DE1639235B2

DE1639235B2 - Elektronenstrahlbildroehre

Info

Publication number: DE1639235B2
Application number: DE1968F0054865
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Genadijevitsch Bogdankevitsch Oleg Vladimirovitsch Nasibov Aleksandr Sergejevitsch Moskau Basov
Original assignee: Fizitschesky Institut imeni P N Lebedeva, Moskau
Priority date: 1967-02-20
Filing date: 1968-02-20
Publication date: 1977-07-21
Also published as: AT281140B; DE1639235C3; FR1571368A; NL6802411A; DE1639235A1; US3558956A

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung kann im Fernsehen, z. B. im Farbfernsehen, in der Oszillograf und in Rechenanlagen verwendet werden.

Eine Elektronenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 29 92 349 bekannt. Eine Verstärkung der Leuchtkraft wird bei dieser Röhre unter Ausnutzung der Elektrokathodoluminiszenz erreicht. Diese Röhre hat jedoch den Nachteil, daß die Ausstrahlung des Leuchtschirmes nicht ausgerichtet und vollkommen inkohärent ist. Der Halbleiterfilm des Leuchtsehirmes dient hier nicht zur Erzeugung und Verstärkung des Lichtstrahles.

Aus der US-PS 30 67 055 ist eine Elektronenstrahlröhre bekannt, bei der der Leuchtschirm mit Aluminium metallisiert ist. Auch diese Elektronenstrahlröhre hat den Nachteil, daß ihr Leuchtschirm eine inkohärente Ausstrahlung abgibt.

Aus der GB-PS 1052 216 ist es bekannt, eine zweiseitig verspiegelte Halbleiterschicht mit einem Elektronenstrahl anzuregen. Die Halbleiterschicht ist dabei jedoch nicht Teil eines üblichen Leuchtschirms von Kathodenstrahlröhren, sondern dient als Laser zur Lichterzeugung.

Die bekannten Elektronenstrahlröhren weisen wegen der diffusen Divergenz der Lichtstrahlung der Leuchtpunkte ihres Leuchtsehirmes nur eine begrenzte Helligkeit des Bildes auf. Es besteht daher die Notwendigkeit, bei weiterer Bildübertragung sehr lichtstarke optische Systeme anzuwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahlröhre anzugeben, deren Leuchtschirm hohe Helligkeit des Bildes und geringe Divergenz des Lichtstromes sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Je nach der gewünschten Bildfarbe kann die Halbleiterschicht aus einem der folgenden Stoffe hergestellt werden: Galliumarsenid für infrarote Strahlung, Galliumarsenphosphid für rot-gelbe Strahlung, Zinkselenid für blaue Strahlung, Kadmiumselenid für orangefarbene Strahiung, Kadmiumsulfid für grüne Strahlung und Zinksulfid für ultraviolette Strahlung.

In bestimmten Fällen, beispielsweise für das Farbfernsehen, enthält die Halbleiterschicht des Schirmes gebietsweise verschiedene Stoffe, was bei Anregung ein Farbmosaik ergibt.

Der Schirm, auf den die Halbleiterschicht aufgetragen ist, kann lichtdurchlässig ausgeführt sein, wobei der Resonator durch die Fläche der Schicht, 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 kann der Resonator verlängert sein, indem er durch die Fläche der Schicht, auf die der Elektronenstrahl! trifft, und einen Spiegel gebildet wird, der in einiger Entfernung vom Schirm außerhalb des Kolbens angeordnet ist.

Die Halbleiterschicht und der Schirm sind bei einer bevorzugten Ausführungsform als planparallele Platten ausgebildet.

Eine erfindun,?sgemäße Elektronenstrahlröhre gewährleistet mit Hilfe des Resonators eine hohe Bildhelligkeit. Wahrend z. B. in den bekannten Bildröhren die Lichtaussendung unter einem Raumwinkel von 2 π erfolgt, kann der Divergenzwinkel unter Verwendung der Erfindung auf 2 bis 5° reduziert werden, was die Intensität des Lichtstroms vom Schirm um das 10²-bisiOMache erhöht.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Elektronenstrahlröhre, in der die Halbleiterschicht des Schirmes in Form einer planparallelen Platte ausgeführt ist,

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

Fig.3 einen Mosaikschirm einer Elektronenstrahlröhre.

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 einer Halbleiterschicht 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 8 der Platte 3 sind stark verspiegelt ausgeführt und lüden einen optischen Resonator, während die Halbleiterschicht ein kathodolumineszentes Material ist. Der Resonator und die Platte bilden einen Halbleiter-Laser.

Die Strahlung vom Bildschirm kanu 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 durchlässig ist. In F i g. 2 ist eine derartige Rohre dargestellt Die Strahlung der Röhre nach F i g. 1 ist entgegengesetzt gerichtet.

Die Halbleiterschicht kann aus jedem beliebigen Halbleiterwerkstoff hergestellt sein, der imstande ist. unter Einwirkung von Elektronen eine Lichtstrahlung zu erzeugen und zu verstärken wie z. B. Ga'liumarsenid, Gailiumarsenphosphid, Zinkselenid, Kadmiumselenid, !Cadmiumsulfid und Zinksulfid.

Derartige Elektronenstrahlröhren arbeiten folgendermaßen: Ein scharf gebündelter Elektronenstrahl 4, dessen Energie und Dichte ausreichen, um die Halbleiterschicht zur Lumineszenz anzuregen, und der den für die Lichterzeugung erforderlichen Verstärkerfaktor sicherstellt, tastet die Oberfläche des Halbleiterfilmes ab. Die so erregte Halbleiterschicht stellt das aktive Material des Lasers dar. Infolge einer Erwärmung der aktiven Schicht im Bereich der Eindring'.iefe des Elektronenstrahls, der Coulombschen Wechselwirkung der verschiedenen Ladungsträger untereinander, der Polarisation des Halbleitergitters oder der Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Ladungsträgern und Phonen, übersteigt die Wellenlänge der erzeugten Strahlung die Eigenabsorptionskante, weshalb sich die nicht erregten Gebiete der Schicht für die erzeugte Strahlung als durchsichtig erweisen und im Resonator keine nennenswerten Verluste selbst in dem Fall verursachen, daß die Eindringtiefe der Elektronen in den Halbleiter kleiner ist als die Schichtstärke. Das Vorhandensein einer Rückkopplung infolge Lichtreflexion von den Flächen 7 und 8 der Platte S 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 der Schicht aufgetragene Überzug, der den Elektronenstrahl aufnimmt, das Licht vollständig reflektiert, während der auf die Gegenfläche

to aufgetragene Überzug teildurchlässig ist.

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

Zur Vergrößerung der Richtwirkung der Lichtstrahls lung sind reflektierende Überzüge 9 und 10 (F i g. 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 oben beschriebenen ähnlich und stellt einen Halbleiter-Laser mit einem Außenspiegel dar.

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 der

Halbleiterschicht einen Resonator bildet.

Der Leuchtschirm aus F i g. 3 ist zur Verwendung im Farbfernsehen vorgesehen. Er weist eine Halbleiterschicht auf, deren Gebiete 12, 13 und 14 aus verschiedenen Halbleitermaterialien hergestellt sind, die eine Strahlung verschiedener Wellenlänge erzeugen. Dabei enthält die Elektronenstrahlröhre drei Elektronenkanonen (in F i g. 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 etwa das lOOOfache zu erhöhen und hat eine geringe Nachleuchtzeit von etwa ΙΟ-⁹ bis 10-¹⁰ sek., was ihre erfolgreiche Verwendung in der Rechentechnik ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

» 1. Elektronenstrahlbildröhre mit mindestens einem Elektronenstrahl und einem Ablenksystem sowie einem Leuchtschirm, der eine zur Kathode hin versiegelte Schicht von kathodolumineszentem Halbleitermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der gegenüberliegenden Seite der Schicht von Halbleitermaterial ein Spiegel vorgesehen ist und die Schicht mit den beiden Spiegeln einen optischen Resonator bildet.
2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem der folgenden Stoffe hergestellt ist: Galliumarsenid, GaUiumarsenphosphid, Zinkselenid, Kadmiumselenid, Kadmiumsulfid. Zinksulfid.
3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht gebietsweise in verschiedenen Farben lumineszierende Stoffe enthält.
4. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der die Schicht tragende Schirm lichtdurchlässig ausgeführt ist und die Fläche (7') der Schicht, auf die der Elektronenstrahl auftrifft, und die bezogen auf den evakuierten Kolben der Röhre äußere Fläche (11) des Schirmes (6') verspiegelt sind.
5. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn?eichnet, daß auf die Oberfläche (7') der Schicht, auf die der Elektronenstrahl auftrifft, ein dünner reflektierender Überzug (9) aus einem Dielektrikum aufgetragen ist.
6. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel in einiger Entfernung vom Schirm außerhalb des Kolbens angeordnet ist.
7. Elektronenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht als planparallele Platte (5) ausgebildet ist.
8. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Halbleiterschicht tragende Schirm (6) lichtundurchlässig ist und daß die Fläche (7) der Schicht, auf die der Elektronenstrahl auftrifft, teildurchlässig ist.