DE3002255A1 - Leuchtstoff - Google Patents

Description

• Leuchtstoff Die Erfindung betrifft einen Beuchtstoff, insbesondere zur Verwendung in Kathodenstrahiröhren, wie z. B. Farbfernsehbildröhren.
• Die Anforderungen an Farbfernsehbildröhren in bezug auf Helligkeit und Auflösungsvermögen wachsen ständig. Dies hat zur Folge, daß die Leuchtstoffe der Bildröhrt höheren Intensitäten des anregenden Elektronenstrahls ausgesetzt werden müssen. Unter diesen Bedingungen zeigen die bislang verwendeten Leuchtstoffe, beispielsweise Grün- und Blau-Leuchtstoffe auf der Basis von ZnS Sättigungserscheinungen.
• Sättigung bedeutet, daß bei hohen Stromdichten, d. h. bei starker Anregung die Helligkeit sublinear mit der Stromdichte der anregenden Elektronen wächst. Dies wiederum bedeutet, daß im Bereich der Sättigung die Lichtausbeute schwächer wird. Noch störender als dieser Wirkungsgradverlust ist vor allem die Tatsache, daß die drei in einer Farbbildröhre verwendeten Leuchtstoffe diese Nichtlinearität in unterschiedlichem Maße aufwei@@n. Die aus der additiven Mischung der drei Primärfarben entstehenden Mischfarbe zeigt unter diesen Umständen eine Verschiebung ihres Farborten, wenn die Gesamthelligkeit variiert wird Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen xeuchtstoff anzugeben, der diesen Effekt nicht oder in areitaus geringem Maße als die bisherigen Leuchtstoffe aufweist und bis zu hohen Anregungsintensitäten einen linearen Zusammenhang zwischen der Auregungsstromdichte und der Helligkeit zeigt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Leuchtstoff mit den im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmalen Bei der Dotierung des Basismaterials des Leuchtstoffes entstehen im Grund gitter desselben Störstellen Eine isoelektroni'lsche Störstelle ist ein Fremdatom, welches ein Atom dest Grundgitters ersetzt und dieselbe Valenzelektronenstruktur wie das ersetzte Atom hato Bei der Anregung des Leuchtstoffes entstehen Ladungsträger CElektronen, Löcher) die im Kristall Excitonen bilden könnens Excitonen sind Elektron-Loch-Paare mit sehr kleinem räumlichen Abstand, Es gibt freie und gebundene Exeitonen. Die freien Excitonen existieren nur bei tiefen Temperaturen und sind daher für die Überlegungen zu Leuchtstoffen ohne Belang. Gebundene Excitonen entstehen durch Anlagerung von Excitonen an die verschiedenen im Gitter gegebenen Störstellen.
• Als Ursache für die Sättigung der bisher gebräuchlichen ZnS-Leuchtstoffe bei hohen Anregungsintensitäten wurde vom Erfinder das Auftreten des Auger-Effektes erkannt. Die Funktion eines Leuchtstoffes beruht darauf, aaß die durch Anregung erzeugten LadungstrEigerpaare (Elektron und Loch) unter Aussendung eines Lichtquants rekombinieren. Beim Auger-Effekt wird kein Lichtquent emittiert, sondern die Rekombinationsenergle eines Ladungsträgerpaares wird an einen weiteren (dritten) Ladungsträger (Elektron oder Loch) angegeben. Dieser Prozess tritt bevorzugt bei hoher Ladungsträgerdichte auf.
• Die Auger-Rekombination wächst mit der dritten Potenz der Ladungsträgerdichte. Es ist also erforderlich, den Spitzenwert der Ladungsträgerdichte niedrig zu halten.
• Dies kann erreicht werden mit einem Leuchtstoff, welcher eine hohe Rekombinationsrate, d. h. eine kurze Abklingzeit aufweist. Die Rekombination von Excitonen erfolgt sehr schnell und erfüllt daher die oben genannte Forderung. Excitonen, welche an Donatoren oder Akzeptoren gebunden werden, sind ungeeignet, weil bei der Rekombination des Excitons die Energie mit hoher Wahrscheinlichkeit an den locker gebundenen Ladungsträger des Donators bzw.
• Akzeptors abgegeben wird (Auger-Effekt). Dieser schadliche Effekt ist bei isoelektronischen Störstellen ausgeschlossen.
• Die Bindungsenergie eines Excitons an eine isoelektronische Störstelle hängt stark vom Grundgitter und von der Art der elektronischen Störstelle ab. Zum Beispiel ist der Zusammenhang bekannt, daß, wenn die Differenz der Elektronegativität zwischen Grundgitter und Substituent einen gewissen Wert überschreitet, sich ein Energieniveau in der Bandlücke für einen lokalisierten Zustand ergibt.
• Für den Fall, daß die Bindungsenergie eines Excitons an ein einzelnes isoelektronisches Störatom gegenüber der thermischen Energie vergleichsweise gering ist, sind bei Raumtemperatur diese excit-oniachen Zustände größtenteils ionisiert. so daß die aus der Rekombination der entsprechenden Excitonen resultierende Lumineszenz gering ist. Bei höheren Konzentrationen der isoelektronischen Störstellen im Grundgitter kann ein Excition mit im allgemeinen größerer Bindungsenergie an ein Störstellenpaar gebunden werden Durch die größere Bindungsenergie siLa die dadurch entstehenden excitonischen Zustände aucn bei Raumtemperatur weitgehend besetzt und cs ergibt sich eine hohe Lumineszenzausbeute durch Rekombination der gebundenen Excitonen.
• Ein unter diesen Gesichtspunkten ausgewählter Leuchtstoff stellt z. Bo Zinksulfid dotiert mit Tellur (ZnS:Te dar Infolge der gegenüber der thermischen Energie relativ geringen Bindungsenergie eines Excitons an ein einelnes Tellur-Atom ist die Lumineszenzausbeute bei Raumtemperatur sehr niederig. Durch Paare von Te-Atomen wercen die Excitonen auch bei Raumtemperatur genügend fest gebunden und es ergibt sich die gewünschte hohe Ausbeuten Snlche Te-Paare sind bei einer Dotierung von 1019 bis 102( cm-3 in ausreichender Anzahl vorhandene Durch teilweise Substitution des Zinks in ZnS durch Cadmium verschiebt sich die Emission dieses (Zn1-x CdX)S mit zunehmendem Cd-Anteil x zu größeren Wellenlängen (von blau nach grün)

Claims (1)

1. Patent ansprüche 1. Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgitter mit isoelektronischen Störstellen dotiert ist 2. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Störstellen so groß ist, daS Excitonen am Störstellenpaare gebunden werden 3. Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundgitter (Zu1-x x Cdx)S ist und die isoelektronischen Störstellen durch Te-Atome gebildet werden