Leuchtstoffe
FestkörperHalbleiterFarben und Spektren
Jan Delskamp, 08.12.2006
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Elektrische Eigenschaften von Festkörpern (Kristalle)
dreidimensionale, periodische Strukturenz.B. Cu (Leiter), Si (Halbleiter), Diamant (Isolator)
Spezifischer Widerstand Cu: 2*108 m, Si: 3*105 m
Temperaturkoeffizient des spez. Widerstands Cu: +4*103 1/K, Si: -70*103 1/K
Ladungsträgerdichte nCu: 9*1028 /m³, Si: 1016 /m³
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Energieniveaus eines Cu-Atoms
1 Valenzelektron
(1)
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Energieniveaus zweier Cu-Atome
Abstand: 260 pm
Pauli-Prinzip: für jedes Elektron ein anderer Quantenzustand
(2)
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Energieniveaus eines Cu-Kristalls „Verwischung“ der Zustände durch große
Anzahl der Niveaus
(3)
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Energieniveaus eines Cu-Kristalls
Niedrige Energiebänder sind schmal Hohe Energiebänder sind breit
Überlagerung der Wellenfunktionen
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Halbleiter
Strom ist gerichtete Bewegung von freien, nicht gebundenen Elektronen
(Valenzelektronen als Ladungsträger)
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Leitung in verschiedenen Materialien
(4)
9
Leitung in verschiedenen Materialien
Hauptunterschied:
Breite der Lückenenergie EL
Halbleiter: Si ~1,1 eV , Ge ~4,8 eV
Isolator: Diamant ~5,5 eV
Ein Halbleiter ist ein Stoff mit einer Energielücke von 1 - 5 eV
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Leuchtstoffe
Anforderungen und Eigenschaften: Lichtemission (400~800 nm)
(5)
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Mechanische / chemische StabilitätEinsatz im Hochvakuum
niedriger Dampfdruck & geringe Ausgasung
Langlebigkeit der Bildröhre
keine ungewollte Reaktion mit anderen Stoffen
Kurze Abklingzeitje nach Modell und Einstellung des TVs wird der Leuchtstoff 50 – 100 mal pro Sekunde zum Leuchten angeregt, Material sollte dann nicht mehr „nachleuchten“
Hohe Energieausbeute= hohe Wirksamkeit
Hohe FarbsättigungSparsamkeit mit Material
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Materialien
Hauptsächlich Wirtsgitter, die mit Aktivatoren dotiert sind
Also mit Leuchtstoffen gezielt verunreinigte Halbleiterkristalle
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Dotierung
Verhältnis Cu / ZnS ~ 1:106
(4a)
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Funktionsprinzip
Dotierung des Wirtskristalls mit Leuchtstoffen
(6)
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Funktionsprinzip
Anregung des Wirtskristalls mit Elektronenstrahl
(7)
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Funktionsprinzip
Energieabgabe als sichtbares Licht
(8)
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Funktionsprinzip
Kristall leuchtet (grün)
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Energiebilanz
Lichterzeugender
Quantensprung:
Donator Akzeptor-Übergang
(9a)
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(10)
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Farben
Als Aktivatoren verwenden wir:
ZnS:Ag für BLAUZnS:Cu für GRÜNY2O2S:Eu für ROT
21 Für 3 Farben werden 3 Elektronenkanonen verwendet
(11)
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Helligkeit und Kontrast
Je mehr Energie abgegeben wird, desto heller erscheinen die einzelnen Pixel
(12)
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Aufbringen der Farbstoffschicht
Becherglas mit Aceton reinigen In 450 ml Ba(NO3)2 Lösung 0,034%
3 ml K2SiO3 lösen und mit 1g Leuchtstoff mischen Auf Schirm (konkave Glasplatte) aufbringen und
ca. 8h absetzen lassen
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Schattenmaske Dient zur Strahlausrichtung auf Leuchtschirm „runder“ Elektronenstrahl soll nur auf ein Leuchpunkt-Pixel treffen
Für jedes Pixel ein Loch in der Maske
(14)(13)
Schlitzmaske Lochmaske
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(15)
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Farbfernsehen1. Glühkathoden2. Elektronenstrahlen3. Bündelungsspulen4. Ablenkungsspulen5. Anodenanschluss6. Schattenmaske7. Leuchtstoffschicht 8. leuchtstoffbeschichtete Innenseite des Bildschirms
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Aufbau eines Farb-TV Gerätes
Die 3 Elektronenstrahlen laufen zeilenweise von links nach rechts und belichten dabei die gewünschten Pixel
Elektronischer „Zeilenvorschub“ zum Anfang der nächsten Zeile
Am Ende der letzten Zeile zurück zum Anfang der ersten Zeile
50~100 mal pro Sekunde
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Aufbau eines Farb-TV Gerätes
(17)
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QuellenverzeichnisInhalt: Haliday „Physik“ Wikipedia Referat „Leuchtstoffe“ von Prof.
Jüstel Referat „Leuchtstoffe für
Kathodenstrahlröhren“ von Lina Rustam
Grafiken: (1)-(4) Haliday (4a) selbst erarbeitet (5) www.yorku.ca (6)-(9) angelehnt an das Referat
„Leuchtstoffe für Kathodenstrahlröhren“ von Lina Rustam
(9a) selbst erarbeitet (10) aus „Leuchtstoffe für
Kathodenstrahlröhren“ von Lina Rustam (11) selbst erarbeitet (12) aus Referat „Leuchtstoffe“ von Prof.
Jüstel (13)-(16) Wikipedia (17) aus „Leuchtstoffe für
Kathodenstrahlröhren“ von Lina Rustam