Das wohl interessanteste Teilgebiet bei der Herstellung einer Farbbildröhre ist der Bildschirm mit seinen Leuchtstoffen. Der nachfolgende Beitrag ist deshalb speziell auf die Leuchtstoffe, deren Herstellung, Verarbeitung und Eigenschaften ausgerichtet.

Er gibt, neben einer kleinen Einführung in die Farbphysiologie, Farbpsychologie und Farbmetrik, eine Zusammenfassung über den derzeitigen Stand der Technik (es ist 1969 und das Farbfernsehen ist bei uns 2 Jahre alt.) bei den modernen europäischen Farbbildröhren.

Wenn man das Gemälde Le Cirque von George Seurat im Louvre in Paris aus einer Entfernung von 6 ... 10 Metern betrachtet, so sieht man eine Zirkusszene in kühlem, künstlichem Licht mit vielen feinen Farbnuancen, eher fahl als kräftig leuchtend. Die vielen Farbschattierungen verbinden das Bild, obwohl unvollendet, zu einem harmonischen Ganzen.

Beim Nähertreten wird jedoch jemand, dem Seurats Werk nicht vertraut ist, erstaunt feststellen, daß es die aus der Ferne wahrgenommenen Farbnuancen als solche gar nicht gibt. Vielmehr besteht das Bild aus vielen windigen Farbtupfern, eine Technik, die als Pointilismus oder Divisionismus bekannt wurde. Die Mischung und Verschmelzung der Farben findet in Wirklichkeit im Auge des Betrachters statt.

Trägt man in einem Diagramm die Empfindlichkeit des Auges gegen die Wellenlänge oder Frequenz des sichtbaren Lichtes auf, dann erhält man die Augenempfindlichkeitskurve (Bild 1).

Der sichtbare Bereich liegt zwischen den Wellenlängen lambda = 380nm und lambda = 780 nm. Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung zeigt, daß das menschliche Auge im Bereich des Zäpfchensehens (bei Helladaptation) für ein gelbliches Grün besonders empfindlich ist [lambda = 550 nm).

Die Mischgesetze der additiven Farbmischung lassen sich mit Hilfe der genormten IBK-Farbarttafel einfach überblicken. In dieser Darstellung [Bild 3, Farbtafel) ist das sichtbare Spektrum hufeisenförmig gebogen und wird zwischen Blau und Rot durch die sog. Purpurlinie geschlossen.

Die Spektralfarben werden durch die Farbwertanteile x und y charakterisiert. Den Purpurfarben lassen sich keine farbtongleichen Wellenlängen zuordnen. Sie entstehen durch additive Mischung von Blau und Rot.

Nach der Mitte des Dreiecks hin werden die Farben "entsättigt" und ergeben bei vollkommener "Entsättigung" die Farbe Weiß (Weißpunkt).

Der Farbort einer aus zwei Grundfarben gemischten Farbe liegt auf der Verbindungslinie der beiden Grundfarben. Die Lage des Farborts wird durch das Leuchtdichteverhältnis der beiden Grundfarben bestimmt. Mit den Grundfarben erhält man eine befriedigende Farbvariation, mit der alle in der Natur vorkommenden Farben wiedergegeben werden können.

Schwarz erhält man, wenn die Leuchtdichte der drei Farben Null ist.

In das Farbdreieck sind eingezeichnet: der Bereich der natürlichen Farben, der Farbstoffe, Pigmente, Druckfarben (gestrichelte Linie) und der Farbbereich der verbesserten Leuchtstoffe (ausgezogene Linie) im Vergleich zu den alten Leuchtstoffen (strichpunktierte Linie). (Vgl. hierzu auch die Funktechnischen Arbeitsblätter Fs 12, Blatt 3 und 4)
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Alle Stoffe, die Energie in irgendeiner Form absorbieren und diese Energie entweder ganz oder teilweise als Lichtstrahlung wieder abgeben können, faßt man unter dem Begriff der Leuchtstoffe oder Luminophore zusammen.

Man nennt diese Erscheinung allgemein Lumineszenz und unterscheidet speziell zwischen der Fluoreszenz, dem Sofortleuchten, bei der die Leuchterscheinung unmittelbar dem Erregungsvorgang folgt, und der Phosphoreszenz, dem Nachleuchten, bei der das Leuchten Bruchteile von Sekunden bis Tage nach der Erregung erfolgt (Zeitdifferenz etwa > 10 hoch -5s).

Die lumineszierenden Festkörper (Phosphore) bestehen aus dem Kristallgitter der Grundsubstanz (Grundstoffgitter) und eingelagerten Fremdatomen (Aktivatoren oder Leuchtzentren), die entweder normale Gitterbausteine ersetzen (Substitionsphosphore) oder die auf Zwischengitterplätzen sitzen (Addi-tionsphosphore).

Neben den die Fluoreszenz und Phosphoreszenz erzeugenden Aktivatopen gibt es auch sogenannte Killer, das sind negative Aktivatoren, die die Fluoreszenz und Phosphoreszenz schwächen oder ganz tilgen. Zur Erklärung des Mechanismus der Lumineszenz gibt es zwei Modellvorstellungen:

Bei den Oxidleuchtstoffen spielt sich der ganze Leuchtvorgang im Aktivatoratom ab, wobei das Optimum der Lichtausbeute bei einer Aktivatorkonzentration von rund 0,01g/100 g liegt. Die Wellenlänge des emittierten Lichtes wird hierbei nur wenig vom Grundstoffgitter beeinflußt. Sie hängt hauptsächlich von der Elektronenstruktur der Aktivatoratome ab.

Bei den Sulfidleuchtstoffen (Zink-, Cadmium- und Zinkcadmiumsulfide sowie Zink-, Cadmium- und Zinkcadmiumselenide) wird nach dem Bändermodell von Riehl und Schön durch Energieabsorption ein ortsfest gebundenes Valenzelektron aus dem Valenzband in ein höher gelegenes Energieniveau gehoben, in dem es frei beweglich ist (Leitfähigkeitsband).

Bei der Fluoreszenz erfolgt unter Lichtemission sofortiges Zurückfallen des Elektrons in das Valenzband. Bei der Phosphoreszenz findet nach Anhebung des Elektrons in das Leitfähigkeitsband zunächst ein Halbleitertransport zwischen Aktivatorterm *1) und Valenzband statt und dann, unter Lichtemission, ein Zurückfallen auf das niedrigere Energieniveau des Aktivatorterms. Die elektrische Leitfähigkeit nimmt während der Energieabsorption zu. Das Optimum der Lichtausbeute liegt für Sulfidphosphore bei einer Aktivatorkonzentration zwischen 0,0001 und 0,000001g/100g. Das Grundstoffgitter bestimmt den Energieunterschied zwischen Leitfähigkeits- und Valenzband (Bandabstand) und hat daher einen Einfluß auf die Wellenlänge des emittierten Lichtes.

*1) Der Aktivatorterm gibt den Energiezustand der Elektronen des Aktivatoratomes an, relativ zum Energieniveau der Elektronen der Atome des Grundgitters. Das Energieniveau der Elektronen des Aktivatorterms liegt höher als das Energieniveau der Grundgitteratome.
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Erfolgt der Erregungsvorgang eines Leuchtstoffes durch eingestrahltes Licht, so spricht man auch von Fotolumineszenz. Hierbei gilt das Gesetz von Stokes, nach dem das ausgestrahlte Licht stets längerwellig als die absorbierte Strahlung ist.

Energieträger können u. a. außerdem sein: Elektronenstrahlen (Katodolumineszenz), elektrische Felder (Elektrolumineszenz) oder radioaktive Strahlen (Radiolumineszenz). Für Fernsehbildschirme sind insbesondere diejenigen anorganischen Leuchtstoffe von Bedeutung, die bei Anregung durch Elektronenstrahlen leuchten. Auf diese Weise können die unsichtbaren Elektronenstrahlen für das menschliche Auge sichtbar gemacht werden, und man kann einen elektrostatisch oder elektromagnetisch bewegten Elektronenstrahl über einen aus Leuchtstoffteilchen zusammengestellten Leuditschirm verfolgen.

Die bekanntesten Kristallphosphore sind die Sulfidphosphore und darunter besonders das Zinksulfid und die Mischkristalle von Zinksulfid und Cadmiumsulfid. Diese Substanzen eignen sich sehr gut für die Herstellung sowohl von Schwarz weiß- als auch von Farbbildschirmen. Hierfür gibt es folgende Gründe:
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• a) Niedriger Dampfdruck und gute Entgasbarkeit. Diese Eigenschaften sind für die Herstellung und den Betrieb der Elektronenstrahlröhre im Hochvakuum sowie deren Lebensdauer außerordentlich wichtig.
• b) Chemische und mechanische Stabilität. Das ist notwendig, weil bei der Herstellung der Leuchtschirme verschiedene chemische und physikalische Prozesse ablaufen.
• c) Hohe Energieausbeute der Lumineszenz bei Anregung mit Elektronenstrahlen. Diese liegt bei den Sulfidphosphoren erheblich über der anderer Leuchtstoffe.
• d) Variationsmöglichkeiten der Emissionsfarbe des emittierten Lichtes in weiten Grenzen durch Veränderung des Cadmiumgehaltes im Zinkcadmiumsulfid. Diese Variation ist möglich, weil Zinksulfid und Cadmiumsulfid unbegrenzt Mischkristalle bilden. Je höher der Gehalt an Cadmiumsulfid in diesen Mischkristallen ist, um so langwelliger ist das ausgestrahlte Lumineszenzlicht. Silberaktiviertes Zinksulfid zeigt eine blaue Lumineszenz, ein Zinkcadmium-Mischkristall der Zusammensetzung Zno,65Cdo,35 S/Ag eine grüne, Zno,55Cdo,4sS/Ag eine gelbe und Zno,2Cdo,sS/Ag eine rote Lumineszenz.
• e) Optimales Nachleuchtverhalten. Unter Nachleuchtdauer oder Abklingzeit versteht man diejenige Zeit, in der die Leuchtintensität auf weniger als 1% abgeklungen ist. Die Abklingkurve der Zn- und Cd- Sulfidleuchtstoffe zeigt einen hyperbolischen Abfall der Lumineszenz. Die Nachleuchtdauer läßt sich durch negative Aktivatoren verkürzen. Bei den für Farbbildröhren verwendeten Leuchtstoffen ist sie < 10^-4s.

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Die Herstellung der Zn- und ZnCd-Sulfidleuchtstoffe erfolgt in zwei verschiedenen Prozessen:

a) die Herstellung der Grundsubstanz (Zinksulfid, Cadmiumsulfid oder Mischkristalle) und
b) das Aktivieren.

Die Grundsubstanz wird hergestellt durch Einleiten von Schwefelwasserstoff in wäßrige Lösungen von Zink- bzw Cadmiumverbindungen. Hierbei wird ZnS oder CdS "ausgefällt". Selbstverständlich müssen hierfür sehr reine Rohmaterialien verwendet werden. Nach dem "Ausfällen" wird filtriert und der Rückstand gewaschen und getrocknet.

Zur Aktivierung wird das so gewonnene Zinksulfid oder das in gewünschtem Verhältnis hergestellte ZnS/CdS-Gemisch mit einem Aktivatorgemisch (Aktivator und Schmelzmittel) vermengt und in Korundtiegeln zwischen 900°C und 1000°C geglüht. Nach dem Abkühlen wird das Gemisch zur Entfernung der Schmelzmittel gewaschen und nach dem Filtrieren getrocknet.

Der Aktivatorgehalt (Silber) variiert je nach Art des Leuchtstoffes zwischen 10-2 und 10-5g Ag/100 g Leuchtstoff.

Für Farbbildröhren wird Zinksulfid (ZnS/Ag) als blauer Leuchtstoff verwendet und Zinkcadmiumsulfid ([Zno,65 Cdo,035] S/Ag) als grüner Leuchtstoff. Für Rot verwendete man früher ebenfalls ein Zinkcadmiumsulfid mit der Zusammensetzung (Zn0,2Cd0,8) S/Ag. Es hatte jedoch eine relativ geringe Lichtausbeute und eine sehr intensiv braune Eigenfarbe, die die Schirmfarbe stark verfälschte. Deshalb hat man lange Zeit nach anderen geeigneten Leuchtstoffen für Rot gesucht.

In den Seltenen-Erden-Leuchtstoffen hat man zwar teure, jedoch hervorragend geeignete Substanzen mit relativ schmalen Emissionsbändern gefunden. Natürlich waren auch für die neuen Rotleuchtstoffe niedriger Dampfdruck, gute Entgasbarkeit, chemische und mechanische Stabilität, hohe Lichtausbeute und geeignete Nachleuchtdauer eine Voraussetzung für die Verwendbarkeit für Bildschirme.

In der ersten Zeit verwendete man Yttriumvanadat (YVO4), mit Europium aktiviert, ging jedoch innerhalb relativ kurzer Zeit auf Yttrium-Oxisulfid (Y2O2S), ebenfalls mit Europium aktiviert, über. YVO4/EU und Y2O2S/EU haben beide eine weiße Eigenfarbe, jedoch gibt Y2O2S/E11 unter vergleichbaren Bedingungen eine noch höhere Leuchtdichte als YVO4/EU.

Der Yttriumoxisulfid-Leuchtstoff ist sehr kostbar, da das als Aktivator verwendete Europium nur in geringer Konzentration, mit anderen Seltenen Erden in verschiedenen Mineralien verteilt, vorkommt.

In Monazitsand, einem für die Gewinnung von Europium sehr wichtigen Rohstoff, sind z. B. nur 0,002g/100g enthalten. Dabei ist Europium gar nicht so selten: die Erdkruste enthält mehr Europium (0,9 • 10-5g/100g) als z. B. Gold (5 • 10-7g/100g), Cadmium (3 • 10-5g/100g) und Quecksilber (5 • 10-5g/100g). Gold ist viel seltener als das wesentlich teurere Europium.

Außer in Monazitsand findet sich Europium in Spuren noch in vielen anderen Materialien. So z. B. auch im Euxenit, einem Mineral, das zur Urangewinnung verwendet wird und bei der das Europium als „Nebenprodukt" abfällt.

Yttrium findet sich in verschiedenen Mineralien, z. B. Yttrofluorit (CaY)F2, Xenotium (YPO4), Gadolinit (Y2FeBe2 [0/Si04]2) und Thalenit (Y2[Si207l).

Wegen des hohen Preises für Y2O2S/EU-Leuchtstoff werden bei der Fertigung des Bildschirms alle Abfälle sorgfältig gesammelt und wieder aufbereitet.

Die Herstellung des Y202$/Eu-Leuchtstoffs unterscheidet sich nicht prinzipiell von der der Sulfidleuchtstoffe. Auch hier wird zuerst die Grundsubstanz hergestellt und danach der Aktivierungsprozeß durchgeführt.

Der höheren Lichtausbeute des Yttriumoxisulfids wurden auch die beiden anderen Leuchtstoffe angepaßt, wobei beim grünen ZnCdS der Farbpunkt durch geringfügige Variation des Zn/Cd-Verhältnisses (Erhöhung von Cd) in den grüngelben Bereich verschoben wurde. Beim blauen ZnS-Leuchtstoff wurde ein früher zugegebener inaktiver Anteil fortgelassen.

Einige wichtige Daten von Leuchtstoffen für Farbbildröhren sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die in der Tabelle angegebenen Werte wurden an den Leuchtstoffen direkt gemessen, mit Ausnahme der Farbkoordinaten, die an Bildröhren bestimmt wurden. Die hellgelbe Eigenfarbe des grünen Leuchtstoffs stört die Qualität der Farbwiedergabe in der Bildröhre nicht.

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Die Herstellung von Farbbildröhren und der Beschirmungsprozeß wurden bereits eingehend beschrieben (1), weshalb hier auf die Einzelheiten des Prozesses verzichtet werden kann, die nicht direkt mit dem Leuchtstoffpulver zusammenhängen.

Der Farbbildschirm besteht aus einer Vielzahl von regelmäßig angeordneten Leuchtstoffpunkten. Die Farben Rot, Grün und Blau bilden dabei ein gleichseitiges Dreieck (Tripel).

Bild 5a bis 5c zeigt die Punktstruktur des Leuchtschirmes einer im Meßtisch betriebenen Farbbildröhre in drei verschiedenen Variationen:

1. mit angeregtem Grünraster,
2. mit angeregtem Grün- und Blauraster und
3. mit angeregtem Grün-, Blau- und Rotraster.

Diese drei Mikrofotografien sollen gleichzeitig auf die Reihenfolge der Aufbringung des Punktmusters bei der Schirmherstellung hinweisen. Trotz der Vergrößerung kann man auf der Fotografie die kristalline Struktur des Leuchtstoffs nur schwer erkennen. Das ist durchaus verständlich, wenn man bedenkt, daß der mittlere Körngrößendurchmesser der verschiedenen Leuchtstoffpulver weniger als 10um beträgt (vgl. Tabelle 1).

Die Qualität eines guten Farbleuchtschirmes ist gekennzeichnet durch hohe Lichtausbeute, Reinheit und Gleichmäßigkeit der Einzelfarben sowie der daraus sich ergebenden Mischfarben. Zur Herstellung eines solchen Schirmes mit gleichmäßigen und dichten Leuchtstoffpunkten benötigt man ein sehr feines, und auch in seiner Korngröße weitgehend einheitliches Leuchtstoffpulver.

Darüber hinaus ist es notwendig, die Leuchtstoffpunkte gut gegeneinander abzugrenzen und die günstigste Punkt- oder Schichtdicke zu wählen. Eine gute Abgrenzung erhält man durch richtige Wahl der Punktgröße (455 ±20um). Sind die Punkte zu groß, können durch Überlappung Farbunreinheiten auftreten; sind sie zu klein, wird die Lichtausbeute des Schirmes verringert.

Abgesehen davon, können dadurch Fehler in der Landung des Elektronenstrahles im Punktmuster entstehen, die hier jedoch nicht erörtert werden sollen, weil dabei die Ausdehnung der Lochmaske, die Elektronenoptik und die Ablenkfelder eine noch wichtigere Rolle spielen.

Die Punktdicke hat einen wesentlichen Einfluß auf die Lichtausbeute. Bei zu dünnem Punkt prallen viele Elektronen ohne Lichteffekt auf die Glaswand auf. Bei zu dickem Punkt, wenn die Schicht größer ist als die Eindringtiefe der Elektronen, tritt eine unnötige Lichtabsorption und Lichtstreuung auf.

Da die Eindringtiefe der Elektronen von deren Geschwindigkeit abhängt, ist leicht einzusehen, daß bei dickerer Schicht, um gleiche Lichtausbeute zu erzielen, eine höhere Anodenspannung notwendig ist als bei dünner Schicht. Natürlich spielt auch die Dicke des Binderfilms für die Eindringtiefe der Elektronen eine gewisse Rolle. Sie ist bei Farbbildröhren jedoch zu vernachlässigen, da das Verhältnis des Binderfilmes zum Durchmesser des Leuchtstottkristalls wesentlich geringer ist als bei Schwarzweiß-Bildröhren und bei diesen der Einfluß auf die Leuchtdichte bei maximaler Binderfilmdicke nur etwa 3 ... 5% beträgt.

Die Beherrschung der technologischen Prozesse bei der Leuchtschirmherstellung ist für die Qualität des Leuchtschirms von gleicher Bedeutung wie die Beherrschung der Herstellungsmethoden des Leuchtstoffes selbst.

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Hierbei wird der gewaschene Schirm auf eine drehbare Position gesetzt, mit einer Binderfilmlösung (PVA) vorbenetzt und getrocknet. Dann wird die grüne Leuchtstoffsuspension eingefüllt. Sie besteht aus dem grünen Zinkcadmiumsulfid-Leuchtstoff und dem lichtempfindlichen System (einem Gemisch von Ammoniumdichromat und einer Polyvinyl-Alkohollösung) und muß frei von Luftblasen und groben Teilchen sein, gleichmäßig fließen (konstante Viskosität) und darf sich nicht entmischen (Sedimentation). Sie muß also sehr homogen sein. Um diese Eigenschaften zu gewährleisten, sind Mahl-, Evakuier- und Filtrationsprozesse sowie regelmäßige Kontrollen eingeschaltet. Selbstverständliche Voraussetzung ist natürlich sorgfältiges und sauberes Arbeiten.

Das Dosieren der Leuchtstoffsuspension in den Glasschirmen geschieht automatisch aus einer geeigneten Umpumpvorrichtung, um eine Sedimentation des Leuchtstoffes zu vermeiden. Während des Einfüllens dreht sich der Glasschirm um seine Achse mit niedriger Geschwindigkeit zur besseren Verteilung der Suspension. Die überschüssige Suspension wird bei langsamer Steigerung der Umdrehungsgeschwindigkeit in vier Auffangbehältern an den Schirmecken aufgefangen. Hierbei ändert sich kontinuierlich die Neigung des bearbeiteten Schirms gegen die Maschinenachse. Bei senkrecht stehendem Schirm wird die Leuchtstoffschicht mit Infrarotheizstrahlern getrocknet.

Nach diesem Beschichtungsprozeß folgt die Belichtung durch die Lochmaske und das Entwickeln der Punktstruktur. Dann wird als zweite Farbe Blau und als dritte Farbe Rot aufgebracht. Wegen der Lichtempfindlichkeit der Schichten muß in einem Raum mit monochromatischem Licht (Bild 6] und wegen der komplizierten chemischen Reaktion beim Belichten bei konstanter Raumfeuchte und Raumtemperatur gearbeitet werden. Selbstverständlich muß bei den oben genannten Prozessen die Raumatmosphäre staubfrei sein.

Diese Methode zur Schirmherstellung eignet sich für Leuchtstoffpulver mit größeren Korndurchmessern. Grundsätzlich wird dabei der mit Leuchtstoff zu bedeckende Glasschirm zuerst mit einer Schicht aus einem Bindemittel befeuchtet und danach das mit der fotoempfindlichen Substanz gemischte trockene Pulver vermittels Druckluft aufgestäubt [2].

Man kann als Binder auch das lichtempfindliche System (PVA, Ammoniumdichromat) direkt verwenden. Auch hierbei bildet sich an der Glasoberfläche mit dem aufgestäubten Leuchtstoffpulver eine Suspension, die jedoch rasch trocknet. Der Aufstäubungsprozeß kann auch als Sedimentation eines Feststoff-Aerosols verstanden werden, bei dem der Leuchtstoff sofort über das ganze Glas verteilt wird. Aus diesem Grunde ist dieser Prozeß mit allen Nachteilen eines Sedimentationsvorganges verbunden, die sich besonders in der Gleichmäßigkeit der Verteilung bemerkbar machen.

Hinzu kommen aerodynamische Probleme. Nach der Trocknung erfolgen die nachfolgenden Prozesse (Belichten und Entwickeln) in analoger Weise wie beim Aufgießverfahren.

Ob die eine oder andere Beschirmungstechnologie Vorteile beim Betrieb der Bildröhre hat, läßt sich wohl kaum objektiv nachweisen. Wichtig in beiden Fällen ist sicher die Sorgfalt und Sauberkeit bei der Beschirmung sowie die Verwendung von reproduzierbaren, definierten und reinen Grundmaterialien.

Die heute auf dem Markt befindlichen Farbbildröhren zeigen trotz teilweise unterschiedlicher Beschirmungstechnologie weder Unterschiede in der Lichtausbeute noch in der Farbwiedergabequalität. Nicht das Verfahren selbst, sondern dessen Beherrschung ist eine Gewähr für eine gute Bildschirmqualität. Neben den beschriebenen beiden Verfahren gibt es noch verschiedene andere Methoden zur Herstellung von Bildschirmen, wie z. B. die Aufspritzmethode, das Sedimentationsverfahren aus einer Dispersion (Herstellung von Schwarzweiß-Bildschirmen), die Aufdampfmethode und die elektrostatische Niederschlagsmethode. Alle diese Methoden haben, vielleicht mit Ausnahme der letzten, für die Farbbildschirmtechnologie keine Bedeutung.

Die Eigenschaften des Leuchtschirms sind komplex zusammengesetzt aus den Eigenschaften der Leuchtstoffschicht, dem aufgedampften dünnen Al-Film (Anmerkung : es ist nicht erklärt, was der Al- Film ist) - (er soll für die Elektronenstrahlen durchlässig und für das Lumineszenzlicht undurchlässig sein), der Struktur und Transparenz der Lochmaske sowie der Transparenz des Glasschirmes (bei den modernen Bildröhren zur Erhöhung des Kontrastes neutral grau eingefärbt). Aus diesem Grunde wird für alle zusätzlichen Parameter von konstanten Bedingungen ausgegangen: Lichtdurchlässigkeit des Glasschirmes 52 ... 54%, Reflexionsgrad der Glasoberfläche ca. 35%, Transparenz der Lochmaske 15 ... 17% und Dicke des Al-Filmes 220 ... 250nm.

Die Kurve der spektralen Energieverteilung wurde bei konstantem Anodenstrom und konstanter Anodenspannung aufgenommen. Ändert man Anodenstrom oder Anodenspannung, so ändern sich auch die Lumineszenzeigenschaften des Leuchtschirmes. Der Einfluß auf die Amplitude, die Leuchtintensität und die Lage der Energiemaxima (Farbpunkte) soll hier kurz betrachtet werden.

Als Maß für die Lichtausbeute, Leuchtintensität oder Helligkeit dient der Begriff der Leuchtdichte, angegeben in "nit". Ein "nit" entspricht einer Lichtstärke pro Fläche von 1cd/m2, wobei 1cd (Candela) die Einheit der Lichtstärke ist (entspricht einer „Neuen Kerze").

Bild 8 zeigt den Zusammenhang zwischen Anodenstrom und Leuchtdichte bei konstanter Anodenspannung (25kV). Im Bereich bis ca. 1,5mA ist der Zusammenhang nahezu linear. Die Energie der Elektronenstrahlen wird vom Leuchtstoffkristall proportional absorbiert und in Lichtenergie gewandelt. Bei weiterer Steigerung des Stromes kommt man in den Bereich der Sättigung, d. h. nun wird mehr Energie eingestrahlt als vom Leuchtstoffkristall absorbiert und gewandelt werden kann. Diese Sättigungserscheinungen treten allerdings erst bei Strahlströmen auf, die in einem Farbfernsehempfänger gar nicht vorkommen können.

Im Vergleich zu den früher verwendeten Leuchtstoffen sind die Leuchtdichtekurven deutlich nach links, d. h. zu niedrigen Strahlströmen und niedrigeren Anodenspannungen verschoben. Man hat also bei gleicher Bildhelligkeit im Fernsehgerät an Bildschärfe gewonnen. Trotzdem ist es nicht empfehlenswert, den Punktdurchmesser kleiner als etwa 1,5mm zu machen, weil dadurch eine Moirebildung stark begünstigt wird und andererseits die Bandbreite von 5 MHz keinen geringeren Punktdurchmesser zu übertragen erlaubt.

Für die Leuchtdichtemessungen wurden folgende Meßeinstellungen gewählt: Heizspannung Uf = 6,3V, Gitter-2-Spannung Ug-2 = 300V, Fokussierspannung Ugs = optimal eingestellt. Als Fotozelle wurde eine korrigierte Selenzelle verwendet. Die vom Normraster 140 X 140mm digital erhaltenen Werte wurden auf die Gesamtschirmfläche umgerechnet. Die Angaben in Bild 8 und 9 sind also nicht direkt vergleichbar mit den Angaben in den nachfolgenden Tabellen.

Die Ergebnisse der Untersuchung des Einflusses von Anodenstrom und -Spannung auf die Lage der Maxima in der spektralen Energieverteilungskurve (Farbpunkte) zeigt Tabelle 2. Wie hieraus ersichtlich, ändern sich die Farbpunkte der drei Leuchtstoffe praktisch nicht. Die geringfügige Entsättigung mit steigender Anodenspannung hat keine Bedeutung und konnte nur mit den sehr empfindlichen Meßgeräten nachgewiesen werden. Die Koordinaten x und y geben die Lage im Farbdreieck (Bild 3) an.

Eine Gegenüberstellung von Meßwerten für die Leuchtdichte und Farbpunkte der alten und der verbesserten Leuchtstoffkonzeption zeigt die Tabelle 3. Die Angaben sind aus jeweils 100 Farbbildröhren gemittelt. Wie bereits erwähnt, wurde, außer bei Rot, auch bei Grün und Blau die Leuchtdichte verbessert. Das war notwendig, weil die Farbanteile wegen der physiologischen Empfindlichkeit des Auges einem bestimmten Verhältnis entsprechen müssen.

Die Änderung der Farbpunktlagen der einzelnen Farben macht für eine bestimmte Weißeinstellung eine Änderung der Stromverhältnisse der drei Strahlerzeugersysteme erforderlich (Tabelle 4).

Der Weißpunkt W entspricht dem der gegenwärtigen Schwarzweiß-Bildröhren. Für eine optimale Farbwiedergabe wurde als Standard Weißpunkt C gewählt. C/W ist ein Kompromiß zwischen den Weißpunkten C und W, der im Farbfernsehgerät mit nur einem Weißpunkt einen guten Empfang von Schwarzweiß-und Farbsendungen gewährleistet. Wie Tabelle 4 zeigt, haben sich mit den neuen Leuchtstoffen die Stromverhältnisse der drei Strahlerzeuger egalisiert, was wegen der damit erreichten gleichen Punktgröße der Bildqualität zugute kommt.

Selbstverständlich wird bei der im Vergleich zur Schwarzweiß-Bildröhre wesentlich kostspieligeren Farbbildröhre oft die Frage nach der Lebensdauer der Leuchtstoffe gestellt.

Da die Leuchtstoffe aus anorganisch-chemischem Material bestehen und unter normalen Betriebsbedingungen sicher keinen höheren Temperaturen als bei der Herstellung der Bildröhre unterworfen werden, sind die Bildschirme praktisch unbegrenzt haltbar. Ein Ausbleichen, wie z. B. gelegentlich bei den organisch-chemischen Farben der Farbfilme und Farbfotos, findet nicht statt.

Stabilisierend auf die Leuchtschicht wirkt darüber hinaus das für den Betrieb der Bildröhre notwendige Hochvakuum, wodurch mögliche Oxidationsprozesse (z. B. bei ZnS und ZnCdS) vermieden werden. Die bis heute vorliegenden Erfahrungen an Farbbildröhren haben gezeigt, daß die Lebensdauer der Farbleuchtschirme gegenüber der Lebensdauer der Katoden nicht ins Gewicht fällt. Die Verhältnisse sind hierbei denen bei Schwarzweiß-Bildröhren identisch.

Allen Mitarbeitern und Kollegen, die durch Präparationen, Messungen und Diskussionen an der Entstehung dieses Manuskriptes mitgewirkt haben, sage ich meinen besten Dank. Für die kritische Durchsicht des Kapitels über Leuchtstoffe danke ich besonders Herrn Dr. de Boer von Philips Eindhoven.

Literatur
[1] Scharrer, E.: Die komplizierte Herstellung der Lochmasken-Farbbildröhre. FUNKSCHAU 1967, Heft 9, Seite 513.
[2] Morgan, Ph. O.: Farbbildröhren mit größerer Helligkeit. FUNKSCHAU 1968, Heft 20, Seite 644.
[3] Seifert, H • Verbesserte Farbbildröhren,
FUNKSCHAU 1968, Heft 22, Seite 697.