DE1063203B - Speicherelektrode fuer Elektronenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Speicherelektrode für Kathodenstrahlröhren, insbesondere für Superorthikon-Bildaufnahmeröhren, bei der durch auftreffende Elektronen ein Ladungsbild infolge Sekundärelektronenemission auf eine Speichermembran geschrieben wird.

In einer unter dem Namen »Image-Orthikon« bekannten Fernsehkamera besteht die Speicherelektrode aus einer dünnen Glasmembran und einem dicht daneben angebrachten Metallnetz. Sowohl das Gitter als auch die Membran sind an ihrem Umfang trommelfellartig aufgespannt. Speicherelektroden dieser Art zeigen nach einer bestimmten Gebrauchszeit ein Anwachsen ihres spezifischen Widerstandes, beispielsweise nach einem Betrieb von mehreren hundert Stunden. Dieses Anwachsen des inneren Widerstandes wird auf die fortschreitende Erschöpfung der beweglichen Ionen zurückgeführt, im allgemeinen auf die Natriumionen, die für den elektrischen Transport von einer Oberfläche der Glasmembran zu der anderen verantwortlich sind. Diese Erscheinung macht sich in einem Nachbild bemerkbar. Das Bild bleibt auf der Elektrode über mehrere Perioden erhalten und überlagert sich späteren Bildern. Die oben beschriebene bekannte Anordnung ist außerdem nicht sehr fest und neigt daher zu Mikrophonieeffekten.

Es ist bereits bekannt, als Material für die Speichermembran Magnesiumoxyd zu verwenden. Bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch das Magnesiumoxyd auf eine Metallschicht aufgebracht. Da bei der bekannten Anordnung die Magnesiumoxydmembran nicht frei tragend ausgebildet ist, müssen dort auch keine besonderen Mittel vorgesehen sein, die einer Versteifung der Anordnung dienen.

Es ist weiter bekannt, eine Speicherelektrode in der Weise herzustellen, daß man ein Metallgitter auf einer Seite emailliert. Da die Drähte des Metallgitters zwecks Vermeidung einer Vibration einen bestimmten Mindestdurchmesser besitzen müssen, ist die Anzahl der Maschen, die man auf einen bestimmten Flächenabschnitt des Gitters unterbringen kann, sehr begrenzt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speicherelektrode vorzusehen, bei der die oben beschriebenen Nachteile nicht auftreten.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Speicherelektrode aus einem versteifenden Glasnetz besteht, auf dessen einer Seite sich ein Metallgitter und auf dessen anderer Seite sich eine halbleitende Speichermembran befindet.

Nach einer bevorzugten Anordnung der vorliegenden Erfindung wird eine dünne transparente, aus Magnesiumoxyd bestehende Membran und das leitende Gitter an gegenüberliegenden Seiten einer verhältnismäßig starren Glasnetzanordnung, die eine große Speicherelektrode
für Elektronenstrahlröhre

Anmelder:

General Electric Company,
Sctienectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Dezember 1956

Rowland Wells Redington, Schenectady, N. Y.,

Harold Ransom Day jun., Ballston Lake, N. Y,,

und Peter Wargo, Schenectady, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Anzahl von dicht beieinanderliegenden Öffnungen, die im allgemeinen rechtwinklig zur Membran stehen, besitzt, gehalten. Das Magnesiumoxyd stellt man vorteilhaft in der Weise her, indem man eine auf eine flüchtige Trägerschicht aufgedampfte dünne metallische Magnesiumschicht reduziert. Diese Anordnung ist mechanisch sehr stabil und verhältnismäßig über längere Betriebszeit hinweg in ihren elektrischen Eigenschaften konstant. Man nimmt an, daß die Leitfähigkeit in Richtung quer zu den gegenüberliegenden Oberflächen der Magnesiumoxydmembran hauptsächlich von dem Transport der Elektronen und nicht von dem Ionentransport herrührt. Daher tritt kein Verlust von nützlichen Elektronen in der Membran nach langer Betriebszeit, der von der Abnahme der beweglichen Ionen in der Glasmembran herrühren könnte, auf. Beim Betrieb wird unter der Einwirkung von auftreffenden Elektronen der Fotokathode ein Ladungsmuster auf die Magnesiumoxydschicht durch die Sekundärelektronen, die von der Schicht ausgesandt werden, aufgebracht. Da Magnesiumoxydfilme eine hohe Anzahl von Sekundärelektronen abgeben, erhält man eine hohe Empfindlichkeit der Speicherelektrode.

An Hand der Zeichnungen (Fig. 1 bis 5) wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben.

Wie am besten in Fig. 3 zu sehen, enthält die erfindungsgemäße Speicherelektrode einen starren Isolierträger in Form eines Glasnetzes 1. Auf der einen Seite

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dieses Glasnetzes ist eine Transparentmembran 2 aus Magnesiumoxyd befestigt, die die eigentliche Speicherelektrode darstellt. Auf der anderen Seite des Glasnetzes 1 befindet sich ein leitendes Gitter, die Kollektorelektrode 3. Das Glasnetz 1 kann ungefähr 16 bis 500 öffnungen pro mm² besitzen. In dem speziellen, hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat sich ein Netz mit 130 öffnungen pro mm² als nützlich erwiesen. Die Durchmesser dieser öffnungen sind ungefähr 0,05 mm groß und die trennenden Stege ungefähr 0.025 mm stark. Das Netz ist in seiner gebrauchsfertigen Form ungefähr 0,125 mm stark, so daß das Trägergitter 5/2mal so stark ist als die Durchmesser der Öffnungen.

Man erhält für eine gegebene Speichermembran eine gewünschte Zeitkonstante durch die Wahl eines geeigneten Abstandes zwischen der Speichermembran und den anschließenden Oberflächen der Gitterelektrode 3. Diesen Abstand stellt man nach einer erfindungsgemäß bevorzugten Methode ein, indem man das Metall der Gitterelektrode direkt auf das Glasnetz aufdampft, so daß dadurch ein vorbestimmter Abstand der Glasmembran 2 definiert wird. Das direkte Aufdampfen ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die Richtung der sich niederschlagenden Metalldampfteilchen ist durch punktierte Linien dargestellt und wird so gewählt, daß man den gewünschten Abstand 4 erhält. In der gleichen Anordnung beträgt dieser Abstand ungefähr 0,05 mm. Wenn das Glasnetz beispielsweise nur 0,05 mm stark ist, so ist es einleuchtend, daß die Metallgitterelektrode nicht unbedingt in das Glasnetz hineinragen muß, sondern daß sie nur auf die der Magnesiumoxydschicht entgegengesetzte Seite des Glasnetzes aufgebracht werden kann. Für dieses Metallgitter kann irgendein übliches Metall verwendet werden, aber es hat sich gezeigt, daß Gold oder Silber besonders gut aufdampfbar ist und besonders gut an dem Glasträger haftet.

Die Magnesiumoxydmembran 2 wird dann zur Vervollständigung der Elektrode aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung der dünnen Magnesiumoxydfilme auf der der Elektrode 3 entgegengesetzten Seite des Glasnetzes wird diese Seite des Glasnetzes zuerst mit einem dünnen Zwischenfilm versehen, welcher dann durch nachfolgende Aufheizung entfernt werden kann. Eine gebräuchliche dünne Schicht von Nitrozellulose, in Fig. 5 mit 5 bezeichnet, wird hergestellt, indem man auf eine Wasseroberfläche eine geringe Menge einer organischen Lösung, z. B. in Amylacetat gelöste Nitrozellulose, tropfen läßt. Diese Lösung breitet sich infolge der Oberflächenspannung und der Lösungsdämpfe als dünner Film aus und verbleibt schließlich auf der Wasseroberfläche als dünner Kunststoffilm. Das Netz, welches sich entweder vor der Herstellung des Films im Wasser befindet oder nachher neben dem Film in das Wasser unter den Film gebracht wird, wird dann vorsichtig aus dem Wasser herausgehoben, so daß sich der Film auf die Oberfläche des Netzes auflegt.

Nachdem dieser Film vollständig getrocknet ist, wird das Netz in einen Verdampfer eingebracht und auf den Plastikfilm eine dünne Magnesiumschicht 6 (Fig. 5) aufgedampft. Die Dicke des Magnesiumfilms richtet sich nach den gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Speicherelektrode. In einer besonderen Ausführungsform besitzt der Film eine Stärke von ungefähr 50 πιμ. In diesem Zustand wird die in Fig. 5 gezeigte Anordnung in einen Ofen eingebracht und etwa 5 Stunden lang einer Temperatur von ungefähr 400° C bei Luftgegenwart ausgesetzt. Durch diesen Prozeß wird der Nitrozellulosefilm zersetzt und verflüchtigt, so daß er vollständig verschwindet, und außerdem wird das Magnesium oxydiert, so daß sich eine feine transparente Magnesiumoxydmembran bildet. Mit einer Magnesiumoxydfilmstärke von 50 ιημ erhält man eine Zeitkonstante der Speicherelektrode, die nahezu die gleiche ist wie die einer bislang gebräuchlichen Glasspeicherelektrode. Sie ist ausreichend für ein Wiedergabeverhältnis von 30 Rastern pro Sekunde, wie es in der Fernsehtechnik gebräuchlich ist. Die Zeitkonstante nimmt mit zunehmender Magnesiumoxydfilmstärke

*5 zu, und ein Signalspeicher würde dann eine Magnesiumoxydfilmstärke von mehreren 100 πιμ benötigen. Das nach diesem Verfahren hergestellte Oxyd hat glasähnliches Aussehen und ist gleichartig im Vergleich mit den in Elektronenröhren oft benutzten puderförmigen Magnesiumoxydfilmen. Die erfindungsgemäß hergestellten Magnesiumoxydfilme sind selbsttragend in dem Sinne, daß, wenn sie an zwei Enden befestigt werden, sie auf beiden Seiten zur Aufnahme von Elektronen geeignet sind. Sie ergeben also eine

as doppelseitige Speicheranordnung. Wenn man dickere Speicherelektroden benötigt, so kann man mehrere übereinanderliegende Magnesiumoxydfilme verwenden.

Wenn auch in der bevorzugten Ausführungsform

die Magnesiumoxydmembranen zusammen mit einer verhältnismäßig starren Trägeranordnung, z. B. dem Glasnetz 1, verwendet werden, so ist einleuchtend, daß auf breitere Sicht hin die Magnesiumoxydmembranen auch in der Form der bisher üblichen Speicherelekroden verwendet werden können. In diesem Falle jedoch sind die unerwünscht auftretenden Mikrophonieeffekte nicht vermieden.

Selbstverständlich kann an Stelle der Magnesiumoxydmembran auch eine bekannte Glasmembran auf das Glasnetz 1 aufgebracht werden. Die Glasmembran kann z. B. aus Natronkalkglas hoher Güte mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10¹¹ Qcm, wie es unter dem Namen »Corning Glas Nr. 0083« bekannt ist, bestehen. Zweckmäßigerweise wird man eine solche Glasmembran dann direkt auf das Glasnetz 1 aufschmelzen, z. B. indem man das Glasnetz und die Glasmembran ungefähr 1 Stunde lang zwischen zwei Graphitplatten auf ungefähr 575° C erhitzt. Diese Speicherelektrode wird dann zwar in bezug auf Mikrophonieeffekte günstig sein, jedoch über eine längere Betriebszeit hin in ihren spezifischen Eigenschaften nicht so konstant sein wie eine Speicherelektrode mit Magnesiumoxydmembran.

Die Speicherelektrode der Fig. 3 wird in Fig. 2 an ihren äußeren Rändern zwischen den Ringen 7 und 8 gehalten und besitzt einen sich nach links erstreckenden Flansch. Die Anordnung ist gegen einen eingestülpten Flansch 9 einer zylindrischen Gitterträgerelektrode 10 mit Hilfe von mehreren Metallhaken 11 geklemmt. Diese Metallhaken berühren den Flansch bei 8 und werden an dem eingestülpten Flansch 9 mit Hilfe üblicher Halterungsbolzen oder Schrauben 12 gehalten. Die Speicherelektrode wird auf der den öffnungen abgekehrten Seite in einem zylindrischen Flansch 13 gehalten, der zusammen mit dem Flansch 9 aus einem Stück besteht und gleichzeitig einen Teil der Elektrode 10 bildet. Diese Elektrode bildet einen Teil einer Anordnung, die eine Beschleunigungsgitterelektrode 14 und eine Verzögerungsgitterelektrode 16 enthält. Diese drei Elektroden werden in entsprechendem Abstand voneinander gehalten durch Keramik-

stäbe 17, die mit Zwischenräumen am Umfang der Elektroden durch übliche Klammern 18 befestigt sind. Diese Anordnung ist in einer verkleinerten Abbildung (Fig. 1) in einer Röhre mit einer Beschleunigungselektrode 14, die dicht neben der als Quelle für Fotoelektronen wirkenden Fotokathode 19 angebracht ist, enthalten. Die Fotoelektronen werden gegen die Speicherelektrode hin beschleunigt und bilden darauf ein Ladungsmuster in Übereinstimmung mit dem auf die Fotokathode fallenden Bild. An dem entgegengesetzten Ende der Röhre befinden sich die Elektronenkanone und ein Elektronenvervielfacher, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Elektronenkanone, die den Abtaststrahl erzeugt, ist lediglich als hohle zylindrische Gitterelektrode 20 dargestellt. Diese Gitterelektrode 20 besitzt in der schirmseitigen Stirnwand eine kleine, etwa 0,05 mm große Bohrung 21 zur Erzeugung eines sehr dünnen Abtaststrahles. Diese die öffnung umgebende Stirnseite bildet gleichzeitig die erste Dynode eines Elektronenvervielfältigers.

Eine zylindrische Elektrode, die als metallischer Niederschlag 22 auf dem Röhrenhals aufgebracht sein kann, dient zur Fokussierung des Abtaststrahles, und mit Hilfe der Feldsteuerelektrode 16, die üblicherweise als Verzögerungselektrode bezeichnet wird, werden die Elektronen vor der Speicherplatte verlangsamt. Es ist für einen Fachmann einleuchtend, daß die ganze Röhre in ein übliches kollimierendes magnetisches Feld gebracht werden muß. Dieses Feld kann beispielsweise eine Stärke von 75 Gauß besitzen. Die Elektronen des Abtaststrahles werden in Abhängigkeit von der Ladung oder dem projizierten Muster von der Speicherelektrode aufgenommen, so daß sich die Zahl der zurückkehrenden Elektronen, also der ursprünglichen Strahlelektronen, abzüglich der aufgenommenen Elektronen, in Abhängigkeit von dem Ladungsmuster auf der Speicherelektrode 2 ändert. Diese Elektronen gehen nicht mehr durch die öffnung 21 hindurch, sondern treffen hauptsächlich auf die die Öffnung umgebende Platte auf, die als guter Sekundärelektronenemitter ausgebildet ist, so daß dort eine Vervielfältigung der von der Speicherelektrode zurückkehrenden Elektronen stattfindet.

Eine im allgemeinen zylindrische Fokussierelektrode23 für das Elektronenvervielfältigergebiet der Röhre wird nahe dem Ende der Elektrode 20 befestigt. Sie besitzt von der Elektrode 20 einen Abstand und liegt zwischen dieser und der Strahlfokussierelektrode 22.

Die Elektroden 24 bis 27 bilden noch mehrere Stufen von Elektronenvervielfachern. Der verstärkte Elektronenstrom wird von der Anode 28 des Elektronenvervielfältigers aufgenommen und erzeugt an dem Widerstand 29 ein Signal, das mit dem Ladungsmuster auf der Membran 2 übereinstimmt. In Fig. 1 der Zeichnung sind übliche Gleichspannungen für die einzelnen Elektroden angegeben. Diese Spannungen beziehen sich auf die Kathode und können natürlich von den angegebenen Werten abweichen.

Wenn die Speicherelektrode von einem Elektrodenstrahl abgetastet wird, erzeugt die Änderung des Stromes, der von der Anode 28 aufgenommen wird, ein zeitlich variierendes Signal in Abhängigkeit von dem Ladungsmuster auf der Speicherelektrode. Die Zeitkonstante der Membran bestimmt die Abtastfolge, bei welcher die Anordnung arbeitet, da es wichtig ist, daß die zurückbleibende Ladung einer Periode bis zur nächsten so klein ist, daß keine Überlagerung der Ladungen der einzelnen Bilder stattfindet. Der beschriebene Aufbau und die Wirkungsweise der »Image-Orthikon«-Aufnahmeröhre sind an sich bekannt.

Bei Verwendung eines Magnesiumoxydfilms bleiben die elektrischen Eigenschaften während der Lebenszeit der Membran nahezu konstant. Die durch die Erschöpfung der beweglichen Ionen in einer Glas-

membran auftretenden Schwierigkeiten sind ausgeschaltet. Die Magnesiumoxydschicht stellt ebenfalls eine Speichermembran dar, die auf beiden Seiten von Elektronen beaufschlagt werden kann, und sie ist empfindlicher als eine Glasmembran, da sie ein besse-

rer Sekundärelektronenemitter ist. Die erfindungsgemäße Anordnung stellt außerdem infolge der Versteifung durch das Glasnetz eine verhältnismäßig starre Speicherelektrode dar, so daß das Auftreten von Mikrophonieeffekten infolge mechanischer Schwin-

gungen nahezu vollständig ausgeschaltet ist.

Wenn auch im vorangegangenen eine bestimmte Ausführung der Erfindung beschrieben wurde, so ist es einleuchtend, daß ohne weiteres Abänderungen möglich sind, ohne daß man sich aus dem Rahmen

der Erfindung entfernt, und deshalb sollen in diese Erfindung solche Abänderungen hineinfallen, die innerhalb des wahren Rahmens der Erfindung liegen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrostatische Speicherelektrode für Kathodenstrahlröhren, insbesondere für Superorthikon-Bildaufnahmeröhren, bei der durch auf treffende Elektronen ein Ladungsbild infolge Sekundärelektronenemission auf eine Speichermembran geschrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelektrode aus einem versteifenden Glasnetz besteht, auf dessen einer Seite sich ein Metallgitter und auf dessen anderer Seite sich

eine halbleitende Speichermembran befindet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Glasnetzes größer ist als die Durchmesser der darin befindlichen öffnungen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Metallgitter direkt auf das Glasnetz aufgebracht ist, beispielsweise durch Aufdampfen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermembran

aus einer Natronkalkglasmembran hoher Güte besteht, die direkt auf das Glasnetz aufgeschmolzen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermembran aus Magnesiumoxyd besteht.

6. Verfahren zur Herstellung einer Speicherelektrode nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf das Glasnetz ein

Zwischenfilm aufgebracht wird, dann auf diesen Zwischenfilm eine Magnesiumschicht aufgedampft wird und anschließend durch Erhitzen der Zwischenfilm verdampft und die Magnesiummembran zu einer Magnesiumoxydmembran oxydiert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 941 545;
britische Patentschrift Nr. 620 836.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen