DE1639235A1

DE1639235A1 - Elektronenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1639235A1
Application number: DE1968F0054865
Authority: DE
Inventors: Basov Nikolaj Genadijevic; Nasibov Aleksandr Sergejevic; Bogdankevic Oleg Vladimirovic
Original assignee: FIZICHESKY INST IM LEBEDEVA
Current assignee: FIZICHESKY INST IM LEBEDEVA
Priority date: 1967-02-20
Filing date: 1968-02-20
Publication date: 1970-05-21
Also published as: US3558956A; NL6802411A; AT281140B; FR1571368A; DE1639235C3; DE1639235B2

Description

Patentanwälte

(SPOÜ Munch· n 22
Zwetbrüdcensir* 6

Fiziceskij institut imeni Lebedeva 20. Februar 1968

Moskau / XTdSSR Ί3ρ/Ιϊμ.

P 21 ?42

Elektronenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft Elektronenstrahlröhren und kann im Fernsehen, z.B. im Farbfernsehen, in der Qszillqgraphie sowie in Eechenanlagen verwendet weiden.

Es sind Elektronenstrahlröhren bekannt, die einen evakuierten Kolben aufweisen, in dem eine Elektronenkanone angeordnet ist. Der Elektronenstrahl diesel? Kanone wird mittels eines Ablenksystems auf einen mit einem leuchtstoff beschichteten Schirm gerichtet, in dem die Energie der Elektronen in Lichtenergie umgewandelt wird.

Wegen der diffusen Divergenz der Lichtstrahlung der Leuchtpunkte des Schirmes weisen diese Röhren nur eine begrenzte Helligkeit des Bildes auf. Dies führt zur Notwendigkeit, ■=. bei weiterer Bildübertragung sehr lichtstarke optische Systeme anzuwenden. »

Der Erfindung liegt die "Aufgäbe zugrunde,_ eine Elektronenstrahlröhre anzugeben, deren Leuchtschirm hohe Helligkeit

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des Bildes und geringe Divergenz des Lichtstromes sicherstellt.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektronenstrahlröhre, in deren evakuiertem Kolben ein Elektronenstrahl von mindestens einer Elektronenkanone mittels Ablenksystem auf den Leuchtschirm gerichtet ist, v/o die Energie der Elektronen in Lichtenergie umgewandelt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schirm zugerzeugung und Verstärkung von Licht-P strahlen mit Hilfe des Elektronenstrahles einen auf seiner Innenseite aufgetragenen Halbleiterfilm aufweist, der mit Hilfe zweier Spiegelflächen einen optischen Resonator bildet, deren eine die Oberfläche des Filmes bildet,die dem Elektronenstrahl innerhalb des Kolbens zugewandt ist.

Je nach der gewünschten Bildfarbe ist der Film vorteilhaft aus einem der folgenden Halbleiterwerkstoffe hergestellt: Galliumarsenid für infrarote Strahlung, Galliumarsenphosphid für rot-gelbe Strahlung, Zinkselenid für blaue Strahlung, Kadmiumselenid für orangefarbene Strahlung, Kadmiumsulfid für grüne Strahlung und Zinksulfid für ultraviolette Strahlung.

In einigen Fällen, z.B. für das Farbfernsehen, enthält der Halbleiterfilm des Schirmes insbesondere gebietsweise verschiedene Halbleiterwerkstoffe, was ein Farbmosaik ergibt.

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Der Schirm, auf den der Halbleiterfilm aufgetragen ist, ist vorteilhaft lichtdurchlässig ausgeführt, wobei der Resonator durch die Fläche des Films auf die der Elektronenstrahl trifft, und die Außenfläche des Schirmes bezogen auf den evakuierten Kolben gebildet wird.

Zur Verminderung der Divergenz der Lichtstrahlung des Schirmes ist der Resonator vorteilhaft verlängert, indem er durch die Fläche des Filmes, auf die der Elektronenstrahl trifft, und einen Spiegel gebildet wird, der in einiger Entfernung vom Schirm außerhalb des Kolbens angeordnet ist.

Der Halbleiterfilm und der Schirm sind bei einer bevorzugten Ausführungsform als planparallele Platte ausgebildet.

Eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre gewährleistet mit Hilfe des Resonators eine hohe Bildhelligkeit. Während z.B. in den bekannten Bildröhren die Lichtaussendung unter einem Raumwinkel von 2fj erfolgt, kann der Divergenzwinkel unter Verwendung der Erfindung auf 2 bis 5° reduziert werden, was die Intensität des Lichtstroms vom Schirm um das 10² bis 1O⁵-fache erhöht.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

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Fig. 1 eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre,

in der der Halbleiterfilm des Schirmes in Form einer planparallelen Platte ausgeführt ist}

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Elektronenstrahlröhre, deren Resonator durch Spiegelflächen des Halbleiterfilmes und des Schirmes gebildet ist}

Fig. 3 einen Mosaikschirm einer Elektronenstrahlröhre.

fe Die Elektronenstrahlröhre (Fig. 1) hat einen evakuierten Kolben 1, in dem eine Elektronenkanone 2 und ein Ablenksystem 3 für den Elektronenstrahl 4 angeordnet sind. Der Schirm der Elektronenstrahlröhre weist eine aus einem Halbleiterfilm hergestellte planparallele Platte 5 auf, wobei der Halbleiter auf den Schirm 6 aufgetragen ist. Die Fläche 7» auf die der Elektronenstrahl 4- einfällt, sowie die Fläche der Platte 5 sind stark verspiegelt ausgeführt und bilden einen optischen Resonator, während der Halbleiterfilm ein aktives Material darstellt, das unter Einwirkung von Elek-

™ tronen zur Ausstrahlung befähigt wird. Der Resonator und die Platte bilden einen Halbleiter-Laser.

Die Strahlung vom Bildschirm kann in Richtung des einfallenden Elektronenstrahles wie auch in entgegengesetzter Richtung erhalten werden. Im ersten Fall ist der Schirm aus einem Werkstoff hergestellt, der für die zu erzeugende Lichtstrahlung

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durchlässig ist. In Pig. 2 ist eine derartige Röhre dargestellt. Die Strahlung der Röhre nach lig. 1 ist entgegengesetzt gerichtet.

Der Halbleiterfilm kann aus jedem beliebigen Halbleiterwerkstoff hergestellt sein, der imstande ist, unter Einwirkung von Elektronen eine Lichtstrahlung zu induzieren und zu verstärken wie z.B. Galliumarsenid, GalliumarserpIiagDhid, Zinkselenid, Kadmiumselenid, Kadmiumsulfid und Zinksulfid.

Derartige Elektronenstrahlröhren arbeiten folgendermaßen: Ein scharf gebündelter Elektronenstrahl 4, dessen Energie ' und Dichte ausreichen, um in dem Halbleiterfilm eine Inversion von Elektronentermen auszulösen, und der den für die Lichterzeugung erforderlichen Verstärkerfaktor sicherstellt, tastet die Oberfläche des Halbleiterfilmes ab. Der so erregte Halbleiterfilm stellt das aktive Material des Lasers dar.

Infolge einer Eiwärmung des aktiven !Films im Bereich der Eindringtiefe des Elektronenstrahls, der Coulombsehen Wechselwirkung der verschiedenen Ladungsträger untereinander, der Polarisation des Halbleitergitters oder der Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Ladungsträgern und Phononen, übersteigt die Wellenlänge der erzeugten Strahlung die Eigenabsorptionskante, weshalb sich die nicht erregten Gebiete des Filmes für die erzeugte Strahlung als durchsichtig

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erweisen und im Resonator keine nennenswerten Verluste selbst in dem Fall verjriurSachen, daß die Eindringtiefe der Elektronen in den Halbleiter kleiner ist als die IPilmstärke. Das Vorhandensein einer Rückkopplung infolge Lichtreflexion von den Flächen 7 und 8 der Platte 5 löst eine Erzeugung von Strahlung senkrecht zu diesen Flächen aus.

Zur Verbesserung der Güte des Resonators sind auf die Flächen 7 und 8 der Platte 5 reflektierende Überzüge (in den Zeichnungen nicht dargestellt) aufgetragen, wobei der auf die Fläche des Films aufgetragene Überzug, der den Elektronenstrahl aufnimmt, das Licht vollständig reflektiert, während der auf die Gegenfläche aufgetragene Überzug dieses teilweise durchläßt.

In diesem Fall fällt die Leichtrichtung der Bildröhre mit der Elektronenstrahlrichtung zusammen, wie dies in den bekannten Bildröhren der Fall ist.

Zur Vergrößerung der Richtwirkung der Lichtstrahlung sind reflektierende Überzüge 9 und 10 (Fig. 2) auf die Fläche 7' der Platte 5 aus Halbleitermaterial und auf die Außenfläche 11 des Schirmes 6 aufgetragen. In dieser Ausführung arbeitet der Lichtschirm dem obenbeschriebenen ähnlich und stellt einen Halbleiter-Laser mit einem Außfispiegel dar.

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Eine Vergrößerung der Richtwirkung kann ebenfalls erreicht, werden, wenn man vor dem durchsichtigen Schirm von der Außenseite des evakuierten Kolbens eine Spiegelplatte anordnet, die zusammen mit dem Halbleiterfilm einen Resonator bildet.

Der Lichtschirm aus Fig. 3 ißt zur Verwendung im Farbfernsehen vorgesehen. Er weist einen Halbleiterfilm auf, dessen Gebiete 12, 15, und 14 aus verschiedenen Halbleitermaterialien hergestellt sind, die eine Strahlung verschiedener Wellenlänge erzeugen. Dabei enthält die Elektronenstrahlröhre drei Elektronenkanonen (in Fig. 3 nicht dargestellt)-, deren Elektronenstrahl je auf ein zugehöriges Gebiet des Halbleiterfilms vom Schirm einfällt. Die Verteilung der Elektronenstrahlen kann mittels Aperturmasken wie in einer normalen Farbfernsehbildröhre realisiert werden.

Die erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre gestattet es, die Schirmhelligkeit wesentlich um ca. das 1000-fache, zu

_q erhöhen und hat eine geringe Nachleuchtzeit von ca. 10 bis

—10
10 sek., was ihre erfolgreiche Verwendung in der Eechentechnik ermöglicht.

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Claims

Patentanwälte β ZELLENTiN u. LUYKEN β Mönchen 22 20. Februar 1968 Gp/Hu P 21 742 Patentansp rüche

1./Elektronenstrahlröhre, in deren evakuiertem Kolben ein Elektronenstrahl von mindestens einer Elektronenkanone mittels Ablenksystem auf den Leuchtschirm gerichtet ist, wo die Energie der Elektronen in Lichtenergie umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) zur Erzeugung und Verstärkung von Lichtstrahlen mit Hilfe des Elektronenstrahles einen auf seiner Innenseite aufgetragenen Halbleiterfilm aufweist, der mit Hilfe zweier Spiegelflächen einen optischen Resonator bildet, deren eine die Oberfläche (7, 7') des Films bildet, die dem Elektronenstrahl (4-) innerhalb des Kolbens zugewandt ist.

2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film aus einem der folgenden Halbleiterwerkstoffe hergestellt ist: Galliumarsenid, Galliumarsenphosphid, Zinkselenid, Kadmiutnselenid, Kadmiumsulfid, Zinksulfid.

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3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm des Schirms zur Gewinnung eines Farbmosaiks gebietsweise verschiedene
Halbleiterwerkstoffe enthält.

4. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm lichtdurchlässig ausgeführt ist und die Fläche (7¹) des Films, auf die
der Elektronenstrahl "auftrifft, und die bezogen auf den evakuierten Kolben äußere Fläche (11) des Schirmes (6¹) den Resonator bilden.

5. Elektronenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche (7¹) des Films, auf die der Elektronenstrahl auftrifft, ein dünner reflektierender Überzug (9) aus einem Dielektrikum aufgetragen ist.

6. Elektronenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (7¹)
des Films und ein Spiegel, der in einiger Entfernung vom Schirm außerhalb des Kolbens angeordnet ist, den Resonator bilden.

7. Elektronenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm als planparallele Platte (5) ausgebildet ist.

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8· Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) lichtundurchlässig ist und daß die Fläche (7) des Films, auf die der Elektronenstrahl auftrifft, teilweise reflektiert, und die Fläche (8), die das Licht vollständig reflektiert, den Resonator bilden.

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