leuchtstoffe festkörper halbleiter farben und spektren jan delskamp, 08.12.2006

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)

5

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)

15

Funktionsprinzip

Anregung des Wirtskristalls mit Elektronenstrahl

(7)

16

Funktionsprinzip

Energieabgabe als sichtbares Licht

(8)

17

Funktionsprinzip

Kristall leuchtet (grün)

(9)

18

Energiebilanz

Lichterzeugender

Quantensprung:

Donator Akzeptor-Übergang

(9a)

19

(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

(16)

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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