Festkörper Halbleiter Farben und Spektren Leuchtstoffe Festkörper Halbleiter Farben und Spektren Jan Delskamp, 08.12.2006

Elektrische Eigenschaften von Festkörpern (Kristalle) dreidimensionale, periodische Strukturen z.B. Cu (Leiter), Si (Halbleiter), Diamant (Isolator) Spezifischer Widerstand r Cu: 2*108 W/m, Si: 3*105 W/m Temperaturkoeffizient des spez. Widerstands a Cu: +4*103 1/K, Si: -70*103 1/K Ladungsträgerdichte n Cu: 9*1028 /m³, Si: 1016 /m³

Energieniveaus eines Cu-Atoms (1) 1 Valenzelektron

Energieniveaus zweier Cu-Atome Abstand: 260 pm Pauli-Prinzip: für jedes Elektron ein anderer Quantenzustand (2)

Energieniveaus eines Cu-Kristalls „Verwischung“ der Zustände durch große Anzahl der Niveaus (3)

Energieniveaus eines Cu-Kristalls Niedrige Energiebänder sind schmal Hohe Energiebänder sind breit Überlagerung der Wellenfunktionen

Halbleiter Strom ist gerichtete Bewegung von freien, nicht gebundenen Elektronen (Valenzelektronen als Ladungsträger)

Leitung in verschiedenen Materialien (4)

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

Leuchtstoffe Anforderungen und Eigenschaften: Lichtemission (400~800 nm) (5)

Mechanische / chemische Stabilität Einsatz im Hochvakuum niedriger Dampfdruck & geringe Ausgasung Langlebigkeit der Bildröhre keine ungewollte Reaktion mit anderen Stoffen Kurze Abklingzeit je 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 Farbsättigung Sparsamkeit mit Material

Materialien Hauptsächlich Wirtsgitter, die mit Aktivatoren dotiert sind Also mit Leuchtstoffen gezielt verunreinigte Halbleiterkristalle

Dotierung (4a) Verhältnis Cu / ZnS ~ 1:106

Funktionsprinzip Dotierung des Wirtskristalls mit Leuchtstoffen (6)

Funktionsprinzip Anregung des Wirtskristalls mit Elektronenstrahl (7)

Funktionsprinzip Energieabgabe als sichtbares Licht (8)

Funktionsprinzip Kristall leuchtet (grün) (9)

Energiebilanz Lichterzeugender Quantensprung: Donator Akzeptor-Übergang (9a)

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Farben Als Aktivatoren verwenden wir: ZnS:Ag für BLAU ZnS:Cu für GRÜN Y2O2S:Eu für ROT

Für 3 Farben werden 3 Elektronenkanonen verwendet (11) Für 3 Farben werden 3 Elektronenkanonen verwendet

Helligkeit und Kontrast Je mehr Energie abgegeben wird, desto heller erscheinen die einzelnen Pixel (12)

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

Schattenmaske Dient zur Strahlausrichtung auf Leuchtschirm „runder“ Elektronenstrahl soll nur auf ein Leuchpunkt-Pixel treffen Für jedes Pixel ein Loch in der Maske (13) (14) Schlitzmaske Lochmaske

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Farbfernsehen 1. Glühkathoden 2. Elektronenstrahlen 3. Bündelungsspulen 4. Ablenkungsspulen 5. Anodenanschluss 6. Schattenmaske 7. Leuchtstoffschicht 8. leuchtstoffbeschichtete Innenseite des Bildschirms (16)

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

Aufbau eines Farb-TV Gerätes (17)

Quellenverzeichnis Inhalt: Haliday „Physik“ Wikipedia 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 Inhalt: Haliday „Physik“ Wikipedia Referat „Leuchtstoffe“ von Prof. Jüstel Referat „Leuchtstoffe für Kathodenstrahlröhren“ von Lina Rustam