DE2265403C2 - Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre für Lichtpunktabtastgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre für Lichtpunktabtastgeräte, der ein lumineszierendes mit dreiwertigem Cer aktiviertes Yttriumsilikat enthält

Ein derartiger Leuchtschirm ist aus der DE-OS 1938688bekannt

Bei Lichtpunktabtastgeräten ist die Abklingzeit der Strahlung des Leuchtstoffs ein äußerst wichtiger Faktor. Unter Abklingzeit wird hier und in der folgenden Beschreibung die Zeit verstanden, in der die Intensität der durch den Leuchtstoff ausgesandten Strahlung nach Beendigung des Elektronenbeschusses auf das Me-fache des Wertes der Intensität kurz vor Beendigung des Elektronenbeschusses abfällt

In Lichtpunktabtastgeräten dient der Leuchtschirm ausschließlich als Lichtquelle. Der Elektronenstrahl, mit dem der Leuchtschirm angeregt wird, bewegt sich in derartigen Geräten entsprechend einem bestimmten Muster, auch Raster genannt unmoduliert über den Leuchtschirm. Auf dem Schirm entsteht dadurch ein sich schnell bewegender Lichtpunkt konstanter Intensität Das Licht dieses sich bewegenden Lichtpunktes wird auf ein wiederzugebendes Dokument, beispielsweise ein Diapositiv, einen Film oder ein Wertpapier, projiziert und teils durchgelassen, teils reflektiert. Das durchgelassene oder reflektierte Licht wird von einer Photozelle aufgefangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt Dieses elektrische Signal kann dann mit bekannten Verbindungsmitteln zu einer Anordnung übertragen werden, in der eine Abbildung des Dokuments angefertigt wird.

Bei der Abtastung im Lichtpunktabtastgerät ist es erforderlich, daß die auf die Photozelle auftreffende Strahlung möglichst nur mit der optischen Absorption an derjenigen Stelle des Dokuments korreliert ist, die in dem Moment wiedergegeben werden soll. Dies führt zu der Forderung, daß die Abklingzeit der Lumineszenzstrahlung in bezug auf die Aufenthaltszeit des Elektronenstrahls an einer bestimmten Stelle nicht groß sein darf. Wenn wie üblich die Geschwindigkeit der Abtastung des Leuchtschirms gleich derjenigen Geschwindigkeit ist, mit der ein normaler Fernsehwiedergabeschirm abgetastet wird, so führt dies zu der Forderung, daß die Abklingzeit kleiner als etwa 10~⁷ s sein muß.

worin ρ den Wert 1 oder 2 aufweist und worin
- _1ft , _ _in_.
^λ ' ^lü =^qSii ' ^lü

^Kt insbesondere die Silikate,bei denenp=\ ist, eignen

ίο sich für Lichtpunktabtastgeräte infolge ihrer günstigen spektralen Emissionsverteilung (Maximum bei 400 bis 430 nm) und ihres hohen Umwandlungswirkungsgrades (etwa 6%). Die in der obengenannten Offenlegungsschrift beschriebenen Silikate lassen sich aber im allgemeinen schwierig herstellen, weil die Bildung dieser

Silikate über Diffusionsreaktionen zwischen festen Stoffen bei hoher Temperatur stattfinden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre für Lichtpunktabtastgeräte zu schaffen, dessen Lumineszenzabklingzeit 10~⁷ s unterschreitet, bei dem ein in Lichtpunktabtastgeräten vernachlässigbares Nachleuchten auftritt und dessen Leuchtstoff einfacher herzustellen ist als die aus der DE-OS 19 38 688 bekannten Silikatleuchtstoffe.

Diese Aufgabe wird bei einem Leuchtschirm der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Silikat der Formel

υι-,ΐΝα,ΐ

entspricht wobei 0^x^0,90 und 0,0001 <p<0,25 sind, und daß das Silikat Olivinkristallstruktur besitzt

Lithium-Yttrium-Silikat (LiYDiO₄) kann in zwei Kristallstrukturen auftreten nämlich der bei niedrigen Temperaturen stabilen Olivinstruktur und der bei hohen Temperaturen stabilen 0-CalciumsiHkatstruktur. Es hat sich gezeigt daß das Lithium in LiYSiO₄ mit Olivinstruktür zu einem großen Teil (nämlich bis etwa SO Molprozent) durch Natrium ersetzt werden kann, wobei die Olivinstruktur erhalten bleibt

Es wurde nun gefunden, daß Cer-aktiviertes LiYSiO₄ mit Olivinstruktur bei Elektronenanregung etwa 150% der Helligkeit des bisher für Lichtpunktabtaströhren oft verwendeten Gehlenits Ca₂Al₂SiO₇ erreicht. Die Abklingzeit der Lumineszenz ist sehr kurz; kleiner als 10~⁷s. Dabei zeigt sich, daß dieses Silikat, ebenso wie die aus der DE-OS 19 38 688 bekannten Silikate, praktisch nicht nachleuchtet Die spektrale Verteilung der ausgesandten Strahlung des mit Cer aktivierten

so Lithium-Yttrium-Silikats besteht aus einem verhältnismäßig breiten Band mit einem Maximum bei etwa 405 nm.

Wenn in dem Silikat entsprechend dem Patentansprach 1 das Lithium teilweise durch Natrium ersetzt wird, so ändern sich die Leuchteigenschaften des Silikats wie folgt: Das Maximum der spektralen Verteilung der ausgesandten Strahlung verschiebt sich mit zunehmendem Natriumgehalt nach größeren Wellenlängen bis etwa 430 nm für die Verbindung Lio.iNao,9YSi0₄ :Ce.

Dabei bleiben Abklingzeit und Nachleuchtdauer kurz. Die Helligkeit bei der Elektronenanregung nimmt bei zunehmendem Natriumgehalt etwas ab und liegt bei höheren Werten von χ in derselben Größenordnung wie die des bekannten Gehlenits. Ein großer Vorteil der Natrium enthaltenden lumineszierenden Silikate ist aber, daß sie bei Anwendung in Kathodenstrahlröhren eine sehr konstante Helligkeit während der Lebensdauer der Röhren aufweisen. Das LiYSiO₄, das kein

Natrium enthält, kann ebenso wie das bekannte Gehlenit nach einer Betriebsdauer von 1000 Stunden in einer Kathodenstrahlröhre etwa 20 bis 25% von seiner Anfangshelligkeit verlieren. Ein Silikat, in dem beispielsweise 80 Molprozent des Lithiums durch Natrium ersetzt ist, zeigt demgegenüber nach 1000 Stunden nur einen Rückgang der Helligkeit von etwa 1 bis 2%.

Der Cergehalt, der mit ρ angegeben ist, muß in dem im Patentanspruch 1 angegebenen Bereich gewählt werden. Für Werte von p, die kleiner als 0,0001 oder ι ο größer als 0,25 sind, werden nämlich Stoffe mit einer zu geringen Helligkeit erzielt Die höchsten Helligkeiten werden für Werte von ρ erzielt, die zwischen den verhältnismäßig weiten Grenzen von 0,002 und 0,10 liegen. Es hat sich gezeigt, daß die Helligkeit in diesem ti bevorzugten Bereich nur wenig vom gewählten Wert von ρ abhängt

Der Leuchrschirm nach der Erfindung weist eine günstige spektrale Verteilung der ausgesandten Strahlungauf.

Ein großer Vorteil des Leuchtschirms nach der Erfindung ist die leichte Herstellbarkeit des Leuchtstoffs bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen. Dabei wendet man beispielsweise ein Verfahren an, bei dem ein Gemisch von Oxiden der in der allgemeinen Formel genannten Metalle oder von Verbindungen, die diese Oxide liefern können, mit Siliziumdioxid hergestellt wird. Dieses Gemisch wird an der Luft 04 bis 5 Stunden auf eine zwischen 600 und 1200⁰C liegende Temperatur erhitzt Nach dem Abkühlen und Homogenisieren des so erhaltenen Produkts wird es einer zweiten Erhitzung in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur unterzogen, die unter etwa 1080⁰C liegt, der Übergangstemperatur von der Olivinkristallstruktur zur ß-Calciumsilikatkristallstruktur.

Durch die Anwesenheit von Lithiumoxid und/oder einem Lithiumsalz im geschmolzenen Zustand im Erhitzungsgemisch ist man bei der Herstellung der Silikate nicht ausschließlich auf eine Diffusion fester Stoffe angewiesen. Demzufolge verläuft die Bildungsreaktion schneller und besser als bei der Herstellung der genannten bekannten Silikate. Es hat sich gezeigt, daß es im allgemeinen vorteilhaft ist, von einem Erhitzungsgemisch auszugehen, das die Einzelkomponenten in den der Stöchiometrie der erwünschten Verbindung entsprechenden Mengen enthält. Dabei darf das Lithium jedoch in einem kleinen Überschuß angewendet werden. Vorzugsweise ist das Yttrium im Erhitzungsgemisch nicht in kleineren Mengen anzuwenden, als stöchiometrisch erforderlich ist, da ein Mangel an Yttrium die Bildung der jJ-Calciumsilikatstruktur fördert. Die Erhitzungstemperatur bei der zweiten Erhitzung wird vorzugsweise möglichst hoch gewählt, weil dann lumineszierende Silikate mit den höchsten Helligkeiten erzielt werden. Bei dieser zweiten Erhitzung darf die Temperatur die genannte Übergangstemperatur jedoch nicht überschreiten.

Das mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens erhaltene lumineszierende Silikat kann nötigenfalls noch gemahlen werden, bis eine erwünschte mittlere Korngröße erzielt ist Die lumineszierenden Silikate haben den Vorteil, daß eine derartige Mahlbearbeitung nur einen geringen Einfluß auf die Helligkeit dieser Stoffe hat. Dies steht im Gegensatz zu vielen bekannten Leuchtstoffen, die eine große Senkung der Helligkeit infolge einer Mahlbearbeitung zeigen.

Im folgenden werden einige Herstellungsbeispiele für Leuchtschirme nach der Erfindung gegeben:

Beispiel 1

Man mischt

2,458 g SiO₂ (enthaltend 234 Gewichtsprozent H2O)
4,628 g Yi^Ce(M)₂O₃
0,084 g LiCl
1,476 g U₂CO₃

und erhitzt dieses Gemisch an der Luft zwei Stunden lang in einem Ofen auf eine Temperatur von 1100⁰C Nach dem Abkühlen wird das erhaltene Produkt gemahlen und einer zweistündigen zweiten Erhitzung in einer reduzierenden kohlenmonoxidhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur von 1070° C unterzogen.

Das erhaltene lumineszierende Silikat entspricht der Formel

LiY₀S₉Ce_0-OiSiO₄

und besitzt Olivinkristallstruktur. Es hat eine Abklingzeit von 70 ns und feuchtet praktisch nicht nach.

Nachdem das Reaktionsprodukt abgekühlt ist und man es nötigenfalls leicht gemahlen und gesiebt hat, wird es in bekannter Weise auf einen Leuchtstoffträger aufgebracht

Die Abbildung zeigt die spektrale Energieverteilung dieses Leuchtschirms, wobei auf der Abszisse die Wellenlänge λ in nm und auf der Ordinate in willkürlichen Einheiten die ausgestrahlte Energie E aufgetragen ist

Beispiel 2

Es wird auf dieselbe Art und Weise wie bei Beispiel 1 verfahren, die genannte Li₂CO-Menge wird jedoch durch 0,591 g Li₂CO₃ und 1,272 g Na₂CO₃ ersetzt. Es wird ein Silikat der Formel

Li_o,4Nao,eYos9Ceo,oi SiO₄

mit Olivinkristallstruktur erhalten. Die Helligkeit des Silikats liegt in derselben Größenordnung wie die des bekannten Gehlenits. Das Silikat hat eine Abklingzeit von 80 ns und leuchtet praktisch nicht nach.

Beispiel 3

Es wird auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 ein lumineszierendes Silikat der Formel

LiOjNa₀₃ Yo.99Ceo.01 SiO₄

hergestellt, das Olivinstruktur besitzt. Dabei wird die im Beispiel 1 genannte Li₂CO₃-Menge durch 0,296 g Li₂CO₃ und 1,696 g Na₂CO₃ ersetzt. Die Helligkeit dieses Silikats ist nahezu gleich derjenigen des bekannten Gehlenits. Das Silikat hat eine Abklingzeit von 100 ns, es leuchtet praktisch nicht nach.

Beispiel 4

Um den Einfluß des Cergehalts ρ zu prüfen, wird eine Anzahl von Silikaten auf analoge Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch ρ die Werte 0,005, 0,01,0,02 bzw. 0,04 besitzt. Alle diese Stoffe haben nahezu dieselbe Helligkeit, nämlich etwa 150% der Helligkeit des bekannten Gehlenits.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre für Lichtpunktabtastgeräte, der ein lumineszierendes mit dreiwertigem Cer aktiviertes Yttriumsilikat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Süikat der Formel

Ii NaY J0.&S.O

entspricht, worin

OS x£ 0,90 und

0,0001 SpiO,25

sind, und daß das Silikat Olivinkristallstruktur besitzt.

2. Leuchtschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,50 < xg 0,80 ist

3. Leuchtschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 0,002 έ p^ 0,10 ist

In der DE-OS 19 38 688 sind einige mit dreiwertigem Cer aktivierte Silikate beschrieben, die nur sehr wenig nachleuchten. Diese Silikate entsprechen der Formel