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Photoaktiver Mosaikschirm, insbesondere für elektrische Entladungsröhren und Verfahren zu seiner
Herstellung.
Die Erfindung bezieht sich auf photoaktiv Schirme von elektrischen Entladungsröhren, insbesondere der Kathodenstrahltype, wie sie in derartigen Röhren, z. B. beim Fernsehen, zur Umwandlung von Licht in elektrische Schwingungen benutzt werden.
Die bisher bekannten Kathodenstrahlröhren bestehen meist aus einem Glaskolben, an dessen einem Ende eine direkt oder indirekt heizbare Kathode angeordnet ist. Diese Kathode sendet Elektronen aus, die mittels Sammelelektroden und einer oder mehrerer Anoden zu einem Bündel vereinigt werden. Es sind ferner inner-oder ausserhalb der Röhre elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkorgane angeordnet, die dem Elektronenstrahl mittels einer geeigneten Wechselspannung eine Ablenkung erteilen können. Diese Ablenkung macht es möglich, den Elektronenstrahl irgendeine am andern Röhrenende befindliche Oberfläche abtasten zu lassen. Diese Oberfläche kann aus einer oder mehreren Anoden oder aus einem fluoreszierenden oder einem photoaktiven Schirm bestehen. Von einem solchen photoaktiven Schirm kann Licht in elektrische Ladung umgewandelt werden.
Diese Schirme werden insbesondere zur Übermittlung von Fernsehbildern verwendet. Sie bestehen meist aus einem isolierenden Träger, der auf der einen Seite mit einer dünnen Metallschieht und auf der andern Seite mit einem lichtempfindlichen Stoff überzogen ist. Dieser lichtempfindliche Stoff wird derart angebracht, dass er eine sehr grosse Anzahl von gesonderten Teilchen bildet. Es entsteht also ein Mosaik aus kleinen lichtempfindlichen Elementen. Als gemeinsame Gegenelektrode sämtlicher Elemente tritt die auf der andern Seite des Schirmes befindliche Metallschicht auf. Die Elemente bilden mit dieser Schicht Kondensatoren, von denen jeder eine Ladung erhält, die von der auf das betreffende lichtempfindliche Element auftreffenden Lichtmenge abhängig ist.
Wird also auf den lichtempfindlichen Schirm ein Bild projiziert, so erhalten die verschiedenen Teilchen je eine Ladung, die von der Bildhelligkeit an der betreffenden Stelle abhängig ist. Diese Ladung ist mithin für eine helle Stelle des Bildes grösser als für eine dunkle. Die Ladungen dieser Teilchen werden nun von den Elektronen des Kathodenstrahls, der mittels der Ablenkplatten derart gesteuert wird, dass er den ganzen Schirm punktweise abtastet, ausgeglichen.
Nun ist die Detailfülle sowie die Helligkeit in hohem Masse von der Grösse und der Beschaffenheit der durch die photoaktiven Teilchen und die Gegenelektrode gebildeten Kondensatoren abhängig.
Bei dem Betrieb der Röhre besitzen die einzelnen Teilchen des Schirmes verschiedene Ladung, wie oben erörtert wurde. Es kann also zwischen zwei ziemlich nahe aneinanderliegenden Teilchen ein erheblicher Potentialunterschied bestehen, was zur Folge hat, dass von dem Teilehen mit höherem Potential ein Sekundärelektronenstrom zu dem Teilchen mit niedrigerem Potential übergeht, so dass die Ladung der beiden Teilchen eine Änderung erfährt, die nicht von einer Änderung der Lichtintensität herrührt.
Dies hat also eine Verzerrung des Bildes sowie eine Herabsetzung der Detailfülle zur Folge.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung derartiger Schirme ist darin gelegen, dass bisher die Abtastung durch den Kathodenstrahl auf derselben Seite erfolgt, auf die das Bild projiziert wird. Um diese Projektion zu ermöglichen, ist also der Schirm entweder schräg zur Röhrenachse oder schräg zu der Richtung, in der das Bild projiziert wird, anzuordnen. Beiden Anordnungsarten haften Übelstände an. Bei der ersten Art ist das projizierte Bild unverzerrt ; der Kathodenstrahl trifft jedoch den Schirm unter einem Winkel, so dass bei einem kreisförmigen Querschnitt des Strahls der von ihm auf dem Schirm
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zur Vermeidung oder zur Ausgleichung dieser Fehler vorgeschlagen ; sie erfordern jedoch alle einen verwickelteren Bau der Röhre.
Ferner haben diese Röhren den Nachteil, dass die Sekundärelektronen, die von der photoaktiven Schicht beim Auftreffen von Licht ausgesendet werden, in denselben Raum gelangen wie die Sekundärelektronen, die vom Kathodenstrahl beim Auftreffen auf den Schirm ausgelöst werden. Diese zwei Sekundärelektronenemissionen beeinflussen sich Also gegenseitig, was ebenfalls einen nachteiligen Einfluss auf das Bild und die Detailfülle hat.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, einen Schirm zu verwenden, auf dessen eine Seite das Bild projiziert wird und dessen andere Seite vom Kathodenstrahl abgetastet wird. Es können auf diese Weise die durch das Auftreffen des Kathodenstrahls entstandenen Sekundärelektronen und die durch die photoaktiv Wirkung entstandenen Sekundärelektronen getrennt gehalten werden.
Die Erfindung betrifft nun derartige Schirme bzw. mit solchen versehene Fernsehsenderöhren und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schirme. Gegenstand der Erfindung ist es, einen solchen Schirm zu schaffen, der eine sehr grosse Empfindlichkeit besitzt und ausserdem befriedigende Detailfülle des ausgesandten Bildes und grosse Helligkeit ergibt, weiters grossen Isolationswiderstand zwischen dem Mosaikteilchen aufweist und zudem einfach und billig herzustellen ist.
Dieser Schirm besteht aus einer Grundelektrode aus feinem Metallgeflecht oder Metallsieb, z. B. einem Geflecht mit 1600 bis 16.000 Maschen je cm2. Bei einem solchen Geflecht ist das Verhältnis des freien Raumes zwischen den Drähten zu diesen verhältnismässig gering, da die Drahtstärke aus Festig- keitsgründen nicht zu gering gewählt werden kann. Es ist ferner erforderlich, das Geflecht mit einer isolierenden Schicht zu versehen, welche die Drähte vollkommen umhüllt. Da dies bei einem gewöhnlichen
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das Geflecht erfindungsgemäss zuvor unter schweren Rollen gepresst, wodurch die Drähte teilweise ineinander eingedrückt werden.
Infolge dieses Pressvorganges wird der freie Raum noch mehr verkleinert, so dass eine Vergrösserung desselben erforderlich ist, die durch einen geeigneten Ätzvorgang erzielt wird, bei dem der gepresste Schirm in ein Bad eines das Material des Geflechte angreifenden chemischen Stoffes eingebracht wird, wodurch der Durchmesser der Drähte verkleinert und somit der freie Raum zwischen denselben vergrössert wird. Nach diesem Ätzvorgang wird das Geflecht mit Isolierstoff überzogen, worauf die Öffnungen zwischen den mit Isolierstoff bedeckten Drähten mit Silber angefüllt werden. Dieses Silber wird auf einer Seite auf bekannte Weise oxydiert und dann mit einem photo aktiven Stoff überzogen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand durch ein Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulich.
Fig. 1 stellt teilweise in schaubildlicher Ansicht und teilweise im Schnitt eine Röhre mit einem Schirm gemäss der Erfindung dar. Fig. 2 zeigt in stark vergrössertem Massstab einen Teil dieses Schirmes.
Fig. 3 stellt einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2 und Fig. 4 einen mit Isolierstoff überzogenen Schirm gemäss der Erfindung dar.
In Fig. 1 bezeichnet 10 den entlüfteten Glaskolben, der aus einem engen zylindrischen Teil 12 und einem erweiterten Teil 14 besteht, der ein nahezu flach abgeschlossenes Ende 16 aufweist. Durch die an dem Teil 12 angeordnete Quetschstelle sind die Zuführungsdrähte zu dem auf dieser angeordneten Elektrodensystem 18 hindurchgeführt. Das Elektrodensystem besteht aus einer indirekt heizbaren Kathode 22, einer Steuerelektrode 24 und einer ersten Anode 26. Durch Anlegen geeigneter Potentiale an die verschiedenen Teile wird ein Elektronenstrahl 28 erzeugt, der von der Kathode ab längs der Röhrenachse gerichtet ist. Mittels elektrostatischer bzw. elektromagnetischer Ablenkelektroden 30 und 32, an die geeignete Wechselspannungen gelegt werden, wird bewirkt, dass der am Ende der Röhre angeordnete Schirm vom Elektronenstrahl abgetastet wird.
Eine zweite Anode 54, die zur weiteren Konzentration des Elektronenstrahls und zur Beschleunigung desselben dient, ist als leitende Schicht auf der Innenwand des zylindrischen Teiles 14 vorgesehen. Diese Anode dient ausserdem zum Sammeln der beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf den Schirm aus diesem ausgelösten Sekundärelektronen.
Der Mosaikschirm 34 weist als Grundelektrode ein Drahtgeflecht auf, das, wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, aus feinen Drähten besteht. Diese Drähte werden mit einem Isolierstoff 38 (Fig. 4) überzogen, worauf in die Maschen 42 des Geflechtes Silber oder ein sonstiges leicht oxydierbares Metall 40 eingepresst wird. Der Schirm wird dann mittels Einführungsdrähten 44 in der Röhre angeordnet und die Oberfläche 46 wird während der Entlüftung nach einem für die Herstellung von Photozellen bekannten Verfahren aktiviert. Auf der Seite, auf die das Bild projiziert wird, ist vor dem Schirm 34 eine Hilfsanode 48 angeordnet, welche die beim Auftreffen von Licht auf die Oberfläche 46 entstandenen Sekundärelektronen sammelt.
Der Mosaikschirm 34 kann wie folgt hergestellt werden. Der Schirm bzw. sein Geflecht wird flach gemacht, z. B. dadurch, dass er unter einer schweren Walze hindurchgezogen wird. Dann werden die Öffnungen durch Ätzung des Geflechtes in einem Bad eines chemischen Stoffes vergrössert. Um eine
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gleichmässige Vergrösserung der Öffnungen zu erhalten, ist die entsprechende Wahl des Materials des Geflechts und die des Ätzmittels von Wichtigkeit. Ferner ist der Umstand zu berücksichtigen, dass der zu benutzende Isolierstoff an dem einen Stoff viel besser als an einem andern haftet. Als geeignete Metalle haben sich z. B. Nickel, Monelmatell und rostfreier Stahl erwiesen. Als tzmittel kommt für Nickel eine 60%ige Lösung'Von Salpetersäure in Wasser in Betracht.
Erfolgt in diesem Fall der Ärzvorgang bei etwa 300 C, so beträgt die erforderliche Zeit etwa 45 Sekunden. Bei rostfreiem Stahl kann 35-40% Königswasser bei etwa 300 benutzt werden. Bei diesem Ätzverfahren wird das Material gleichmässig angegriffen, insbesondere wenn dem Bad ein wenig Eisenstaub oder sonst ein Metall zugesetzt wird.
Nach dem Ätzen wird der Schirm zur Entfernung des Ätzmaterials in einem Alkalibad abgespült. Da infolge des Ätzvorganges ein grosser Teil des Drahtes entfernt wird, ist es vorteilhaft, den Schirm nach dem Ätzen und dem Spülen galvanisch zu vernickeln oder zu versilbern. Es ist dabei darauf zu achten, dass sich eine möglichst dünne Schicht bildet, um zu verhindern, dass die Öffnungen ausgefüllt werden.
Der auf diese Weise behandelte Schirm wird dann mit einer Schicht aus Isolierstoff überzogen.
Zu diesem Zweck eignet sich gemäss der Erfindung insbesondere ein Gemisch von Feldspat, Borax und Quarz mit einem geeigneten Bindemittel, z. B. Kobaltoxyd. Dieser Isolierstoff wird durch Aufspritzen auf das Geflecht aufgebracht. Tauchen in ein Bad dieses Isoliermaterials ist weniger geeignet, da in diesem Fall die Öffnungen leicht angefüllt werden. Der Schirm wird dann zur Verglasung des Isoliermittels auf einer ziemlich hohen Temperatur gebacken.
Nach dem Backen werden die im Schirm vorhandenen Öffnungen mit einer aus Silber oder sonst einem Metall und einem geeigneten Bindemittel bestehenden Pasta angefüllt. Es ist auch möglich, Silberoxyd oder sonst ein leicht reduzierbares Oxyd in das Gitter einzupressen. Dieses Oxyd wird durch Erhitzen reduziert. Bei Verwendung von Silber kann dieses oxydiert werden.
Der Schirm kann nun in der Röhre angeordnet werden. Während der Entlüftung wird eine Seite des Schirmes 34 durch Verdampfen von Cäsium oder nach einem andern Aktivierungsverfahren aktiviert.
Die Wirkung der Röhre ist folgende : Ein Bild des Gegenstandes 50 wird durch eine Linse 52 auf den Mosaikschirm (Fig. 1) projiziert, dessen Teilchen eine Ladung annehmen, die von der auffallenden Lichtmenge abhängig ist. Die dabei ausgesandten Sekundärelektronen werden von der Anode 48 aufgefangen. Der Kathodenstrahl 28 wird vom System 26 auf den Schirm konzentriert und tastet zufolge der Wirkung der Ablenkmittel 30 und 32 die Oberfläche des Mosaikschirmes ab, wobei er die positiven Ladungen der Teilchen des Schirmes neutralisiert. Etwaige durch das Auftreffen des Kathodenstrahls ausgelöste Sekundärelektronen werden von der Anode 54 aufgefangen, deren Potential etwas weniger positiv in bezug auf die Kathode ist als die Anode 48. Der Mosaikschirm kann ferner in bekannter Weise mit der Anode 54 einen Ausgangskreis bilden.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von photoaktiven mosaikartigen Schirmen, insbesondere für elektrische Entladungsröhren, wie Kathodenstrahlröhren, dadurch gekennzeichnet, dass ein feingitteriger Schirm aus Metallgeflecht oder Metallsieb gebildet, vorzugsweise geätzt wird, worauf die Drähte od. dgl. desselben mit elektrisch isolierendem Material überzogen werden und in die Öffnungen elektrisch leitendes Material eingebracht wird.
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Photoactive mosaic screen, in particular for electrical discharge tubes and processes for its
Manufacturing.
The invention relates to photoactive screens of electric discharge tubes, particularly of the cathode ray type, as used in such tubes, e.g. B. in television, can be used to convert light into electrical vibrations.
The previously known cathode ray tubes usually consist of a glass bulb, at one end of which a directly or indirectly heatable cathode is arranged. This cathode emits electrons, which are combined into a bundle by means of collecting electrodes and one or more anodes. Furthermore, electrostatic or electromagnetic deflection elements are arranged inside or outside the tube, which can deflect the electron beam by means of a suitable alternating voltage. This deflection makes it possible for the electron beam to scan any surface at the other end of the tube. This surface can consist of one or more anodes or of a fluorescent or photoactive screen. Such a photoactive screen can convert light into electrical charge.
These screens are used in particular for the transmission of television images. They usually consist of an insulating carrier that is covered on one side with a thin metal layer and on the other side with a light-sensitive material. This photosensitive material is applied in such a way that it forms a very large number of separate particles. The result is a mosaic of small light-sensitive elements. The metal layer on the other side of the screen acts as a common counter-electrode for all elements. With this layer, the elements form capacitors, each of which receives a charge that is dependent on the amount of light striking the light-sensitive element in question.
If an image is projected onto the light-sensitive screen, the various particles each receive a charge that depends on the brightness of the image at the point in question. This charge is therefore greater for a bright part of the picture than for a dark one. The charges of these particles are now balanced by the electrons of the cathode ray, which is controlled by means of the deflection plates in such a way that it scans the entire screen point by point.
Now the fullness of detail as well as the brightness depends to a large extent on the size and nature of the capacitors formed by the photoactive particles and the counter electrode.
In the operation of the tube, the individual particles of the screen have different charges, as discussed above. There can therefore be a considerable potential difference between two particles that are fairly close to one another, with the result that a secondary electron current passes from the part with higher potential to the particle with lower potential, so that the charge of the two particles experiences a change that is not of a change in light intensity.
This results in a distortion of the image and a reduction in the level of detail.
Another disadvantage with the use of such screens is that up to now the scanning by the cathode ray has been carried out on the same side on which the image is projected. In order to enable this projection, the screen must either be arranged at an angle to the tube axis or at an angle to the direction in which the image is projected. Both types of arrangement have evils. In the first type, the projected image is undistorted; however, the cathode ray hits the screen at an angle so that if the cross-section of the beam is circular, that of it on the screen
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proposed to avoid or correct these errors; however, they all require a more intricate construction of the tube.
Furthermore, these tubes have the disadvantage that the secondary electrons which are emitted by the photoactive layer when light strikes, enter the same space as the secondary electrons which are released by the cathode ray when it strikes the screen. These two secondary electron emissions therefore influence each other, which also has a negative influence on the image and the wealth of detail.
To avoid these disadvantages it has already been proposed to use a screen on one side of which the image is projected and the other side of which is scanned by the cathode ray. In this way, the secondary electrons produced by the impact of the cathode ray and the secondary electrons produced by the photoactive effect can be kept separate.
The invention now relates to such screens or television transmission tubes provided with such and to a method for producing these screens. The object of the invention is to create such a screen which has a very high sensitivity and also results in a satisfactory wealth of detail in the transmitted image and great brightness, furthermore has great insulation resistance between the mosaic particles and is also easy and inexpensive to manufacture.
This screen consists of a base electrode made of fine metal mesh or metal sieve, e.g. B. a braid with 1,600 to 16,000 meshes per cm2. With such a braid, the ratio of the free space between the wires to these is relatively small, since the wire thickness cannot be chosen too small for reasons of strength. It is also necessary to provide the braid with an insulating layer which completely envelops the wires. Since this is an ordinary
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According to the invention, the braid is previously pressed under heavy rollers, whereby the wires are partially pressed into one another.
As a result of this pressing process, the free space is reduced even more, so that an enlargement of the same is necessary, which is achieved by a suitable etching process in which the pressed screen is placed in a bath of a chemical substance attacking the material of the mesh, whereby the diameter of the Wires are made smaller and thus the free space between them is increased. After this etching process, the braid is coated with insulating material, whereupon the openings between the wires covered with insulating material are filled with silver. This silver is oxidized on one side in a known manner and then coated with a photoactive substance.
In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated schematically by an exemplary embodiment.
Fig. 1 shows partly in a perspective view and partly in section a tube with a screen according to the invention. Fig. 2 shows a part of this screen on a greatly enlarged scale.
3 shows a section along the line 111-111 in FIG. 2 and FIG. 4 shows a screen according to the invention covered with insulating material.
In FIG. 1, 10 denotes the vented glass bulb, which consists of a narrow cylindrical part 12 and an enlarged part 14 which has an end 16 which is closed off almost flat. The feed wires to the electrode system 18 arranged thereon are passed through the pinch point arranged on the part 12. The electrode system consists of an indirectly heatable cathode 22, a control electrode 24 and a first anode 26. By applying suitable potentials to the various parts, an electron beam 28 is generated which is directed from the cathode along the tube axis. By means of electrostatic or electromagnetic deflection electrodes 30 and 32, to which suitable alternating voltages are applied, it is effected that the screen arranged at the end of the tube is scanned by the electron beam.
A second anode 54, which serves to further concentrate the electron beam and to accelerate it, is provided as a conductive layer on the inner wall of the cylindrical part 14. This anode also serves to collect the secondary electrons released from the screen when the electron beam hits the screen.
As a base electrode, the mosaic screen 34 has a wire mesh which, as can be seen from FIGS. 2 and 4, consists of fine wires. These wires are covered with an insulating material 38 (FIG. 4), whereupon silver or some other easily oxidizable metal 40 is pressed into the mesh 42 of the braid. The screen is then placed in the tube by means of lead-in wires 44 and the surface 46 is activated during venting by a method known for the manufacture of photocells. On the side on which the image is projected, an auxiliary anode 48 is arranged in front of the screen 34, which anode collects the secondary electrons produced when light strikes the surface 46.
The mosaic screen 34 can be manufactured as follows. The screen or its braid is made flat, e.g. B. by pulling it under a heavy roller. Then the openings are enlarged by etching the mesh in a bath of a chemical substance. To a
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To obtain a uniform enlargement of the openings, the appropriate choice of the material of the mesh and that of the etchant is important. Furthermore, the fact must be taken into account that the insulating material to be used adheres much better to one material than to another. Suitable metals have for. B. Nickel, Monelmatell and stainless steel have been proven. A 60% solution of nitric acid in water can be used as the etching agent for nickel.
In this case, if the medical process takes place at around 300 C, the time required is around 45 seconds. With stainless steel, 35-40% aqua regia can be used at around 300. With this etching process, the material is attacked evenly, especially if a little iron dust or some other metal is added to the bath.
After etching, the screen is rinsed in an alkali bath to remove the etching material. Since a large part of the wire is removed as a result of the etching process, it is advantageous to galvanically nickel or silver the screen after the etching and rinsing. It is important to ensure that the thinnest possible layer is formed in order to prevent the openings from being filled.
The screen treated in this way is then covered with a layer of insulating material.
According to the invention, a mixture of feldspar, borax and quartz with a suitable binder, e.g. B. cobalt oxide. This insulating material is applied to the braid by spraying. Immersion in a bath of this insulating material is less suitable, since in this case the openings are easily filled. The screen is then baked at a fairly high temperature to glaze the insulating means.
After baking, the openings in the umbrella are filled with a pasta made of silver or some other metal and a suitable binding agent. It is also possible to press silver oxide or some other easily reducible oxide into the grid. This oxide is reduced by heating. When using silver, it can be oxidized.
The screen can now be placed in the tube. During the venting, one side of the screen 34 is activated by evaporation of cesium or some other activation method.
The effect of the tube is as follows: An image of the object 50 is projected through a lens 52 onto the mosaic screen (FIG. 1), the particles of which take on a charge that is dependent on the amount of incident light. The secondary electrons emitted in the process are captured by the anode 48. The cathode ray 28 is concentrated on the screen by the system 26 and, due to the action of the deflection means 30 and 32, scans the surface of the mosaic screen, neutralizing the positive charges on the particles of the screen. Any secondary electrons triggered by the impact of the cathode ray are captured by the anode 54, the potential of which is somewhat less positive with respect to the cathode than the anode 48. The mosaic screen can also form an output circle with the anode 54 in a known manner.
PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of photoactive mosaic-like screens, in particular for electrical discharge tubes such as cathode ray tubes, characterized in that a fine-mesh screen is formed from metal mesh or metal screen, preferably etched, whereupon the wires or the like with electrically insulating Material are coated and electrically conductive material is introduced into the openings.