DE3152042C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre zur Verwendung als Lichtquelle mit einem Vakuumgehäuse, mit einer Leuchtstoffschicht, die auf der Innenoberfläche einer Glas-Frontplatte vorgesehen ist, die sich an dem einen Ende des Vakuumgehäuses befindet, wobei die Leuchtstoffschicht so ausgewählt ist, daß sie in der Lage ist, Licht in zumindest einer der drei Farben rot, grün und blau abzustrahlen, und mit einem am anderen Ende des Vakuumgehäuses gegenüber der Leuchtstofffläche befindlichen Elektronenstrahlerzeuger, wobei der Elektronenstrahlerzeuger ein unfokussiertes Strahlenbündel mit einem bestimmten Ausbreitungswinkel (R) abstrahlt.

Bei einer üblichen großflächigen Darstellungseinrichtung, die z. B. als Anzeigetafel mit elektrischer Beleuchtung bei einem Baseball-Feld oder zur Darstellung von Reklamebildern an Dächern oder Wänden von Gebäuden benutzt wird, wird eine Anzahl von elektrischen Glühlampen, die entsprechend angeordnet sind, je nach Wahl ein- und ausgeschaltet, um auf diese Weise entsprechende Bilder zu erzeugen. Diese herkömmliche Darstellungseinrichtung weist folgende unterschiedliche Probleme auf:

Wenn Glühlampen für die Erzeugung von Bildern verwendet werden, gibt jede einzelne Glühlampe Licht ab, wenn die jeweiligen Glühfäden die entsprechende Glühtemperatur erreicht haben. Folglich ist die Farbe des abgegebenen Lichtes entweder rot oder hellorange. Es ist aus diesem Grunde schwierig, einen großen Anteil blaues oder grünes Licht von den Glühlampen zu erhalten. Bei einem solchen Glühlampensystem müssen, um die Lichterscheinung der einzelnen Bilder zu modulieren, die den Glühfäden zugeführten Ströme ein- und ausgeschaltet oder aber variiert werden.

Diese Glühlampen haben eine ziemlich niedrige Ansprechfrequenz, die unter 10 Hz liegt. Da der zugeführte Strom nicht in linearer Beziehung zur abgegebenen Lichtstärke steht, hat dieses System den weiteren Nachteil, daß die Farbe des abgegebenen Lichtes sich mit dem zugeführten Strom ändert. Es ist deshalb schwierig, mit einem solchen Anzeigesystem Halbtöne darzustellen oder eine farbige Anzeige zu erzeugen, in der beliebige Lichtfarben zusammengesetzt werden. Im allgemeinen werden Glühlampen von 10 W oder mehr bei derartigen großflächigen Darstellungseinrichtungen eingesetzt. Wenn nun einige 10 000 derartige Glühlampen verwendet werden, wird eine entsprechend hohe elektrische Energie durch die Glühlampen verbraucht. Dementsprechend groß ist auch die von diesen Glühlampen erzeugte Wärme.

Um nun diesen Nachteilen abzuhelfen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem als Lichtquellen einer Darstellungseinrichtung Kathodenstrahlröhren verwendet werden. Hierbei sind zahlreiche kleine Kathodenstrahlröhren mit Leuchtstoffschirmen für Einzelfarblicht wie rot, grün und blau so angeordnet, daß ein gewünschtes Bild erscheint. Nimmt man an, daß der Wirkungsgrad der Umwandlung von elektrischer Energie in optische Energie bei einer Glühlampe 10 lm/W ist, dann ist der Umwandlungs-Wirkungsgrad einer Kathodenstrahlröhre etwa 100 lm/W. Dies bedeutet eine Verbesserung um eine Zehnerpotenz gegenüber Glühlampen.

Für den Fall des Einsatzes von Kathodenstrahlröhren stehen für die Abgabe verschiedener Lichtfarben wie rot, grün und blau verschiedene Leuchtsubstanzen zur Verfügung. Die Lichtquellen können also so ausgelegt sein, daß die gewünschten Lichtfarben abgegeben werden und auch ihre Ansprechfrequenz ziemlich hoch ist. Somit ermöglicht es der Einsatz der Kathodenstrahlröhre sogar, bewegte Bilder darzustellen. Da die Kathodenstrahlröhre in der Lage ist, die Helligkeit des abgegebenen Lichtes aufgrund eines elektrischen Eingangssignals mit hoher Genauigkeit zu ändern, ist auch die Kathodenstrahlröhre äußerst geeignet für die Wiedergabe von Halbtönen. Beim Einsatz von Kathodenstrahlröhren tritt gegenüber den Glühlampen, die durch Änderung der ihren Glühfäden zugeführten Strömen gesteuert werden, ein geringer Leistungsverbrauch an den Heizkathoden auf. Hinsichtlich der Lebensdauer ist also die Anordnung mit Kathodenstrahlröhren vorteilhaft.

Nahezu alle Leuchtstoffe gewöhnlicher Kathodenstrahlröhren sind jedoch praktisch weiß. Ihr optischer Reflexionsfaktor beträgt etwa Eins. Die Schirmfläche der Kathodenstrahlröhre ist aus transparentem Glas mit hoher optischer Durchlässigkeit hergestellt. Daraus folgt, daß wenn Sonnenlicht durch die Bildschirmfläche auf die Leuchtstoffschicht fällt, die Farbe des von der fluoreszenten Fläche der Kathodenstrahlröhre abgegebenen Lichtes nahezu weiß wird. Damit geht gelegentlich der Kontrast verloren.

Aus der GB-PS 8 69 453 ist ein Glas bekannt, welches für die Verwendung als Frontplatte für eine Farbfernseheinrichtung gedacht ist. Diese Frontglasplatte betrifft insbesondere ein Schutzglas, welches die Komponente Nd₂O₃ enthält, welches auf die Frontoberfläche dieser Frontplatte aufgebracht ist. Diese Frontglasplatte wird als Frontglas für eine Braun'sche Farbröhre verwendet, und zwar insbesondere als sog. Lochmaske. Die Innenseite dieser Braun'schen Röhre ist mit einem Leuchtschirm-Material für die Farben grün, blau und rot beschichtet. Diese Frontglasplatte läßt vorzugsweise Licht in den Farben grün, blau und rot durch und absorbiert vorzugsweise Licht im Gelbbereich des Spektrums.

Diese Frontplatte ist dazu vorgesehen, als Schutzglasplatte für die eigentliche Braun'sche Fernsehröhre zu dienen. Die GB-PS 8 69 453 offenbart die Zugabe der Komponente Pr₆O₁₁ zur Komponente Nd₂O₃.

Ausgehend von einer Kathodenstrahlröhre der eingangs genannten Art, wie sie in der älteren und nicht vorveröffentlichten DE-OS 30 11 296 offenbart ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Kathodenstrahlröhre als Lichtquelle für großflächige Darstellungseinrichtungen zu verwenden, wobei diese Kathodenstrahlröhre auch bei auf die Bildschirmfläche auftreffendem Sonnenlicht in der Lage sein soll, die Farbe des von der Leuchtstoffschicht abgegebenen Lichtes farbecht und kontrastreich abzustrahlen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zumindest die Glasfrontplatte des Vakuumgehäuses aus einem die Oxide der seltenen Erden Nd₂O₃ und Pr₂O₃ enthaltenden Glaswerkstoff besteht.

Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß eine optische Absorptions-Charakteristik der Glasfrontplatte erhalten wird, die über einen besonderen Wellenlängenbereich im sichtbaren Licht wirksam ist, so daß eine oder zwei Sorten von Glas äußeres Licht absorbieren können, ohne daß die Lichtenergie, die von der Leuchtstoffschicht abgegeben wird, abnimmt. Hierdurch wird die Farbe klar nach außen sichtbar. Auch der Kontrast wird verbessert, insbesondere, wenn Sonnenlicht von außen auf die Frontplatte auftrifft.

In vorteilhafter Weise kann der Glaskolben aus einer oder aus mehreren Glassorten hergestellt sein, um für die Farben rot, grün und blau eine zufriedenstellende Farblicht-Wiedergabe und einen guten Kontrast zu bewirken.

In besonders vorteilhafter Weise kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung zusätzlich zu den beiden Oxiden der seltenen Erden Nd₂O₃ und Pr₂O₃ mindestens eine weitere Komponente hinzugefügt werden, und zwar vorzugsweise die Oxide Fe₂O₃ und CeO₂. Bei einer solchen weiteren Zugabe wird die optische Wirkung noch zusätzlich verstärkt. Das bedeutet, daß die Farbe klar erscheint und der Kontrast auch bei auffallendem Sonnenlicht verbessert ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Kathodenstrahlröhre für eine Lichtquelle nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das das Emissionsspektrum von Leuchtstoffen zeigt,

Fig. 3 ein Diagramm, das die spektrale Durchlässigkeit eines Frontplattenglases der Röhre gemäß Fig. 1 zeigt und

Fig. 4 ein Diagramm, das die spektrale Durchlässigkeit eines weiteren Frontplattenglases wiedergibt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Vakuumgehäuse einer Kathodenstrahlröhre mit 1 bezeichnet, das z. B. Zylindergestalt hat und in dessen Innerem Vakuum herrscht. Das Vakuumge­ häuse (1) besitzt an einem Ende eine Frontglasplatte (3), auf deren Innenseite eine Leuchtschicht (2) aufgebracht ist. Ein Elektronenstrahlerzeuger (4) für die Abgabe eines breiten Elektronenstroms, der später beschrieben wird, und Anschlüsse zum Zuführen der erforderlichen Spannungen zu verschiedenen Teilen des Elektronenstrahlerzeugers (4) sind am gegenüberliegenden Ende des Vakuumgehäuses ange­ ordnet. Das gegenüberliegende Ende ist durch einen Boden (5) verschlossen, so daß das Vakuumgehäuse vollständig ab­ gedichtet ist. In Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen (6), (7) und (8) Kathodenheizung, Kathode und Steuergitter be­ zeichnet, die den Elektronenstrahlerzeuger (4) bilden; in der Mitte des Gitters (8) befindet sich ein Loch (9); ein breiter Elektronenstrahl (10) wird von dem Elektronenstrahl­ erzeuger (4) abgegeben.

Die Arbeitsweise der so aufgebauten Kathodenstrahlröhre wird nun beschrieben. Eine gegenüber der Kathode (7) ne­ gative Spannung wird an das Gitter (8) angelegt, und au­ ßerdem kann ein bestimmter Strom durch die Heizung (6) fließen, um die Kathode (7) aufzuheizen, so daß die Span­ nung des Gitters (8) sich dem Potential der Kathode (7) nähert. Als Folge wird der Elektronenstrahl (10) in Rich­ tung auf die Leuchtschirmfläche (2) der Kathode (7) ausge­ sendet. Der Elektronenstrahl (10) ist ein nicht fokussier­ ter Strahl mit einem bestimmten Ausbreitungswinkel R, der von verschiedenen Bedingungen wie dem Durchmesser des Loches (9) in der Mitte des Gitters (8), dem Abstand zwi­ schen dem Gitter (8) und der Kathode (7) und der Anoden­ spannung abhängt. Der nicht fokussierte Strahl trifft auf die Leuchtschicht (2), wodurch von der Leuchtschicht (2) Licht abgegeben wird, dessen Farbe vom Material des Leucht­ stoffes abhängt.

Wenn das Glas der Frontfläche (3) der Kathodenstrahlröhre oder das Vakuumgehäuse (1) einschließlich der Frontglas­ fläche aus einem Glaswerkstoff hergestellt ist, der Oxide seltener Erden enthält wie Neodymoxid (Nd₂O₃) und Praseodymoxid (Pr₂O₃), so zeigt z. B. Nd₂O₃ ein opti­ sches Absorptionsverhalten zwischen 570 und 585 nm und bei 513 nm, und Pr₂O₃ zeigt ein optisches Absorptions­ verhalten zwischen 470 und 480 nm. Glas, das diese zwei Oxide seltener Erden enthält, wird allgemein "Didymium­ glas" bezeichnet, das eine spektrale Durchlässigkeit be­ sitzt, wie es die Fig. 3 zeigt. Typische Beispiele von Leuchtstoffen einer Kathodenstrahlröhre für eine farbige Darstellungseinrichtung sind ZnS : Ag für Blau, Gd₂O₂S : Tb für Grün und Y₂O₂S : Eu für Rot. Die Emissionsspektren für diese Werkstoffe sind z. B. in der Fig. 2 gezeigt. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, werden für Grün und Rot Leucht­ stoffe verwendet, die ein Linienspektrum besitzen. Wenn also ein Glaswerkstoff mit einer spektralen Durchlässig­ keit, wie sie in der Fig. 3 gezeigt ist, in Kombination da­ mit verwendet wird, dann kann externes Licht durch eine Art von Glas absorbiert werden, ohne daß dadurch die Emis­ sionslichtenergie vom Leuchtstoff gestört oder gemindert wird. Das Glas selbst hat keine besondere Primärfarbe oder eine ähnliche Farbe. Es ist also in diesem Falle nicht da­ durch eine Störung hervorgerufen, daß die Frontfläche eine der Glasfarbe hinzugefügte Primär- oder Eigenfarbe stets an einem gut beleuchteten Ort zeigt, und sowohl der Kon­ trast als auch die Farbreinheit sind verbessert im Ver­ gleich zu einer Verwendung von eigen-gefärbtem Glas.

Wenn Didymiumglas in Verbindung mit Blauleuchtstoff einge­ setzt wird, hat dies den Nachteil, daß die Blaulichtdurch­ lässigkeit etwas herabgesetzt ist, so daß der gesamte Kon­ trast etwas schlechter wird. Um diesen Nachteil zu vermei­ den, kann ein z. B. Kobaltoxid (Co₃O₆) enthaltendes blaues Glas (dessen spektrale Durchlässigkeit durch die Kurve I in Fig. 4 dargestellt ist) für Blau verwendet werden, und ein Glas, das durch Mischen einer geeigneten Menge von Ei­ senoxid (Fe₂O₃) und Ceroxid (CeO₂) mit dem oben genann­ ten Didymiumglas, das Nd₂O₃ und Pr₂O₃ enthält, entstanden ist, kann für Grün und Rot benützt werden. Auf diese Wei­ se lassen sich die Eigenschaften verbessern. Nd₂O₃ zeigt nämlich eine optische Absorptionscharakteristik bei 570 bis 585 nm und bei 513 nm, und Pr₂O₃ zeigt eine optische Absorptionscharakteristik bei 470 bis 480 nm, und die Ver­ bindung von Fe₂O₃ und CeO₂ erhöht die optische Absorption im kurzwelligen Bereich. Die spektrale Durchlässigkeit des Glases, das mit diesen Oxiden hergestellt ist, ist durch die Kurve II in Fig. 4 wiedergegeben. Wenn dieses Glas in Verbindung mit dem Leuchtstoff verwendet wird, dessen Emis­ sionsspektrum in Fig. 2 gezeigt ist, dann kann bezüglich Grün und Rot die Wirkung von Sonnenlicht wesentlich herab­ gesetzt werden, ohne daß die Durchlässigkeit der vom Leucht­ stoff abgegebenen Energie vermindert wird. Speziell bei Grün wirkt der Einsatz des Glases und des Leuchtstoffes re­ duzierend auf die Wirksamkeit äußeren Lichtes, weil das Glas Strahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbe­ reiches durchläßt, auch im Vergleich zu dem Fall, daß ein­ farbiges Glas verwendet wird. Auch wenn ein Vergleich mit dem Fall angestellt wird, daß Didymiumglas für alle drei Farben eingesetzt wird, ist die Wirksamkeit für die ausge­ sandten Farben beträchtlich, während die Wirkung von außen auffallenden Lichtes in hohem Maße ausgeschaltet ist. Der Einsatz des oben beschriebenen Glases hat somit Vorteile für die Eigenschaften und in wirtschaftlicher Hinsicht, speziell wenn die Darstellungseinrichtung unmittelbarer Sonnenbestrahlung ausgesetzt ist.

Es konnte außerdem festgestellt werden, daß noch bessere Ergebnisse erzielt wurden, wenn ein pigmentierter Farb­ stoff verwendet wird, dessen Farbe durch ein Pigment un­ terstützt wird, das der Emissionsfarbe des Leuchtstoffes entspricht.

Wenn zusätzlich zu Nd₂O₃ und Pr₂O₃ (Er₂O₃) ein­ gemischt wird, das eine deutliche optische Absorption in einem Wellenlängenbereich nahe 520 nm hat, konnten die er­ findungsgemäßen Erscheinungen noch verstärkt werden.

Wie oben beschrieben kann mit Hilfe der Erfindung die Absorption äußeren Lichtes erhöht werden, ohne daß eine Minderung der emittierten Energie des jeweiligen Leucht­ stoffes auftritt, wodurch zufriedenstellendes Farblicht und ein guter Kontrast bei auffallendem Sonnenlicht er­ zielt werden und die Glaskolben aus einer oder aus zwei Glassorten hergestellt werden können. Somit weist die Er­ findung wirtschaftliche Vorteile im Vergleich dazu auf, daß Glaskolben aus drei Farbglassorten hergestellt wer­ den.

Die Erfindung ist verwendbar für großflächige Darstel­ lungseinrichtungen oder Anzeigetafeln, die auch unter Son­ nenlichtbestrahlung einen zufriedenstellenden Kontrast aufweisen.

Claims (2)

1. Kathodenstrahlröhre zur Verwendung als Lichtquelle mit einem Vakuumgehäuse, mit einer Leuchtstoffschicht, die auf der Innenoberfläche einer Glas-Frontplatte vorgesehen ist, die sich an dem einen Ende des Vakuumgehäuses befindet, wobei die Leuchtstoffschicht so ausgewählt ist, daß sie in der Lage ist, Licht in zumindest einer der drei Farben rot, grün und blau abzustrahlen, und mit einem am anderen Ende des Vakuumgehäuses gegenüber der Leuchtstofffläche befindlichen Elektronenstrahlerzeuger, wobei der Elektronenstrahlerzeuger ein unfokussiertes Strahlenbündel mit einem bestimmten Ausbreitungswinkel (R) abstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Glas-Frontplatte (3) des Vakuumgehäuses (1) aus einem die Oxide der seltenen Erden Nd₂O₃ und Pr₂O₃ enthaltenden Glaswerkstoff besteht.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in dem Glaswerkstoff der Glas-Frontplatte (3) zusätzlich die Oxide Fe₂O₃ und CeO₂ enthalten sind.