lichtleitfaser-Stirnplatte 13 und einer auf die Innenoberfläche des Bündels aufgebrachten lumineszie-

renden Schicht 14 besteht, eine Elektronenkanone 15 zum Aussenden eines Elektronenstrahls 16 und eine Ablenkeinrichtung 17 zum Fokussieren und Ablenken des Elektronenstrahls 16. Ein Metallschirm 18 kann auf der Rückseite der lumineszierenden Schichl 14 vorgesehen sein. Ein Ende des Lichtleitfaserbündels ist zur Bildung einer Außenfläche 13a der Platte 12 bearbeitet und das andere Ende bildet eine Innenfläche 13ύ, die mit der lumineszierenden Schicht 14 bedeckt ist. Wenn der Elektronenstrahl 16 durch den Metallschirm 18 auf die lumineszierende Schicht 14 trifft, werden diffuse Lichtstrahlen von dieser ausgesandt. Nachdem die Lichtstrahlen durch die Lichtleitfaser-Stirnplatte 13 gelaufen sind, werden sie in das Umgebungsmedium wie beispielsweise die Außenluft innerhalb eines Winkels is ausgestrahlt, der durch die numerische Apertur des Lichtleitfaserbündels bestimmt ist. Wie dargestellt, werden die so von dem Punkt A ausgestrahlten Lichtstrahlen an einem Sichtpunkt Pin den Lichtweg 19 beobachtet. Bei starker Umgebungsbeleuchtung treten se jedoch darin Schwierigkeiten auf, daß die Umgebungslichtstrahlen von externen Lichtquellen Qund Q' jeweils in den Punkten B und ß' um den Punkt A herum reflektiert werden. So überlagern sich die über Lichtwege 20 und 20' laufenden Umgebungslichtstrahlen mit dem Strahl, der über den Lichtweg 19 läuft. Diese Überlagerung kann durch Verwendung der Lichtleitfaser-Stirnplatte 13 vermieden werden, die eine niedrige numerische Apertur zur Vergrößerung des auf dem Schirm 12 zu betrachtenden Bildkontrastes aufweint.

Da die Oberflächen bekannter Bildschirmplatten gewöhnlich glatt bearbeitet sind, wirken sie wie ein Spiegel, der Lichtreflexionen der Umgebungslichtstrahlen hervorruft Bei Umgebungslicht wird die übliche glatte Oberfläche 13a des Schirms 12 als dunkler Spiegel jj gesehen, der den Betrachter selbst reflektiert. Selbst wenn der Sichtpunkt P zu dem von einer optischen Achse X abweichenden Punkt P' verschoben wird, um damit eine derartige Spiegelreflexion zu vermeiden, wirkt die glatte Oberfläche ebenfalls als Spiegel, wobei sich ein gegenüber dem auf der optischen Achse X erhältlichen Gesamtbereich engerer Beobachtungsbereich ergibt.

Diese sich durch die übliche glatte Oberfläche 13a ergebende Schwierigkeit wird durch die Erfindung beseitigt. In dadurch F i g. 2 ist ein Konstruktionsaufbau der in einer Kathodenstrahlröhre verwendeten faseroptischen Bildschirmplatte 12 dargestellt, wobei der Metallschirm und die fluorszente Schicht ebenfalls mit den Bezugsziffem 18 bzw. 14 bezeichnet sind. Die Platte 12 besitzt die Lichtleitfaser-Stirnplatte 13, in der das Lichtleitfaser-Bündel aus Kernen 21, diese jeweils umgebenden Mänteln 22 und leichtabsorbierenden Glasschichten 23 zwischen den ummantelten Kernen 21 gebildet ist. Das Lichtleitfaser-Bündel der Stirnplatte 13 hat eine numerische Apertur bis zu 0,4, um einen hohen Bildkontrast zu erzielen.

Diese niedrige numerische Apertur ergibt für die Platte 12 einen engen Sichtbereich mit einem kleinen Sichtwinkel Θ. Die Außenoberfläche 13a'der Stirnplatte 13 wird dann so rauh gemacht, daß unterschiedliche darauffallende Umgebungslichtstrahlen zufallsmäßig reflektiert werden und daß keine Spiegelreflexion auftreten kann. Die Außenfläche 13,' kann durch Sandblasen, Rauhschleifen oder ein chemisches Ätzverfahren aufgerauht werden. Dadurch ist die Außenfläche der Bildschirmplatte von einem externen Sichtpunkt als eine dunkelmattierte Oberfläche zu sehen.

Wenn ein von der innerhalb des Sichtwinkels θ liegenden diffusen Lichtquelle Q kommender Umgebungslichtstrahl über den Weg 20 auf den Punkt A der Außenoberfläche 13_a' fällt, wird ein kleiner Teil des Lichts in dem Punkt A zerstreut, jedoch der Hauptteil gelangt in einen der Kerne 21 über einen in gestrichelter Linie dargestellten Weg 24. Wenn die geführten Lichtstrahlen an der lumineszierenden Schicht 14 ankommen, werden sie zerstreut und danach durch die lichtabsorbierenden Schichten 23 absorbiert. Wenn andererseits andere von der außerhalb des Sichtwinkels θ liegenden Lichtquelle Q' kommende Lichtstrahlen über den Weg 20' auf den Punkt A fallen, wird ein Teil der Lichtstrahlen ebenfalls in dem Punkt A reflektiert, und der Hauptteil gelangt als Schrägstrahlen in einen der Kerne 21 und wird sowohl durch die Mäntel 22 als auch durch die lichtabsorbierenden Schichten 23 nahe dem Punkt A absorbiert. Daher sieht die rauhe Oberfläche 13₃' wie eine dunkelmattierte Oberfläche aus, bis ein Bild auf ihr erscheint. Da die meisten der von beiden Quellen Q und Q' kommenden Lichtstrahlen auf diese Weise absorbiert werden, erhöht sich der resultierende Bildkontrast und wird nicht durch die Umgebungsbeleuchtung beeinflußt.

Zur Erhöhung der Ausbeute des von der lumineszierenden Schicht 14 ausgesandten Lichts ist die rauhe Oberfläche 13_a' mit einer Schicht 25 aus einem transparenten anorganischen oder organischen Material wie Wasser, Fett enthaltendem öl, oder Kunststoff bedeckt, das einen kleineren Brechungsindex als die Kerne der Lichtleitfasern hat. Es ist vorteilhaft, wenn die Schicht 25 bei der Betriebstemperatur einen gegenüber dem atmosphärischen Druck niedrigen Dampfdruck besitzt. Der Transparenzbereich des Überzugsmaterials 25 sollte unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen der Wellenlängen-Charakteristik des von der fluoreszenten Schicht 14 ausgesandten Lichts und der spektralen Empfindlichkeit der Augen des Betrachters gewählt werden.

Die Schicht 25 dient zur Verringerung der unerwünschten Reflexion abzustrahlenden Lichts an der rauhen Oberfläche 13,·/. Dabei wird die Menge der in die Kerne 21 zurückgeführten Lichtstrahlen im wesentlichen auf ein Minimum reduziert. Dies ergibt sich durch den geringen Brechungsindex der Schicht 25. Auf diese Weise wird die Strahlungsausbeute der Lichtstrahlen erhöht und ergibt einen hohen Bildkontrast bei der unmittelbaren Betrachtung selbst bei einer hellen Umgebungsbeleuchtung. Außerdem ist der Sichtwinke! einer derartigen faseroptischen Bildschirmplatte größer als der einer Bildschirmplatte ohne Schicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Faseroptische Bildschirmplatte für Kathodenstrahlröhren, die aus einem Büncl· (uer zur Plattenebene verlaufender Lichtleitfa . ;-n aus jeweils einem Kern und einem Mantel besteht und auf ihrer dem Strahlerzeugersystem der Röhre zugekehrten Innenfläche mit lumineszierendem Material beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ummantelten Kernen (21, 22) zusätzliche lichtabsorbierende Schichten (23) vorgesehen sind, daß die Brechungsindizes der Kerne (21) und der Mantel (22) so gewählt sind, daß die numerische Apertur der Lichtleitfasern bis zu 0,4 betrag! und daß die nicht vom lumineszierenden Material bedeckte Außenfläche (I3aj der Platte aufgerauht und mit einer Schicht (23) transparenten Materials bedeckt ist, das einen kleineren Brennungsindex als die Kerne der Lichtleitfasern hat

2. Bildschirmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche {i3a) durch Sandstrahlen aufgerauht ist.

3. Bildschirmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (\3a) durch Atzen aufgerauht ist.

4. Bildschirmplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Material Fett oder Kunststoff ist.