DE2933986C2 - Fluoreszenzanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

30

Es ist bereits bekannt (J. Electrochem. Soc, Bd. 125, 1978, Nr. 1, S. 102 bis 106), daß SnO₂: Eu als Leuchtstoff in einer derartigen Fluoreszenzanzeigevorrichtung angewendet werden kann, um eine einfarbige Anzeige von orangerotem Licht hervorzurufen. Im einzelnen liegt das Lumineszenzmaximuni dieses Leuchtstoffs bei einer Wellenlänge von etwa 590 nm. Bei einer Anregungsspannung von 5 V liegt die Lichtausbeute bei nteht weniger als 5 bis 7%. Die genannte Druckschrift weist darauf hin, daß der Leuchtstoff SnO₂: Eu infolge dieser Eigenschaften als Alternativfarbe zu den ebenfalls bekannten ZnO-Leuchtstoffen in Betracht kommt, deren Emissionsfarbe blaugrün ist und die gleichermaßen mit Anregungsspannungen von 5 V aufwärts betrieben werden können. Während also die genannte Druckschrift darauf gerichtet ist, neben der bekannten einfarbigen Fluoreszenzanzeigevorrichlung mit einem ZnO-Leuchtstoff, dessen Emissionsfarbe blaugrün ist, eine weitere einfarbige Fluoreszenzanzeigevorrichtung auf der Grundlage von SnO₂: Eu als Leuchtstoff mit der Emissionsfarbe orangerot zu schaffen, ist darin die Frage einer Mehrfarbenanzeige mittels einer einzigen Fluoreszenzanzeigevorrichtung nicht angesprochen.

Es ist zwar eine Fluoreszenzanzeigevorrichtung mit einer Mehrfarbenanzeige bekannt (J. Electrochem. Soc,. Bd. 123, 1976, Nr. 10, S. 1493 bis 1497), bei der jedoch die Anregung nicht mit energiearmen Elektronen, sondern durch einen Elektronenstrahl mit einer Anregungs- _bo spannung von mindestens ein kV erfolgt. Um bei dieser Fluoreszenzanzeigevorrichtung eine steuerbare Änderung der Emissionsfarbe zu erreichen, sind In einem Gemisch von mindestens zwei verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffen die einzelnen Leuchtstoffteilchen der _b5 einen Emissionsfarbe mit einer Sperrschicht umhüllt, so daß durch eine geeignete Steuerung der Beschleunigungsspannung unterhalb einer gewissen Schwelle die Sperrschicht nicht durchdrungen und oberhalb der Schwelle durchdrungen wird. Im ersteren Fall unterbleibt die Anregung und Lichtemission der mit der Sperrschicht überzogenen Leuchtstoff teilchen, wogegen Im zwelteren Fall der Leuchtstoff angeregt wird. Die Herstellung einer derartigen Sperrschicht ist jedoch einerseits sehr schwierig, andererseits aber unbedingt erforderlich, well die Emissionskennlinien der verwendeten Leuchtstoffe derart nahe beieinanderliegen, daß ohne die Sperrschicht keine Reindarstellung zweier unterschiedlicher Farben herbeigeführt werden könnte, sondern nur Zwischenfarben erzielt würden. Abgesehen von der schwierigen Herstellung der Sperrschichten ist aber eine derartige Steuerung der Emissionsfarbe nicht bei einer durch energiearme Elektronen anregbaren Fluoreszenzanzeigevorrichtung anwendbar, da wegen der dort vorhandenen Anregungsspannung von weniger als 100 V die Eindringtiefe der Elektronen kleiner als einige Nanometer wäre. Es ist aber praktisch unmöglich, eine derartig dünne Sperrschicht gleichmäßig auf die Oberflächen der Leuchtstoffteilchen aufzubringen.

Schließlich ist es bekannt (1975 Int. Conference on Luminescence, Collected Abstracts. S. 208 bis 209), die herkömmlich verwendeten, mit energiereichen Elektronen betriebenen Leuchtstoffe mit einer geringen Menge eines leitfähigen ZnO oder In₂O₃ zu versetzen, um auf diese Weise für energiearme Elektronen geeignete Leuchtstoffe zu erzeugen, die schon bei Anregung durch Elektronen geringen Energiegehalts Licht auszusenden vermögen. In den bisherigen Veröffentlichungen genannte Leuchtstoffe dieser Art sind u. a. beispielsweise Zn₂SiO₄: Mn (grün), ZnS : Mn (gelb), ZnS : Ag (blau), (ZnCd)S: Ag (rot), ZnS : Cu (grün), Y₂O₂S: Eu (rot), MgGa₂O₄: Mn und ZnGa₂O₄: Mn (grün). Die Lichtausbeute ist bei diesen Leuchtstoffen im Vergleich zu den Leuchtstoffen ZnO : Zn und SnO₂: -eu gering und sie unterscheiden sich von den letztgenannten Leuchtstoffen auch in der Emissionsanfangsspannung, in der Spannungsabhängigkeit der Emission und im Emissionsspektrum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluoreszenzanzeigevorrichtung der Im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 umschriebenen Gattung zu schaffen, bei der eine einfach herzustellende und zu betreibende Mehrfarbenanzelge möglich Ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Lösung, bei der dem orangerot emittierenden Leuchtstoff SnO₂: Eu ein weiterer, eine aufgewölbte Kennlinie der Emissionsleuchtdichte in Abhängigkeit von der Anregungsspannung aufweisender, andersfarbig emittierender Leuchtstoff beigemischt ist, beruht darauf, daß die entsprechende Kennlinie von SnO₂: Eu abgewölbt Ist. Hierdurch ergeben sich jedenfalls zwei voneinander getrennte Spannungsbereiche, In deren einem nur die abgewölbte Kennlinie zu einer nennenswerten Leuchtdichte führt und in deren anderem umgekehrt nur die aufgewölbte Kennlinie einen wesentlichen Beitrag zur Leuchtdichte liefert. Dies gilt selbst dann, wenn beide Kennlinien bei derselben Anregungsspannung In die Nulllnie der Leuchtdichte einmünden. Die Ausgangsspannung der Treiberanordnung kann daher durch die Steuereinrichtung derart gewählt werden, daß selektiv eine der beiden Farben angezeigt werden kann.

Die erfindungsgemäße Fluoreszenzanzeigevorrichtung weist somit eine Reihe von Vorteilen auf, die wie folgt zusammengefaßt werden können.

(1) Es kann eine Mehrfarbenanzeige erfolgen und es können ohne weiteres Farbänderungen hervorgerufen werden, wie ebenso auch Zwischenfarben erzeugt werden können.

(2) Dank der Tatsache, daß zur Bildung eines Leuchtschlrms auf ein und dieselbe Elektrode ein Leuchtstoffgemisch aufgebracht wird, entfallen die Nachtelle, die mit der gesonderten Aufbringung verschiedener Leuchtstoffe verbunden sind, beispielsweise also die erhöhte Anzahl von Anschlüssen usw.

(3) Die Aüzeigevorrichtung kann recht mühelos hergestellt werden und es besteht kein Anlaß, das herkömmliche Herstellungsverfahren umzugestalten.

(4) Die Informationsmenge, die zur Anzeige gebracht werden kann, ist größer.

Anhand der beigegebenen Zeichnungen soll nun das Erfindungsprinzip erörtert werden und soll eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fluoreszenzanzeigematerials und der erfindungsgemäßen Fluoreszenzanzeigevorrichtung beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Emissionsspektren typischer Leuchtstoffe, die durch energiearme Elektronen angeregt werden können;

Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung der Spannungsabhängigkeit der Leuchtdichte für einige der Leuchtstoffe in Flg. 1;

Fig. 3A bis 3C Darstellungen des Aufbaus einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenzanzeigeeinrichtung ohne Treiberanordnung, wobei es sich bei Fig. 3A um eine perspektivische Ansicht unter zeichne- _Jo lischer Wegbrechung bestimmter Teile handelt, bei Fig. 3B um eine Schnittansicht der Vorrichtung und bei Fig. 3C um eine Schnittansicht der zur Zeichenanzeige dienenden Elektrodenanordnung der Vorrichtung;

Fig. 4, 5 und 6 Darstellungen zur Erläuterung des js Aufbaus von unterschiedlichen Ausführungsformen hinsichtlich der Treiberanordnung.

Es sei zunächst auf Flg. 1 Bezug genommen, in der die Emlssionsspsktren typischer Katodenlumineszenzleuchtmassen mit unterschiedlichen Emlssionswellenlängen dargestellt sind. In Fig. 2 ist als charakteristische Eigenart, die das Grundprinzip der Erfindung ausmacht, in beispielhafter Darstellung die Spannungsabhängigkeit des von jedem der typischen Leuchtstoffe ausgesandten Lichts gezeigt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erfolgt die -»■-> Lichtemission bei dem SnO₂-Leuchtstoff in der Welse, daß sich eine abgewölbte Kennlinie der Spannungsabhängigkeit ergibt, wogegen die Kennlinien für die Leuchtstoffe ZnO : Zn, ZnS : Cu, ZnS : Mn und Zn₂SlO₄: Mn aufgewölbt sind.

Der Leuchtschirm wird mit einem Gemisch mehrerer Leuchtstoffe gebildet, die wie die in Flg. 1 und 2 gezeigten unterschiedliche Emissionskennlinien haben, und der Leuchtschirm sendet Licht aus, wenn er von einem Elektronenstrahl getroffen wird. In diesem Fall kann man 5> sich beispielsweise der durch die Kennlinien in Flg. 2 wiedergegebenen Verhaltenseigenart bedienen, indem die zwischen der Anode und der Katode angelegte Spannung verändert und so Licht unterschiedlicher Farben erzeugt wird. Auch kann die Spannung intermittierend mit bo unterschiedlichen Impulsbreiten und folglich mit unterschiedlichen Tastverhältnissen angelegt werden, um so Licht unterschiedlicher Farben zu erzeugen. In diesem Fall kann die Änderung der Stromdichte auf dem Leuchtschirm eine Änderung der Emissionsfarbe hervorrufen.

Flg. 3A Ist eine Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenzanzeigeeinrichtung ohne Treiberanordnung, in der TeUe zeichnerisch weggebrochen sind,-und Flg. 3B ist eine Schnittansicht dieser Ausfuhrungsform.

In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 eine transparente Glashülle, wobei innerhalb dieser Glashülle 1 Self; an Seite In Aufeinanderfolge von vorn nach hinten eine zur Aussendung von Elektronen geeignete Fadenkatqde 2, eine nach Art eines Maschengeflechts aufgebaute Beschleunigungselektrode 3 und eine Elektrodenanordnung 4 zur Zeichenanzeige vorgesehen sind. Die zur Zeichenanzeige dienende Elektrodenanordnung 4 umfaßt einen aus Glas bestehenden Träger 5, eine an der Vorderfläche des Trägers 5 vorgesehene Anode 6, die beispielsweise aus neun Zeichensegmenten bestehen kann, und einen auf der Anode 6 ausgeformten Leuchtschirm 7. Die Bezugszahl 8 bezeichnet Leitungsanschlüsse, mit denen die Fadenkatode 2, die Beschleunigungselektrode 3 und die Elektrodenanordnung 4 elektrisch zur Außenseite der Glashülle 1 geführt sind.
- Diese Fluoreszenzanzeigeeinrichtung gleicht insoweit mit diesem Aufbau den nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen.

Zur Bildung des Leuchtschirms 7 wird die Anode 6 mit einem Gemisch mehrerer Leuchtstoffe beschichtet, die unterschiedliche Emissionswellenlängen und Anregungseigenschaften haben. So kann beispielsweise zu diesem Zweck vorteilhaft ein Gemisch des Leuchtstoffs SnO;: Eu mit mindestens einem weiteren Leuchtstoff eingesetzt werden, bei dem es sich um einen der Leuchtstoffe ZnO : Zn, Zn₂SiO₄: Mn, ZnS : Mn, ZnS : Cu, ZnS : Ag, (ZnCd)S : Ag, ZnGa₂O₄ : Mn, MgGa₂O₄: Mn oder Y₂O₂S : Eu handelt. Die Mengenanteile der Leuchtstoffe in einem solchen Gemisch können je nach der Teilchengröße und der spezifischen Flächengröße der Leuchtstoffteilchen unterschiedlich ausfallen und die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Festlegung bestimmter Mengenverhältnisse.

In Flg. 3C, in der beispielhaft der Aufbau der zur Zeichenanzeige dienenden Elektrodenanordnung 4 geneigt ist, sind die Leuchtstoffteilchen 9 und 10 der betreffenden Leuchtstoffe, beispielsweise ZnO : Zn und SnO₂: Eu, fest auf der Anode 6 angeordnet.

Als nächstes soll kurz der Anzeigevorgang bei der oben beschriebenen Fluoreszenzanzeigeeinrichtung erläutert werden.

Die Fadenkatode 2 wird erregt, um sie in einem zur Aussendung von Elektronen geeigneten Zustand zu halten, und die gleiche Spannung wird auch an die Beschleunigungselektrode 3 und die Anode 6 angelegt. Durch selektives Anlegen einer Spannung an die Anode 6 in Entsprechung zu einem Zeichensignal kann in diesem Zustand das betreffende Zeichen zur Anzeige gebracht werden. Hierbei kann die Lumineszenzfarbe des Leuchtschirms 7 durch Ändern der angelegten Spannung abgewandelt werden. Falls beispielsweise der Leuchtschirm 7 aus einem Leuchtstoffgemisch gebildet wurde, das zu 95 Gewichtstellen aus SnO₂: Eu und zu S Gewichtsteilen aus ZnO : Zn zusammengesetzt war, und falls zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 eine Spannung von 10 V angelegt wurde, war die Aussendung eines rötlichen Lichts zu beobachten, wie dies auch aus Flg. 2 hervorgeht. Wurde hingegen zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 eine Spannung von 30 V angelegt, so war die Aussendung eines grünlichen Lichts zu beobachter.. Durch Anlegen einer Spannung In Impulswellenform und Änderung des Tastverhältnisses war es zum anderen auch möglich, die Farbe des ausgesandten Lichts zu ändern. Bei Verwendung eines Leuchtstoffge-

misches, das zu 60 Gewichtsteilen aus SnO₂: Eu und zu 40 Gewichtsteilen aus Zn₂SiC^ : Mn bestand, und beim Anlegen einer Spannung von 10 V zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 wurde die Aussendung eines rötlichen Lichts beobachtet, wogegen beim Anlegen einer Spannung von 50 V die Aussendung eines grünlichen Lichts zu beobachten war. Mit anderen Leuchtstoffkombinationen wurden ähnliche Resultate erzielt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist als Elektronenquelle eine Heizfadenanordnung vorgesehen, doch kann auch mit einem plasmaerzeugenden Gas gearbeitet werden, wie etwa Helium, Neon oder Argon, wobei dieses Gas in die Glashülle eingeschlossen wird, so daß das Gas in ein Plasma überführt wird und seine Elektronen zum Anregen der Leuchtstoffe dienen.

Ein erfindungsgemäßes Anzeigegerat umfaßt eine FIuoreszenzanzeigeeinrichtung des oben beschriebenen Typs und eine Treiberanordnung zum Ansteuern der Fluoreszenzanzeigeeinrichtung mit einer variablen Ausgangsspannung zur Anzeige von Zeichen oder dergleichen in den gewählten Farben, wie dies jetzt anhand der beigegebenen Zeichnungen in bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden soll.

In Fig. 4 ist der Aufbau einer Ausführungsform gezeigt.

In dieser Figur sind nur die Hauptteile einer Fluoreszenzanzeigeeinrichtung 11 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform stellen eine Zählerschaltung 12 und ein Operationsverstärker 13 eine Treiberanordnung dar. Die Ausgangsanschlüsse der Zählerschaltung 12 sind an Widerstände 14 und 15 gelegt, die ihrerseits mit dem anderen Ende an einen Eingangswiderstand 17 des Operationsverstärkers 13 gelegt sind. Die Bezugszahl 18 bezeichnet einen Rückkopplungswiderstand des Operationsverstärkers 13. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 13 wird zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 angelegt. Auf die Fadenkatode 2 wird ferner aus einer Stromquelle 19 ein Heizstrom gegeben, während zwischen der Fadenkatode 2 und der Beschleunigungselektrode 3 aus einer Spannungsquelle 20 eine Beschleunigungsspannung angelegt wird.

Wenn bei dem Anzeigegerät mit dem oben beschriebenen Aufbau auf einen Eingangsanschluß 21 der Zählerschaitung 12 nun Eingangsimpulse gegeben werden, erscheint an den Ausgangsanschlüssen der Zählerschaltung 12 der entsprechende Ausgang. Falls beispielsweise die Zählerschaltung 12 einen Binärzähler umfaßt und die Widerstandswerte der Widerstände 14 und 15, des Eingangswiderstandes 17 und des Rückkopplungswiderstandes 18 zu 100 Kiloohm. 50 Kiloohm. 1 Kiloohm bzw. 250 Kiloohm gewählt sind, so wird an dem Ausgangsanschiuß des Operationsverstärkers 13 eine Ausgar.gsspannung mit einer gestuften Wellenform (Treppenwellenform) entsprechend der Zahl der auf die Zählerschaltung 12 gegebenen Impulse erzeugt. Die zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 der Fluoreszenzanzelgeelnrlchtung 11 angelegte Steuerspannung wird daher stufenförmig verändert und die Farbe des ausgesandten Lichts entspricht dem Stufenwert der Verstärkerausgangsspannung. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß die Farbe des ausgesandten Lichts der Zahl derauf die Zählerschaltung 12 gegebenen Impulse entsprach.

In Flg. 5 ist der Aufbau einer anderen Ausführungsform gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jener der Fig. 4 dadurch, daß die Steuerspannung zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 der Fluoreszenzanzeigeeinrichtung 11 von einem Integrator angelegt wird, umfassend einen Operationsverstärker 21a und einen Kondensator 22. In der Figur ist mit der Bezugszahl 23 ein Eingangswiderstand des Integrators bezeichnet und mit der Bezugszahl 24 ein Eingangsanschluß des Integrators.

Wenn auf den Eingangsanschluß 24 ein Eingangssignal gegeben wird, so wird an dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 21 ο ein dem Integral des Eingangssignals proportionaler Ausgang erzeugt. Wenn dann die resultierende Steuerspannung in Form einer Sägezahnspannung oder gezahnten Spannung zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 der Fluoreszenzanzeigeeinrichtung 11 angelegt wurde, änderte sich sukzessive die Farbe des von dem Leuchtschirm 7 ausgesandten Lichts.

In Fig. 6 ist noch eine weitere Ausführungsform in ihrem Aufbau gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jener der Fig. 4 dadurch, daß eine sinusförmige Spannung einer Gleichspannungskomponente überlagert wird, worauf die hieraus resultierende Spannung auf die Fluoreszenzanzeigeeinrichtung 11 gegeben wird, um deren Lumineszenzfarbe sukzessive und periodisch zu ändern. In der Figur ist mit der Bezugszahl 25 ein Operationsverstärker bezeichnet, mit der Bezugszahl 26 ein Rückkopplungswiderstand des Operationsverstärkers, mit der Bezugszahl 27 ein Eingangswiderstand des Operationsverstärkers, mit der Bezugszahl 28 ein Regelwiderstand zum Ändern des Gleichspannungspegels, mit der Bezugszahl 29 ein Eingangsanschluß und mit der Bezugszahl 30 ein nichtkoppelnder Kondensator.

Wenn auf den Eingangsanschluß 29 eine Sinuswellenspannung gegeben wird, erzeugt der Operationsverstärker 25 an seinem Ausgangsanschluß eine Steuerspannung, deren Gleichspannungspegel durch den Regelwiderstand 28 eingestellt wird und welche die sinusförmige Wechselspannungskomponente einbegreift. Durch Anlegen einer solchen Steuerspannung zwischen der Fadenkatode 2 und der Anode 6 der Fluoreszenzanzeigeeinrichtung 11 war es möglich die Farbe des von dem Leuchtschirm 7 ausgesandten Lichtes sukzessive und periodisch zu verändern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Fluoreszenzanzeigevorrichtung, die durch energiearme Elektronen zu einer Lichtaussendung anregbar ist, mit mindestens einem SnOi. Eu als Leuchtstoff (10) aufweisenden Leuchtschirm (7), dadurch gekennzeichnet, daß dem Leuchtstoff (10) ein weiterer eine aufgewölbte Kennlinie der Emissionsleuchtdichte in Abhängigkeit von der Anregungsspan- nung aufweisender Kathodenlumineszenz-Leuchtstoff (9) beigemischt ist und daß eine Treiberanordnung mit veränderlicher Ausgangsspannung vorgesehen ist sowie eine Steuereinrichtung, durch die die Emissionsfarbe der Fluoreszenzanzeigevorrichtung (11) ₎₅ durch Steuerung der veränderlichen Ausgangsspannung wählbar ist.

2. Fluoreszenzanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kathodenlumineszenz-Leuchtstoff aus mindestens einem der Leuchtstoffe ZnO : Zn, Zn₂SiO₄: Mn, ZnS : Mn, ZnS: Cu, ZnS : Ag, (Zn Cd) S : Ag, ZnGa₂O₄: Mn, MgGa₂O₄: Mn oder Y₂O₂S : Eu besteht.

3. Fluoreszenzanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber- ₂j anordnung zum Erzeugen der Ausgangsspannung mit Stufenwellenform oder periodisch-sinusförmiger Wellenform steuerbar ist.