DE1290267B - Photoelektrischer Bildschirm und elektrostatisches Aufzeichnungssystem - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf einen photoelek- Elektronen durchsetzt die Isolierschicht und die

irischen Bildschirm zur Umwandlung eines einfallen- zweite Metallschicht, wobei die Dicke dieser beiden

den Bilds aus optischer Strahlung in ein entsprechen- Schichten in Größenordnungen liegt, die der

des Bild aus freien Photoelektronen. Die Erfindung mittleren freien Weglänge der Elektronen in diesen

soll hauptsächlich im Rahmen elektrostatischer Auf- 5 Materialien vergleichbar und vorteilhaft sogar noch

Zeichnungssysteme anwendbar sein. geringer sind. Der bekannte Tunneleffekt wird im

Beispielsweise in photoelektrischen Bildaufnahme- Rahmen der Erfindung ausgenutzt, indem durch den röhren ist die Verwendung von Bildschirmen be- besonderen Aufbau der Schichtung die Elektronenkannt, die hauptsächlich aus einem Alkalimetall, emission der ersten Metallschicht von dem aufgez. B. Cäsium, bestehen. Diese Bildschirme sind hin- io strahlten Bild aus optischer Strahlung abhängig gesichtlich des aufnehmbaren optischen Spektrums macht wird.

sehr schmalbandig, da die Wellenlängen-Charakte- Vorteilhaft besteht die erste Metallschicht aus einem

ristiken vom verwendeten aktiven Metall abhängen. zu einem stabilen Oxid umwandelbaren Metall, bei-

In elektrostatischen Aufzeichnungssystemen ver- spielsweise aus Aluminium, Beryllium oder Titan, wendete Aufnahme-Bildschirme bestehen beispiels- 15 und die zweite Metallschicht aus Gold. Die Isolierweise aus photoleitendem Material, das nach gleich- schicht kann dann durch chemische Umwandlung mäßigem elektrostatischem Laden belichtet wird, auf der ersten Metallschicht hergestellt werden, wähwobei an den belichteten Stellen die elektrische La- rend die zweite Metallschicht, die beispielsweise an dung abfließt. Es ist jedoch häufig erwünscht, das einen gasgefüllten Raum anschließt, in ihrer Emiselektrostatische Bild unmittelbar auf Papier aufzu- 20 sionsfläche nicht oxydiert. Vorzugsweise beträgt die bringen, unter Umständen auch auf andere einfache Dicke der ersten Metallschicht etwa 150 A und die Isoliermaterialien, auf denen das Bild bei anschlie- der Isolierschicht und der zweiten Metallschicht je ßendem Lichtauffall nicht zerstört werden soll. Be- etwa 50 Ä. Diese Bemessung ergibt für die genannten kannte Aufzeichnungssysteme, bei denen ein Papier Materialien vorteilhafte Bedingungen für die funkbildgerecht elektrostatisch geladen wird, verwenden 25 tionsgemäße Durchlässigkeit für Strahlen bzw. Elekeine Elektronenstrahlröhre, deren Elektronenstrahl tronen.

das Bild auf eine die Stirnfläche der Röhre bildende Der erfindungsgemäße Bildschirm ist für zahl-Platte wirft, die mit zahlreichen voneinander isolier- reiche Anwendungsgebiete brauchbar, beispielsweise ten, nadeiförmigen Leitern durchsetzt ist. Diese für Bildaufnahmeröhren od. dgl., seine Vorteile tre-Leiter stehen an der Außenseite der Röhre mit dem 30 ten jedoch insbesondere bei elektrostatischen AufPapier in Berührung, das sich entsprechend dem Zeichnungssystemen in Erscheinung. Sie ist für diese Strahlstrom örtlich auflädt. Dieses Verfahren ist je- Anwendung zweckmäßigerweise so weiter ausgestaldoch höchst umständlich und eignet sich nicht für tet, daß die zweite Metallschicht mit ihrer der Isolierdas unmittelbare Aufzeichnen optisch eingefangener schicht abgewandten Seite an eine Gasschicht anBilder, sondern diese müssen erst in elektrische Bild- 35 grenzt, die auf ihrer anderen Seite von einer Ladungsröhrensignale umgewandelt werden. träger festhaltenden Aufzeichnungsplatte begrenzt ist,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hinter der eine flächige Elektrode angeordnet ist, die

einfach aufgebauten photoelektrischen Bildschirm gegen die zweite Metallschicht positiv vorgespannt

der eingangs genannten Art zu schaffen, der für ist. Die aus der zweiten Metallschicht austretenden

einen weiten Wellenlängenbereich der einfallenden 40 Elektronen werden durch das anliegende elektrische

Strahlung empfindlich ist. Feld in Richtung auf die Aufzeichnungsplatte zu be-

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch schleunigt und erzeugen dabei im Gas eine Ladungsgelöst, daß der photoelektrische Bildschirm eine trägerlawine, die den Aufzeichnungseffekt verstärkt, schichtförmige an sich bekannte Tunneldiode aus Gemäß einem häufig auftretenden Bedarf kann als einer ersten Metallschicht, einer sehr dünnen Isolier- 45 Aufzeichnungsplatte isolierendes Papier verwendet schicht und einer sehr dünnen zweiten Metallschicht werden. Für die Dicke der Gasschicht hat sich ein mit zwischen den Metallschichten anliegendem elek- Wert von etwa 100 A als zweckmäßig erwiesen,
irischem Gleichspannungsfeld mit positivem Pol an Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale einer der zweiten Metallschicht umfaßt, und daß die erste weiteren Ausbildung der Erfindung ergeben sich aus Metallschicht, die der optischen Strahlung aussetzbar 50 der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die ist, dünn und transparent ausgebildet ist. Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar

Mit diesem Bildschirm können bei geeigneter Di- zeigt

mensionierung und Wahl der Gleichspannung Licht- Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines

signale mit Wellenlängen von Ultraviolett bis Infra- erfindungsgemäßen Bildschirms,

rot in elektrische Raumladungssignale umgewandelt 55 Fig. 2 eine Spannungs-Strom-Kennlinie des erfin-

werden. Die zur Erzeugung der Photoelektronen be- dungsgemäßen Bildschirms,

nötigte Zeit ist sehr kurz und liegt in der Größen- F i g. 3 die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ordnung von 10~¹² Sek., so daß eine sehr hohe Auf- Bildschirms im Rahmen eines elektrostatischen Bildzeichnungsgeschwindigkeit erzielbar ist. Durch die aufzeichnungssystems und

Wahl der Feldstärke zwischen den Elektroden kann 60 Fig. 4a und 4b schematische Darstellungen zur

die Charakteristik des photoelektrischen Bildschirms Erläuterung der Wirkungsweise des Bildaufzeich-

verändert werden. Die Energie der Lichtsignale nungssystems nach F i g. 3.

kann niedriger sein als die Austrittsarbeit der Elek- Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform

tronen aus dem Material der zweiten, sie in den bezeichnet 1 eine Unterlage aus einem transparenten

Raum abgebenden Elektrode. 65 Material, z. B. Kristall oder Glas, und 2 eine trans-

AIs Elektronenquelle dienende Tunneldioden sind parente dünne Metallschicht, die als Basismetall

an sich bekannt (USA.-Patentschrift 3 056 073). Ein dient, eine Dicke in der Größenordnung von 150 Ä

Teil der von der ersten Metallschicht ausgehenden aufweist und auf der Unterlage 1 durch Vakuum-

beschichtung oder ein ähnliches Verfahren gebildet ist; die Metallschicht 2 besteht aus einem Metall, wie Aluminium, Beryllium oder Titanium, das in ein stabiles Oxid umgewandelt werden kann. 3 bezeichnet eine dünne Isolierschicht, beispielsweise aus Al₂O₃, die auf der Metallschicht 2 ausgebildet ist und eine Dicke von etwa 50 Ä aufweist, so daß sie von Elektronen durchtunnelt werden kann; 4 ist eine dünne Metallschicht einer Dicke in der Größenordnung von 50 Ä, die auf dem dünnen Isolierfilm 3 durch Vakuumbeschichten oder ein ähnliches Verfahren hergestellt ist und ein Material einer geringen Austrittsarbeit aufweist, und 5 bezeichnet eine Gleichspannungsquelle, die zwischen die Metallschichten 2 und 4 mit dem Pluspol an der Metallschicht 4 geschaltet ist.

Wenn bei einer Vorrichtung dieser Bauart ein Lichtsignal auf die Unterlage 1 gestrahlt wird, erreicht es die transparente dünne Metallschicht 2 und erregt diese, so daß sie einen Tunnelstrom erzeugt.

Der Tunnelstrom tritt auf Grund des von der Gleichspannungsquelle 5 erzeugten elektrischen Feldes durch die dünne Isolierschicht 3 und die dünne Metallschicht 4. Ein Teil des Tunnelstroms durchquert die Metallschicht 4 und wird nach außen angestrahlt. Die Abhängigkeit des Wertes i des abgestrahlten Stroms von der Spannung V der Gleichspannungsquelle 5 ist in F i g. 2 dargestellt. Der Strom i erhöht sich stark, wenn die Spannung über einen bestimmten Wert, beispielsweise über 7 Volt ansteigt.

Es ist daher möglich, den Strom durch Einstellen des Wertes V der Spannung auf den Zustand unmittelbar vor dem starken Anstieg des Wertes i vorzuwählen.

Wenn ein Lichtsignal an einem solchen Schwellenpunkt zugeführt wird, wirkt es als eine Art Triggersignal; die Vorrichtung spricht selbst dann kräftig an, wenn es sich um ein schwaches Lichtsignal handelt, ohne daß eine starke Abhängigkeit von der Wellenlänge der Eingangsstrahlung zu beobachten wäre.

Zur Erläuterung der Verwendung des erfindungsgemäßen Bildschirms in einem Aufzeichnungssystem sei zuerst an Hand der Fig. 4a und 4b ein Aufzeichnungssystem erläutert, dessen Bildschirm nur aus einer einfachen photoelektronenemittierenden Schicht besteht.

Auf einer Unterlage 10 aus transparentem Material ist eine Photoelektronen erzeugende dünne Metallschicht 11 einer Dicke in der Größenordnung von 100 A durch Vakuumbeschichtung aufgebracht. Sie enthält ein chemisch stabiles Material, z. B. Gold. An den Rändern der Elektronen erzeugenden dünnen Schicht ist ein Abstandsstück 12 einer Dicke der Größenordnung von 100 A aus Polytetrafluoräthylen oder ähnlichem Material angeordnet. Ein Aufzeichnungsisolierpapier 13, das der Photoelektronen erzeugenden dünnen Schicht 11 zugewandt ist, bewegt sich durch eine aus Luft oder ähnlichem Gas bestehende Gasschicht 14 einer Dicke der Größenordnung von 100 A. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine der Schicht 11 über das dazwischenliegende Isolierpapier 13 zugewandte Kupferelektrode und 16 eine Gleichspannungsquelle mit einer Klemmenspannung von etwa 500 Volt, die mit ihrem Minuspol mit der dünnen Schicht 11 und mit ihrem Pluspol mit der Kupferelektrode 15 verbunden ist.

Ein auftreffendes Lichtsignal tritt durch die Unterlage 10 hindurch, erreicht den dünnen Film 11 und erzeugt in ihm durch die Energieübertragung Photoelektronen 17 (Fig. 4b). Die erzeugten Photoelektronen werden durch das von der Gleichspannungsquelle 16 erzeugte starke elektrische Feld in Richtung auf die Kupferelektrode 15 beschleunigt, treffen auf das davorliegende Isolierpapier 13 auf und werden darauf abgelagert, und auf diese Weise erhält man ein dem auf die Unterlage 10 gestrahlten Lichtsignal entsprechendes elektrostatisches Speicherbild auf dem

ίο Isolierpapier 13. Die aus der Photoelektronen erzeugenden dünnen Schicht 11 ausgetretenen Photoelektronen 17 stoßen mit den in der Gasschicht 14 vorhandenen Gasteilchen 18 zusammen, wie in Fig. 4b dargestellt, und ionisieren diese Gasteilchen 18, so daß mit Hilfe des Lawinenphänomens eine Verstärkungswirkung durch das Gas eintritt. Die Schicht 11 ist der Gasschicht 14 direkt ausgesetzt und muß deshalb aus einem chemisch stabilen Material, wie Gold oder Platin, bestehen; ferner ist es notwendig, daß die Lichtenergie des Lichtsignals, das die Schicht 11 erreichen soll, größer ist als die Austrittsarbeit der Elektronen beim Material dieser Schicht. Um diese beiden Bedingungen zu erfüllen, muß die Wellenlänge des Lichtsignals klein sein. So ist es beispielsweise bei Verwendung von Gold, das chemisch stabil ist, als Material für die Schicht 11 notwendig, einen Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge der Größenordnung von 200 Ä zu verwenden, da die Austrittsarbeit bei Gold 4,75 eV beträgt. Eine Breitbandauf- zeichnung ist somit nicht möglich.

Diese Beschränkung kann durch die Verwendung des erfindungsgemäßen photoelektrischen Bildschirms behoben werden, die das Aufzeichnen von Breitbandlichtsignalen von Ultraviolett bis Infrarot erlaubt.

Im elektrostatischen Aufzeichnungssystem gemäß F i g. 3 bezeichnet Bezugszeichen 19 eine Unterlage eines transparenten Materials und 20 eine transparente dünne Metallschicht, die als Basisnietall dient und die eine Dicke der Größenordnung von 150 A aufweist; sie ist auf der Oberfläche der Unterlage 19 durch Vakuumbeschichtung aufgebracht und besteht aus einem zu stabilem Oxid verarbeitbaren Metall, z. B. Aluminium, Beryllium oder Titan. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine isolierende dünne Schicht, beispielsweise aus Al₂O₃, die auf der Oberfläche der Metallschicht 20 ausgebildet ist und eine Dicke von beispielsweise 50 Ä aufweist, so daß sie von den Elektronen durchtunnelt werden kann. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine dünne Metallschicht einer Dicke der Größenordnung von 5OA, die beispielsweise durch Vakuumbeschichten auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 21 gebildet ist und aus einem chemisch stabilen Material, z. B. Gold, besteht, das eine geringe Austrittsarbeit hat. Bezugszeichen 23 bezeichnet eine beispielsweise aus Kupfer hergestellte Elektrode, die der dünnen Metallschicht 22 über eine dazwischen befindliche, etwa 100 A dicke Gasschicht 24, z. B. aus Luft, zugewandt ist. Bezugszeichen 25 bezeichnet ein isolierendes Aufzeichnungspapier, das, der dünnen Metallschicht 22 zugewandt, vor der Elektrode 23 angeordnet ist und sich weiterbewegt. Bezugszeichen 26 bezeichnet eine Gleichspannungsquelle mit 5 bis 10 Volt, die zwischen die Metall- schichten 20 und 22 geschaltet ist. Schließlich bezeichnet 27 eine Gleichspannungsquelle mit einer Klemmenspannung von etwa 500 Volt, die zwischen die dünne Metallschicht 22 und die Elektrode 23 ge-

schaltet ist, wobei die der Elektrode 23 zugewandte Seite positiv ist.

Wenn die Unterlage 19 mit einem Lichtsignal bestrahlt wird, erreicht dieses Lichtsignal die transparente dünne Metallschicht 20 und erregt sie, wodurch ein Tunnelstrom erzeugt wird.

Mit Hilfe des von der Gleichspannungsquelle 26 erzeugten elektrischen Feldes fließt der Tunnelstrom durch die isolierende Schicht 21 und weiter durch die dünne Metallschicht 22; ein Teil der Elektronen tritt in die Gasschicht 24 aus. Der Wert i des ausgetretenen Stroms verhält sich zur Spannung V der Gleichspannungsquelle 26 so, wie in F i g. 2 dargestellt, d. h., er steigt scharf an, wenn sich die Spannung über einen gewissen Wert, beispielsweise 7 Volt, erhöht. Die durch die Tunnelemission von der Metallschicht 22 austretenden Elektronen werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 4a erläutert wurde, von dem durch die Gleichspannungsquelle 27 erzeugten elektrischen Feld durch die Gasschicht 24 hindurch zur Seite der Elektrode 23 geführt. Dadurch werden sie auf dem Aufzeichnungspapier 25 vor der Elektrode 23 abgelagert, und es ergibt sich die gewünschte elektrostatische Aufzeichnung.

Die Spannung der Gleichspannungsquelle 26 wird so eingestellt, daß der Wert i des durch die Tunnelemission bewirkten elektrischen Stroms auf dem Stand unmittelbar vor Eintreten des scharfen Ansteigens gehalten wird. Dadurch übernimmt das Lichtsignal die Rolle eines Triggersignals, und der Strom i steigt nur dann steil auf einen höheren als der kritischen Spannung entsprechenden Wert an, wenn ein Lichtsignal einfällt. Damit ist ein zufriedenstellendes Ansprechen auch bei sehr geringem Lichteinfall erzielt, und die Wellenlänge des Eingangslichtsignals kann in weiten Grenzen von Ultraviolett bis Infrarot schwanken.

Claims (8)

Patentansprüche: 40

1. Photoelektrischer Bildschirm zur Umwandlung eines einfallenden Bilds aus optischer Strahlung in ein entsprechendes Bild aus freien Photoelektronen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine schichtförmige, an sich bekannte Tunneldiode aus einer ersten Metallschicht (2, 20), einer sehr dünnen Isolierschicht (3, 21) und einer sehr dünnen zweiten Metallschicht (4, 22) mit zwischen den Metallschichten anliegendem elektrischem Gleichspannungsfeld mit positivem Pol an der zweiten Metallschicht (4,22) umfaßt, und daß die erste Metallschicht (2, 20), die der optischen Strahlung aussetzbar ist, dünn und transparent ausgebildet ist.

2. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (2, 20) aus einem zu einem stabilen Oxid verarbeitbaren Metall, beispielsweise Aluminium, Beryllium oder Titan, und die zweite Metallschicht (4, 22) aus Gold besteht.

3. Bildschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Metallschicht (2, 20) etwa 150 A und diejenige der Isolierschicht (3, 21) und der zweiten Metallschicht (4, 22) je etwa 50 Ä beträgt.

4. Bildschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das elektrische Gleichspannungsfeld zwischen der ersten (20) und der zweiten (22) Metallschicht erzeugende Gleichspannung zur Steuerung der Menge der bei Belichtung der ersten Metallschicht (20) aus der zweiten Metallschicht (22) austretenden Elektronen einstellbar ist.

5. Verwendung eines Bildschirms nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem elektrostatischen Aufzeichnungssystem.

6. Aufzeichnungssystem mit einem Bildschirm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (22) mit ihrer der Isolierschicht (21) abgewandten Seite an eine Gasschicht (24) angrenzt, die auf ihrer anderen Seite von einer Ladungsträger festhaltenden Aufzeichnungsplatte (25) begrenzt ist, hinter der eine flächige Elektrode (23) angeordnet ist, die gegen die zweite Metallschicht (22) positiv vorgespannt ist.

7. Aufzeichnungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsplatte (25) Isolierpapier ist.

8. Aufzeichnungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasschicht (24) etwa 100 Ä dick ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen