DE2244967A1

DE2244967A1 - Speicherroehre fuer ladungsbilder

Info

Publication number: DE2244967A1
Application number: DE2244967A
Authority: DE
Inventors: Raymond Hayes; Wesley Hayes Hayward
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1971-09-14
Filing date: 1972-09-13
Publication date: 1973-04-12
Also published as: DE2244967C2; FR2153109A1; CA951778A; NL167545C; FR2153109B1; GB1394377A; NL7212403A; JPS4857532A; JPS5424263B2; US3710179A; NL167545B

Description

.Düsseldorf, 12.09.1972

Tektronix, Inc.

Beaver ton ι Oregon _f V, St,, A,

Speicherröhre für Ladungsbilder

Die Erfindung betrifft allgemein Speicherröhren für Ladungs-*
bilder mit Speichergittern für Bildpunkte und insbesondere
Speicherröhren, bei denen für den Bildpunkt ein niedriger
differenzieller Wert der "cutoff"-Spannung erreicht wird.
Diese Spannung ist die Differenz zwischen den maximalen und
minimalen Abschaltspannungen über die gesamte Bildfläche und
begrenzt die minimale Spannung irgendeines Ladungsbildes, welches gespeichert werden kann, oder die maximale Schreibgeschwindigkeit der Speicherröhre. Es wird eine relativ dicke
dielektrische Speicherschicht auf der Gitterbild-Elektrode bei einem niedrigen elektrischen Feld auf der Rückseite des Bildes verwendet, welche der Elektronenkanone oder einer anderen
Quelle für Elektronen niedriger Geschwindigkeit abgewandt ist, und es wird ein bezüglich der Kathodenspannung der Elektronenkanone positiver Vorbereitungsimpuls an die Bildelektrode angelegt, während sie durch die Elektronen niedriger Geschwindigkeit beaufschlagt wird, bis das Potential des Dielektrikums
unter den Wert der Kathodenspannung bis zum eutoff-Pegel abgesenkt worden ist. Die niedrige differenzielle cutoff-Spannung wird durch "Seitenladung" (side charging), erreicht, wobei die seitlichen Abschnitte des dicken Speicherdielektrikums, welche

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Telegramme Custopat

jede Gitteröffnung umgeben «weiter negativ aufgrund <Ιβ9 Elektronenstroms geladen werden, nachdem die Vorderfläche des Dielektrikums die Spannung der Elektronenkathode erreicht hutρ bit das Potential an jedem Vorderflächenabschnitt unter diese Kathodenspannung bis auf die cutoff-Spannung für die angrenzende Gitter* öffnung abfällt, bevor der Vorbereitungsirapuls aufhört. Daher nimmt das Potential der Vorderflächenabschnitte des Speicherdielektrikums, welches jede Gitteröffnung umgibt, automatisch bis auf die minimale cutoff-Spannung ab, wodurch verhindert wird, daß die Elektronen durch eine solche Gitteröffnung übertragen werden. Nachdem diese Spannung einmal erreicht worden ist, wird eine weitere Verminderung des Potentiale* Ate pieltktrifcipiW durch Seitenladung verhindert, weil die Elektronen niedriger Geschwindigkeit das Speicherdielektrikum nicht länger erreichen können. Im Ergebnis hat der neue Gitterbildspeicher eine wesentlich tiefere differenzielle cutoff-Spannung von 0,1 bis 0,2 V und eine höhere maximale Schreibgeschwindigkeit von 100 bis 500 cm/Jas im Vergleich mit ungefähr 2,0 V und 1 bis 10 cm/^is für eine herkömmliche Übertragungsspeicherröhre. Daher hat die Speicherröhre nach der Erfindung eine differenzielle eutoff-Spannung von ungefähr 1/10 und eine maximale Geschwindigkeit von ungefähr 10 mal dem Wert herkömmlicher tibertragungsröhren.

Ein anderer Vorteil der Speicherröhre nach der Erfindung besteht darin, daß die nicht beschriebenen Hintergrundbereiche auf dem Anzeigeschirm bei höheren Schreibgeschwindigkeiten gleichförmiger ausgeleuchtet werden. Heiterhin ergibt die Bildladungsübertragung bei der neuen Speicherröhre eine viel größere Speicherzeit als bei herkömmlichen Ubertragungsspeicherröhren, und es ergibt sich eine Anzeige höherer Helligkeit als bei vorherigen Röhren mit S gitterlosen Speicheraufnehmern aus Phosphormaterial als Anzeigeschirm. Eine entsprechende Speicherröhre mit Ladungsbildübertragung ist in der US Patentanmeldung Serial No. 47 005, eingereicht am 17.Juni 1970, dargestellt, welche solch einen gitterlosen Speicherauffänger aus Phosphormaterial als den zweiten Aufnehmer verwendet·

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Speicherröhre für Ladungsbilder mit einem Übertragungs-Speicherauffänger zu schaffen, der eine extrem tiefe differenzielle cutoff-Spannung hat, welche eine höhere maximale Schreibgeschwindigkeit erlaubt.

Weiterhin soll solch eine Speicherröhre und ein Verfahren geschaffen werden, bei dem die Seitenladung des Speicherdielektrikums durch den Elektronenstrom bewirkt, daß das Potential der Vorderflächenabschnitte des Dielektrikums unter die Spannung der Kathode der Elektronenkanone fällt, bis sie die cutoff-Spannung erreicht.

Es soll eine solche Speicherröhre und ein Verfahren zu deren Betrieb geschaffen werden, daß eine relativ dicke dielektrische Speicherschicht auf einer Gitterauffangelektrpde verwendet wird und ein^ niedriges elektrisches Feld nahe der Rückseite des Auffängers angelegt wird und ein positiver Vorbereitungsimpuls an diese Elektrode angelegt wird, während das Dielektrikum durch Elektronen niedriger Geschwindigkeit beaufschlagt wird, so daß die Aufladung der Seitenabschnitte des Dielektrikums bewirkt wird, welche die Gitteröffnungen umgeben, bis das Potential der Vorderflächenabschnitte des Dielektrikums die cutoff-Spannung erreicht, bevor ein scfcher Impuls beendet ist.

Es soll eine derart verbesserte Speicherröhre und ein Verfahren zu deren Betrieb geschaffen werden, das schnell eingeschrieben werden kann und eine lange Speicherzeit und eine hohe Helligkeit in der Anzeige erreicht werden, wobei ein anderer übertragungs-Speicherauffänger zur bistabilen Speicherung zwischen dem ersten Auffänger und einem getrennten Phosphor-Anzeigeschirm verwendet wird, so daß ein auf den ersten Auffänger geschriebenes Ladungsbild auf den zweiten Auffänger zur nachfolgenden Speicherung und Darstellung auf dem Bildschirm übertragen werden kann.

Weiterhin soll eine Speicherröhre und ein Verfahren zu deren

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Betrieb geschaffen werden, bei welchen der erite Speicherauffänger eine dielektrische Speicherschicht größerer Dicke und kleinerer Dichte als der «weite Spelcher-auffänger hat, so daß der erste Auffänger ein« niedriger· Kapazität und eine höhere Schreibgeschwindigkeit hat, während der sweite Auffänger eine höhere Kapazität und eine längere Speicherseit hat.

Die vorgenannten Teilaspekte der Gesamtaufgabe werden zusammengefaßt durch folgende Merkaale gelöst!

Eine zur direkten Betrachtung geeignete Speicherröhre für Ladungsbilder weist einen Speicherauffänger von Ubertragungstyp auf, der eine extrem niedrige differenzielle cutoff-Spannung von ungefähr 0,1 bis 0,2 V und eine schnellere Schreibgeschwindigkeit von ungefähr 100 bis 500 cm/iis hat. Dies wird durch Verwendung eines dicken Speicherdlelektrikums auf der Gitterelektrode des Auffängers, durch Anlegen eines niedrigen elektrischen Feldes an die Hinterseite des Auffängers und durch Anlegen eines positiven Vorbereitungeimpulses an die Auffängerelektrode erreicht, während diese durch Elektronen niedriger Geschwindigkeit beaufschlagt wird, bis das Potential des Dielektrikums unter die cutoff-Spannung abgesenkt worden ist. Die Seitenabschnitte des Dielektrikums, welche jede der Gitteröffnungen umgeben, werden weiter negativ aufgeladen, nachdem der Vorderflächenabschnitt des Dielektrikums das Potential der Kathode der Elektronenkanone erreicht, so daß das Potential an jedem Vorderflächenabschnitt unter dieses Kathodenpotential abfällt, bis es den Wert der cutoff-Spannung für die anliegende Gitteröffnung erreicht, bevor der Vorbereitungsimpuls aufhört. Die dicke dielektrische Speicherschicht katin aus einer Schicht geringerer Dichte zur Sekundäremission, beispielsweise aus Magnesiumoxyd mit einer Dichte von Weniger als St bestehen. Während die Speicherröhre nur einen Ubertragungs-Spelcherauffanger und einen Phosphorschirm zu enthalten braucht, kann sie auch einen zweiten Übertragung*-Speicherauffänger eines dünneren Dielektrikums höherer Dichte zwischen den ersten Auffänger und dem Phosphorschirm aufweisen, so daß ein auf dem ersten Auf-

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fänger gebildetes Ladungsbild an den zweiten Auffänger zur Speicherung und Betrachtung Über eine längere Zelt übertragen werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen In Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Flg. 1 schematisch eine Ansicht einer Ausführungsform einer Speicherröhre zur Ladungsübertragung gemäß der Erfindung, bei welcher das Ladungsbild auf einen ersten Auffänger geschrieben und zur Betrachtung auf einen zweiten Auffänger übertragen wird;

Fig. 2 ein Diagramm der an die Auffängerelektroden der ersten und zweiten Speicherauffänger In der Röhre gemäß Flg. angelegten Spannungen;

Flg. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles einer anderen

Ausführungsform einer Übertragungs-Speicherröhre nach der Erfindung;

Flg. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles einer dritten

Ausführungsform einer Speicherröhre nach der Erfindung und

Flg. 5A_f 5B, 5C und 5D schematische Diagramme des Seitenladungsvorganges während der Vorbereitung des übertragungs-Speicherauffängers nach Flg. 1, 3 oder 4, um auf diesen ein Ladungsbild zu schreiben, so daß der Auffänger eine niedrige differenzielle cutoff-Spannung erhält.

Gemäß Fig. 1 weist eine Ausführungsform der Speicherröhre für Ladungsbilder nach der Erfindung einen ersten Speicherauffänger 10 vom Übertragungstyp mit einer relativ dicken dielektrischen Speicherschicht 12 auf, die auf der Vorderfläche einer Gitterelektrode 14 beschichtet ist, welche durch eine Leitung 16 mit

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einer äußeren Spannungsquelle verbunden ist» welche die in Fig. dargestellten Spannungsimpulse an die Gitterelektrode abgibt. Das erste Speicherdielektrikum 12 ist dicker als 5 Mikron. Bei Speicherelektroden von 250 und 500 Bellen pro 25,4 ca beträgt die Stärke des Dielektrikums vorzugsweise 10 bis 30 Mikron» um nach vorne gerichtete Seltenabschnitte des Dielektrikums um die Gitter-Öffnung zu bilden. Es ist ein zweiter Speicherauffinger 18 vom übertragung*typ in der Speicherröhre zwischen dem ersten Auffänger 10 und einem Phosphorschirm· 20 vorgesehen, der auf der Innenseite einer Glasplatte 22 aufgeschichtet 1st und einen Teil einer evakuierten und abgedichteten Umhüllung bildet· Der Phosphorschirm 20 ist mit einer für Elektronen durchlässigen leitenden Schicht 24 aus Aluminium bedeckt, welche als Beschleunigungselektrode für die Elektronen dient und mit einer externen Spannungsquelle von ungefähr +5 kV verbunden 1st, so daß von dem Phosphorschirm ein Bild hoher Helligkeit abgestrahlt wird. Es sei angemerkt, daß diese Helligkeit weiter durch das Lichtreflexionsvermögen der leitenden Schicht 24 in herkömmlicher Weise gesteigert wird. Der zweite Ladungsauffänger 18 weist ein Speicherdielektrikum 26 auf, welches auf der Vorderfläche einer Gitterelektrode 28 aufgeschichtet ist, wobei das «weite Dielektrikum weniger dick als das erste Speicherdielektrikum 12 ist, so daß der zweite Auffänger 18 eine größere Kapazität und eine längere Speicherzeit als der erste Auffänger 10 hat.

Das erste Speicherdielektrikum 12 kann aus einem Material zur Sekundäremission niedrigerer Dichte, beispielsweise aus porösem Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd oder Natriumchlorid mit einer Dichte von weniger als 1Of des Schuttgewichtes, vorzugsweise 2 bis 5% bestehen, während das zweite Speicherdielektrikum 26 aus einem Material hoher Dichte besteht» obwohl es aus der gleichen Verbindung hergestellt sein kann. Die niedrige Dichte des Dielektrikums 12 ermöglicht es, daß das Dielektrikum als dickere Schicht vorgesehen wird und vermindert die Kapazität des ersten Speicherauffangers 10, so daß er extrem hohe Schreibgeschwindigkeiten ermöglicht, wenn er einen Schreibstrahl mit Elektronen hoher Geschwindigkeit empfängt, um das auf dem Auf-

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fänger gespeicherte Ladungsbild zu bilden.

Eine Kathode 30 einer Schreibkanone ist mit einer Quelle für eine hohe Gleichspannung von ungefähr -3 kV verbunden und am entgegengesetzten Ende des Phosphorschirms der Hülle des· Speicherröhre angeordnet. Die von der Kathode 30 emittiertem Schreibelektronen werden durch die Schreibanoden 32 in etsaeü schmalen Strahl fokussiert» und die Stromdichte des Strahles wird durch die negative Vorspannung auf einem Steuergitter 34 bestimmt, welches auch als Dunkeltastelektrode zur Austastung des Schreibstrahls während der Speicherung verwendet werden kann. Der Schreibstrahl wird zwischen einem Paar vertikaler Ablenkplatten 36 und einem Paar horizontaler Ablenkplatten 38 übertragen, welche den Strahl in der herkömmlichen Weise eines Kathodenstrahloszillographen ablenken. Es wird eine vertikale Eingangsspannung und zur Horizontalablenkung eine Rampenspannung angelegt, um ein Ladungsbild entsprechend der vertikalen Signalwellenform auf dem Spe&cherdielektrikum 12 des ersten Auffängers 10 zu bilden. Die Schreibelektroden hoher Geschwindigkeit bilden ein positives Ladungsbild auf dem ersten Speicherdielektrikum durch Sekundärelektronenemission, wobei die Sekundärelektronen durch eine Kollektorgitterelektrode 40 gesammelt werden, die sich vor dem ersten Auffänger befindet und mit einer Spannungsquelle für eine positive Gleichspannung von ungefähr +60 V verbunden ist.

Ein Paar Elektronenkanonen 42 mit geerdeten Kathoden 44 sind in der Speicherröhre vorgesehen, um den ersten Auffänger 10 mit Elektronen niedriger Geschwindigkeit gleichförmig zu beaufschlagen. Ein Teil dieser Elektronen wird durch die öffnungen mxA der ersten Gitterelektrode 14 des Speicherauffängers 10 in den geschriebenen Bereichen des Auffängers übertragen, welche durch .den Schreibstrahl beaufschlagt worden sind. Je nach dem, ob die Röhre mit Halbtonspeicherung oder Ladungsübertragung betrieben wird, wird bewirkt, daß diese Übertragenen Elektronen auf den Phosphorschirm 20 auftreffen, um ein Lichtabbild des auf dem ersten Auffänger 10 gespeicherten Halbton-Ladungsbildes

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zu erzeugen, oder es wird bewirkt, daß sie auf das Speicherdielektrikum 26 des zweiten Auffingers 18 auftreffen, um das auf dem ersten Dielektrikum 12 gebildete Ladungsbild auf das zweite Dielektrikum 26 in noch zu beschreibender Weise zu übertragen. Mehrere Kollimationselektroden 46, 46, 50 sind als leitfähige Bänder auf der Innenfläche der Hülle der Speicherröhre aufgebracht und befinden sich axial im Abstand voneinander zwischen den Elektronenkanonen 42 und dem ersten Auffänger 10. Die Kollimationselektroden 46, 46 und 50 sind jeweils mit Gleichspannungsquellen für -f-150 V, +100 V und +50 V verbunden. Diese Elektroden erzeugen elektrostatische Felder, welche bewirken, daß die Elektronen niedriger Geschwindigkeit gleichförmig über die Oberfläche des ersten Speicherauffingers IO verteilt werden und auf das Speieherdielektrikum 12 rechtwinklig zu dem Auffänger auftreffen.

Die Speicherröhre zur Ladungsübertragung gemäß Fig. 1 ist eine Verbesserung der Speicherröhre gemäß dem US Patent 3 145 664 sowie der US Patentanmeldungs Serial No. 47 005. U.a. unterscheiden sich die neue Speicherröhre demgegenüber dadurch, daß eine seitliche Ladung (side charging) des ersten Dielektrikums vorgenommen wird, was eine niedrigere differenzielle cutoff-Spannung ergibt. Daher wird bewirkt, daß die Seitenabschnitte des Speicherdielektrikums 12, welche die Gitteröffnungen der Auffängerelektrode 14 umgeben, weiter negativ aufgeladen werden, nachdem das Potential der Vorderfläche des Speicherdielektrikums 12 die Spannung der Kathode der Elektronenkanone erreicht hat, so daß die geeignete cutoff-Spannung automatisch gemäß Fig. 5A bis 5D erreicht wird.

Vor der Bildung eines Ladungsbildes auf dem ersten Speicherauffänger 10 durch den Schreibstrahl wird der Auffänger durch einen Vorbereitungsimpuls 52 auf der Leitung 16 während der Beaufschlagung des Speicherdielektrikums 12 durch die Elektronen niedriger Geschwindigkeit vorbereitet. Der Vorbereitungsspann utigsimpuls 52 hat eine Amplitude im Bereich von 10 bis 40 V und ist tun einen hinreichenden Betrag länger als ungefähr

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0,5 s, mn den nachfolgend beschriebenen "side charging"-Vorgang auszulösen. Die Fig. 5A, 5B, 5C und 5D zeigen vier verschiedene aufeinanderfolgende Stufen während der Vorbereitung des übertragungs-Speicherauffängers 10, wenn ein Vorbereitungsimpuls 52 von 10 V an eine Auffängerelektrode 14^e abgegeben wird« Es sei angemerkt» daß die Feldlinien der elektrostatischen Potentialverteilung gemäß diesen Figuren nur näherungsweise zutreffenund durch einen Rechner berechnet wurde©, wobei von parallelen Auffänger-Slektrodendrähten 14' anstelle von einer Gitterelektrode ausgegangen wurde. Indessen ist den Figuren der Seitenladungseffekt hinreichend genau zu entnehmen„ weicher während des Betriebs der Speicherröhre nach der Erfindung auftritt.

Wenn gemäß Fig. 5A ein Vorbereitungsimpuls 52 von 10 V an die Gitterauf fängerelektrode 14' abgegeben wird? nimiat das Potential des Speicherdielektrikums 12* auf ragsfähr· 10 ¥ aufgrund der kapazitiven Kopplung zu. In diesem Zeitpunkt liegt der Mulldurchgang V , bei dem das Feld oder Potentialgefäile Null ist? in der

gleichen Ebene wie die Drähte 14° bei einer Einige der Elektronen 54 mit niedriger Geschwindigkeit gelangen durch die Gitteröffnungen, während andere auf das Speicherdielektrikum 12· auftreffen, um eine negative Aufladung des Dielektrikums zu beginnen. Es sei angemerkt _t daß die Elektronen 54 mit niedriger Geschwindigkeit aaf der Fläche des Speicherdielektrikuros abgelagert werden, so daß sie dazu neigen, das Speicherdielektrikum negativ aufzuladen, da eine geringere Anzahl von Sekundärelektronen emittiert wird, als die Zahl der das Dielektrikum beaufschlagenden primären Elektronen.

Mit anderen Worten ist das Sekundaremissionsverhältηis des Speicherdielektrikums 12* bei diesen niedrigen Beschleunigungsspannungen kleiner als eins. Gemäß Fig. 5B hat einige Zeit nach der Abgabe des Vorbereitungsimpulses das Speicherdielektrikum 12· sich auf eine Vordeiäächenspannung V_ß von +5 V aufgeladen. Der Nulldurchgangspunkt V_ liegt nun bei 7,3 V und hat sich nach links zu der Kathode der Elektronenkanone in eine Position vor dem Speicherdielektrikuni verschoben. Fig» 5C zeigt den

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Speicherauffänger zu einem noch späteren Zeitpunkt, nachdem der Vorbereitungsimpuls abgegeben worden ist» wenn die Vorderflächenspannung V_ des Dielektrikums gleich der Spannung der Kathode bei 0 V ist. Zu diesem Zeitpunkt hat der Nulldurchgangepunkt V₃ noch eine positive Spannung von 4,5 V* so daß einige der Elektronen 54 noch durch die Gitteröffnungen gelangen. Andere Elektronen 54' werden zur KoIlektroelektrode zurückgestossen, wenn sie die Vorderfläche des Speicherdielektrikums erreichen. Indessen werden einige Elektronen 54" zu den positiv geladenen Seitenabschnitten 56 der angrenzenden Speicherdielektrikumsabschnitte angezogen, da diese Seitenabschnitte eine Spannung von +5,0 und + 8,0 V haben. Im Ergebnis laden sich die Seitenabschnitte 56 des Speicherdielektrikums weiter negativ bis auf die Spannung Null der Kathode der Elektronenkanone auf. Diese Seitenladung geht weiter, bis der Kreuzungspunkt V_ O V gemäß Fig. 5D erreicht. Dann kann keines der Elektronen 54 mehr durch die Gitteröffnungen gelangen oder auf das Speicherdielektrikum durch die Potentialebene mit O V vor dem Dielektrikum gelangen, so daß der Gitterauffänger abgeschnitten ist und eine weitere Ladung aufhört. Die Vorderfläche des Speicherdielektrikums hat dann eine cutoff-Spannung V_Q von ungefähr -8 V unter der Spannung der Kathode der Elektronenkanone, und dieser Wert ist durch die kapazitive Kopplung mit den Seitenabschnitten 56 erreicht worden. Wegen der Dicke und hohen Elektrizitätskonstante des Speicherdielektrikums hat der Vorderflächenabschnitt eine niedrigere Spannung als die Seitenabschnitte des Speicherdielektrikums, welche die Gitteröffnungen umgeben. Wenn die Vorderflächenabschnitte die cutoff-Spannung der angrenzenden Gitteröffnungen erreichen, wird automatisch jede weitere Aufladung des Speicherdielektrikums beendet, da keine weiteren Elektroden mehr auf das Dielektrikum auftreffen oder durch die Gitteröffnungen gelangen können. Im Ergebnis werden die jede Gitteröffnung umgebenden Speicherdielektrikumabschnitte automatisch auf die niedrigste mögliche cutoff-Spannung aufgeladen, und die differenzielle cutoff-Spannung des Auffängers wird auf einen extrem niedrigen Wert in der Größenordnung von 0,10 bis 0,20 V vermindert. Das bedeutet, daß die durch die Schreibelektronen hoher

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Geschwindigkeit gebildeten Ladungsbilder alt Siöraeser B
als der differenzielle cutoff-Spannung voa wagefähr 0,2 V auf dem Speicherauffänger 10 gespeichert werde» könmea_f so daß der Auffänger eine viel höhere maximale Schreibg©sctowladigk©it hat«

Die maximale Schreibgascfewindigkeit eines
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sekundäre Emissionsverhältais äes Speisheedl&elektrils«© feel efcr Schreibetrahispannung, C die Auf£ängerkapa&ität- pro
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auf den Speicherauf fänger auf treffen«, Durch die Seitesalaänamgs-=- technik nach der Erfindung wird die minimal mögliche differenzielle cutoff-Spannung von ungefähr 0,1 bis O_?25 V erreicht,
welche wesentlich niedriger als die entsprechende Spannung von 2,0 bis 5,0 V bei herkömmlichen Röhren ist» Dies führt zu einer Steigerung in der maximalen Schreibgeschwladigkelt iron ungefähr 1OO bis 500 cm//iis bei der neuen Röhre im Vergleich su 'einer
herkömmlichen Übertragungs-Speicherrölsre mit einer Schreifog©»

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schwindigkett von 1 bis IO cm/jura. Bei einer herkömmlichen Ubertragungs-Speicherröhre wird der Halbton-Speieherauffänger durch positive Impulse an der Auffängerelektrode vorbereitet, bis das Speicherdielektrikum auf die Spannung Null der Kathode der Elektronenkanone durch die Elektronen aufgeladen worden ist. Zu diesem Zeltpunkt überträgt der Speicherauffänger noch die Elektronen und diese übertragung wird lediglich angehalten, nachdem der Vorbereitungsimpuls aufgehört hat, da nach der Rückkehr der Auffängerelektrode auf Massepotential das Speicher* dielektrikum kapazitiv mit einer negativen Spannung gekoppelt ist, welche für die Abschaltung des Auffangers-, ausreicht. In der neuen Speicherröhre bewirkt der Seitenladungsvorgang automatisch, daß das Speicherdielektrikum die minimale Abschaltspannung erreicht, bevor der Vorbereitungsimpuls aufgehört hat, und dies wird durch eine innere Rückkopplung in dem Speicherdielektrikum erreicht.

Der Seitenladungsvorgang gemäß Fig. 5A bis 5D ist nur bei einem relativ niedrigen elektrischen Feld an der Rückseite des Speicherauffängers 10 gegenüber der Elektronenkanone möglich, wobei der zweite Speicherauffänger 18 vorgesehen ist, da der erste Auffänger von dem hohen Feld von 5 kV der Schirmelektrode isoliert ist. Somit muß das Feld an der Rückseite des ersten Speicherauffängers 10 niedriger als der Spannungsabfall an dem Speicherdielektrikum 12 und vorzugsweise geringer als ungefähr 10% dieses Spannungsabfalls sein. Zusätzlich wurde gefunden, daß die dielektrische Speicherschicht eine Stärke von mehr als 5 Mikron haben muß, um die erforderlichen ieitenabschnitte 56 zu ergeben, die auf eine andere Spannung als die Vorderabschnitte des Dielektrikums aufgeladen werden können. Mit anderen Worten sollte die dielektrische Speicherschicht eine Dicke von weniger als 5% des Mittellinienabstandes zwischen den Zentren der angrenzenden Gitterelemente haben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das SpeicherdielektrlKum 12 dos ersten Auf fängers aus porösem Magnesiumoxyd geringer Dichte;, wobei die Dichte weniger als 5% der Schüttdichte

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beträgt. Dieses Speicherdielektrikum hat eine Stärke von ungefähr 10 Mikron auf einer Auffängerelektrode 14 des elektrisch aufgebrachten Nickelgitters von ungefähr 250 bis 500 Zeilen je 25,4 mm. Andere poröse Speicherdielektrika, beispielsweise Aluminiumoxyd, Magnesiumfluorid, Natriumchlorid oder sogar ein Dielektrikum hoher Dichte mit Magnesiumoxyd können verwendet werden. Indessen hat Magnesiumoxyd hoher Dichte den zusätzlichen Vorteil, daß es in Schichten größerer Dicke und Stärke aufgebracht werden kann, so daß es während des Verfahrens unter der Handhabung der Röhre nicht von der Gitterelektrode herunter fällt. Der andere Vorteil des porösen Dielektrikums besteht darin, dass es eine wirksame Dielektrizitätskonstante hat, welche nahe derjenigen des Vakuums kommt, und einen niedrigeren Kapazitätswert hat, der zusammen mit der relativ hohen Dicke einen Auffänger extrem niedrigerer Kapazität mit einer sehr hohen maximalen Schreibgeschwindigkeit hat. Der Nachteil einer derart niedrigen Kapazität besteht darin, daß sie die Speicher-, zeit des Auffängers beträchtlich bis auf einige Sekunden begrenzen kann. Dies ist jedoch insofern bei der Röhre zur Ladungsübertragung gemäß Fig. 1 annehmbar, als daß auf den ersten 'Auffänger 10 geschriebene Ladungsbild sofort auf den zweiten Speicherauffänger 18 zum Zwecke der Betrachtung übertragen wird. Der zweite Auffänger 18 hat eine niedrigere Dicke und eine höhere Kapazität für eine größere Speicherzeit. Der zweite Auffänger kann bistabil aufgebaut sein und vorzugsweise aus einer dünnen Schicht aus Magnesiumoxyd hoher Dichte mit einer unbegrenzten Speicherzeit in der Größenordnung von einer Stunde oder mehr bestehen. .

Es ist auch möglich, den Phosphorschirm 20 in Fig. 1 aus Phosphor vom Typ P₁ herzustellen, d.h. aus mit Mangan aktivierten Zinkorthosilikat, *as bistabil speichern kann, wie in der US Patentanmeldung Serial No. 47 005 beschrieben ist. In diesem Fall würde der zweite Gitterauffänger 18 fortfallen.

Der LadungsübertragungsVorgang der Speicherröhre in Fig. 1 wird am besten unter Bezugnahme auf die Span&ungsformen in Fig» 2

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verstanden. Um einen zweiten Speicherauffinger 18 für die Speicherung eines anderen Ladungsbildes vorzubereiten, wird über die Leitung 16 an die Auffängerelektrode 14 des ersten Auffängers eine Spannung 58 von ungefähr 4-150 V angelegt, so daß die Elektronen gleichförmig durch den ersten Auffänger gelangen und auf den zweiten Auffänger 18 auftreffen können. Gleichzeitig wird über die Leitung 29 an die Auffängerelektrode 28 des zweiten Auffängers 18 ein Töschspannungsimpuls 60 geschickt. Dieser Impuls nimmt von elr.ejt Pegel von ungefähr ISO V auf einen Maximalwert von ungefähr 300 V zu, der über der ersten Durchgangsspannung des Speicherdielektrikums 26 liegt, so daß die LElektronen bewirken, daß das Dielektrikum ein gleichförmiges positives Potential an der Fläche des Auffängers annimmt und dadurch jedes vorher gespeicherte Ladungsbild gelöscht wird. Dann nimmt der Löschspannungsimpuls auf Null ab, so daß das Potential des Speicherdielektrikums 26 herabgesetzt wird durch die kapazitive Kopplung unter den Halteschwellwert, unter welchem keine bistabile Speicherung möglich ist. Dann wird die Spannung an der Auffängerelektrode 28 schrittweise auf den Betriebspegel von 150 V erhöht. Dies erfolgt hinreichend langsam, so daß das Speicherdielektrikum nicht kapazitiv an 150 V gekoppelt ist, sondern auf dem Potential Null der Kathode der Elektronenkanone aufgrund des Elektronenbeschusses bleibt.

Der erste Speicherauffänger 10 wird durch· einen Vorbereitungsimpuls 52 vorbereitet, der ein Stufenimpuls mit einer maximalen Spannung von 4-10 bis 4-40 V ist, so daß der Seitenladungsvorgang gemäß Fig. 5A bis 5D ablaufen kann. Dies bewirkt, daß das Speicherdielektrikum 12 sich auf eine cutoff-Spannung vor der Beendigung des Vorbereitungsimpulses 12 auflädt und dadurch verhindert, daß die Elektronen durch den Auffänger gelangen. Dann wird im Zeitpunkt 62 ein erstes Ladungsbild auf das Speicherdielektrikum 12 des ersten Auffängers 10 durch Schreibelektrone'" hoher Geschwindigkeit geschrieben, welche durch die Schreibkathode 30 emittiert und durch die horizontalen Ablenkplatten 36 und die vertikalten Ablenkplatten 38 in herkömmlicher Weise abgelenkt werden, um ein Ladungsbild der vertikalen Signalform

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zu ergeben. Daher ist der Schreibstrahl normalerweise abgeschaltet und wird an den Speicherauffänger IO nur während der Schreibzeit 62 übertragen, wenn eine positive Löschspannung an das Steuergitter 34 der Schreib-Elektronenkanone angelegt wird«, Wegen der hohen Geschwindigkeit der Schreibelektronen ist das Verhältnis der Sekundäremission des Speicherdielektrikums 12 für diese Schreibelektronen größer als eins, so daß ein Ladungsbild des positiven Potentials auf dem Speicherdielektrikum gebildet wird. Aufgrund dieses positiven Potentials werden die Elektronen durch den ersten Auffänger 10 in den geschriebenen Bereichen des Auffängers übertragen und können durch den zweiten Auffänger 18 auf den Phosphorschirm gelangen, so daß sie ein dem Ladungsbild entsprechendes Lichtabbild ergeben, wenn die Röhre in herkömmlicher Übertragungsweise im Halbton-Betrieb betrieben wird. Während der Ladungsübertragung treffen jedoch einige durch die geschriebenen Bereiche des erstem Auffängers übertragene Elektronen auf das Speicherdielektrikma 2S des zweiten Auffängers 18 auf*, um auf diesem ei&s zweite Ladung entsprechend dem ersten Ladungsbild auf dem Auffänger 10 zu bilden.

Ein Übertragungsimpuls 64 von ungefähr 800 V Spitzenwert wird über die Leitung 29 an die Auffängerelektrode 28 des zweiten Speicherauffängers für eine ausreichende Zeitspanne abgegeben, so daß die in den geschriebenen Bereichen des ersten Auffängers 10 übertragenen Elektronen das zweite Ladungsbild auf dem zweiten Speicherdielektrikum 26 mit einem Potential bilden können, das größer als die erste Durchgangsspannung ist, um eine bistabile Speicherung zu ermöglichen. Gleichzeitig mit dem Übertragungsimpuls 64 wird über die Leitung 16 an die erste Auffängerelektrode 14 eine Spannung 66 abgegeben,welche ungefähr 1/2 V kleiner als die Vorbereitungsspannung 52 ist, um das höhere Feld zu kompensieren, das an der Rückseite des ersten Auffängers 10 durch einen Übertragungsimpuls 64 von 800 V auf dem zweiten Auffänger 18 erzeugt wird, welcher anderenfalls dazu führen würde, daß die Elektronen durch die ungeschriebenen Bereiche des ersten Auffängers abgezogen werden.

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Schließlich wird ein Sichtimpuls 68 von I +150 V an die erste Auffängerelektrode 14 angelegt, nachdem die Ubertragungsimpulse 64 und 66 aufhören, die Elektronen in die Lage zu versetzen, gleichförmig durch alle Bereiche des ersten Auffängers übertragen zu werden und auf das zweite Speicherdielektrikum 26 aufzutreffen und eine bistabile Speicherung des zweiten Ladungsbildes hervorzurufen. Natürlich werden einige der Elektronen durch den zweiten Auffänger 18 übertragen, um ein Lichtabbild auf dem Phosphorschirm 20 entsprechend dem bistabilen Ladungsbild zu ergeben. Es sei angemerkt, daß die beste übertragung des Ladungsbildes von dem ersten Auffänger 10 an den zweiten Auffänger 18 erreicht wird, wenn das Potential des ersten Ladungsbildes sich an dem / Punkt der größten Neigung der Kurve der Elektronenübertragung ' des ersten Auffängers befindet.In diesem Fall wird ein besserer Kontrast erreicht zwischen dem Lichtabbild des gespeicherten Ladungsbildes und den nicht beschriebenen Hintergrundbereichen.

Zusätzlich zu dem Verfahren zur Ladungsübertragung kann die Speicherröhre nach Fig. 1 auch für einen bistabilen Speichervorgang eingerichtet werden, in dem die erste Auffängerelektrode 14 mit einer Quelle für ungefähr 15O V verbunden und die zweite Auffängerelektrode 28 auf +150 V gehalten wird, so daß der Schreibstrahl ein Ladungsbild direkt auf dem zweiten Speicherdielektrikum 26 bildet. Dieses Speicherbild wird bistabil durch die Elektronen gespeichert, die auf den zweiten Auffänger auftreffen, welche gleichförmig durch den ersten Auffänger übertragen werden, wenn er auf 150 V gehalten wird. Zusätzlich kann die Röhre nach Fig. 1 betrieben werden, um einen Halbton-Speicher zu ergeben, indem nur die zweite Auffängerelektrode 28 auf ungefähr die gleiche Spannung wie die Schirmelektrode 24 gelegt wird und die gleichen Spannungen mit dem Vorbereitungsimpuls 52 an die erste Auffängerelektrode 14 gelegt werden. Zusätzlich kann ein veränderlicher Nachleuchtvorgang mit einer Halbton-Speicherung mit den gleichen Spannungen erreicht werden, wenn ein Zug positive) !Jparinunqsimpuliie an die erste Auf fängerelekt.rodc nach der ί'χΊιΐί iliyrit f;2 anyc lofji wird. Kp sei angemerkt, daß die Halbton- : j<f i( hri 7cit odin Narhleurht zeit verändert werden kann, indem die

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Amplitude oder das Einschaltverhältnis der positiven Impulse verändert wird.

Eine andere Ausführungsform der Speicherröhre nach der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt und gleicht derjenigen der Fig. 1 mit der Ausnahme« daß der zweite Speicherauffänger 18 durch eine Feldgitterelektrode 70 ersetzt worden ist. Die Feldgitterelektrode 70 ist mit einer äußeren Gleichspannungsquelle für ungefähr +100 V verbunden und neben der Rückseite des ersten Auffängers angeordnet, um das niedrige elektrische Feld aufzubauen* wölches für den Seitenladungsvorgang gemäß Fig. 5A bis 5D erforderlich ist, während ein hohes Beschleunigungsfeld für die Elektronen zwischen der Feldelektrode und der Schirmelektrode erzeugt wird, um ein Lichtbild hoher Helligkeit zu erreichen. Diese Speicherröhre ist für den Ladungsubertragungsvorgang nicht geeignet. Wenn jedoch der Schirm 20 und 24 durch einen bistabilen gitterlosen Phosphor-Speicherauffänger entsprechend demjenigen in der US Patentanmeldung Serial No. 47 005 ersetzt wird, wäre der Ladungsubertragungsvorgang möglich.

Eine andere Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt und gleicht derjenigen der Fig. 3 mit der Ausnahme, daß die Feldelektrode 70 fortgelassen wurde und die Bildschirmelektrode 24 durch einen Schalter 72 entweder mit einer niedrigen positiven Gleichspannung von ungefähr 500 V während der Vorbereitung oder des Schreibens oder mit einer hohen positiven Gleichspannungsquelle für ungefähr +5 kV während der Anzeige verbunden ist. Das Potential von 500 V ergibt das erforderliche niedrige Feld an der Rückfläche des Speicherauffängers, um die Seitenaufladung während der Auffängervorbereitung zu ermöglichen. Da es unpraktisch ist, einen Schalter um Umschalten von 500 V auf 50OO V vorzusehen, kann es erforderlich sein, einen Kompromiss zu schließen, in dem die Bildschirmelektrode 24 durch eine gegebenenfalls eingebaute Leitung 74 mit einer zwischengeschäitetun Gleichspannungsquelle von ungefähr 1000 V während dar Vorbereitung, des Schreibens und de;r Anzeige verbunden wird* Φ-imiung von luoo V ist nindrig genug, um den l>vi teiiLi<iUM-j i

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gang zu ermöglichen, er gibt jedoch nicht ein derart leuchtkräftiges Lichtbild aufgrund der Einission durch den Phosphor.

Es ergibt sich für den Fachmann, daß viele Änderungen in den Einzelheiten der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnten die Schreibelektronen hoher Geschwindigkeit durch eine Photokathode in einer Speicherröhre nach Art einer Fernsehks.üt&ra emittiert werden und es könnte ein elektrisches Auslesesignal durch Abtastung des Speicherbildes in einem herkömmlichen Rastermuster statt der Verwendung eines Phosphorbildschirmes verwendet werden.

Patentansprüche

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Claims

.bildröhre für Spe-icherladungen, dadurch gekennzeich-η e t,daß ein Übertragungs-Speicheraufhänger mit einer Gitterelektrode mit mehreren Gitteröffnungen und einer dicken dielektrischen Speicherschicht vorgesehen "ist,die auf der Gitterelektrode aufgebracht ist,ohne deren Öffnungen zu bedecken,die dielektrische Schicht eine hinreichende Stärke hat,so daß dielektrische Sfcitenabschnitte gebildet werden,welche jede Gitteröffnung umgeben und auf eine von der Vorderfläche der dielektrischen Schicht,welche der Gitterelektrode abgewandt ist, unterschiedliche Spannung aufgeladen werden können,eine Einrichtung des Speicherdielektrikum gleichförmig mit Elektronen niedriger Geschwindigkeit beaufschlagt,welche von einer ersten Kathode emittiert worden sind,eine Schreibeinrichtung das Speicherdielektrikum an den beschriebenen Aufhängebereichen mit einem Schreibstrahl hoher Geschwindigkeit aus Elektronen beaufschlagt, welche von einer zweiten gegenüber der ersten Kathode negativeren Kathode emittiert werden,so daß ein positives Ladungsbild ausgebildet wird,welches es ermöglicht,daß die Elektronen mit niederiger Geschwindigkeit durch die beschriebenen Bereiche übertragen werden,ein Felderzeuger ein niedriges elektrisches Feld an der Rückseite des Speieheraufhängers erzeugt,welche von der ersten Kathode abgewandt ist,das Feld niedriger als das Potentialgefälle an der dielektrischen Schicht während des Betriebs der Röhre ist und eine Vorbereitungseinrichtung einen Vorbereitungsimpuls an die Gitterelektrode vor der Bildung des Ladungsabbildes aber während der Beaufschlagung des Speicherdielektrikums durch die Elektronen niedriger Geschwindigkeit abgibt,dieser Impuls eine hinreichend positive Spannung bezüglich der ersten Kathode hat,so daß das Speicherdielektrikum sich negativ auf eine Abschaltoder cutoff-Spannung vor der Beendigung des Impulses auflädt,und diese Spannung hinreichend negativ gegenüber dem ersten Kathodenpotential, int,so daß die Elektronen niedriger Geschwindigkeil nicht länger durch den Auffanget· an den uubeHchriebemm Auf — i'.'ingerberei chf'ii übertragen werden.

2.Speicherröhre nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein Phosphorschirm an der gegenüberliegenden Seite des Übertragungsauffängers bezüglich der ersten Kathode angeordnet ist,welche zu einer Elektronenkanone gehört,so daß die Elektronen niedriger Geschwindigkeit durch die beschriebenen Bereiche des Auffängere übertragen werden und ein Lichtabbild auf dem Schirm nach Maßgabe des Ladungsbildes ergeben.

3.Speicherröhre nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherdielektrikum eine niedrige Dichte von weniger als 5fo seiner Schüttdichte hat.

4.Speicherröhre nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Speicherschicht eine Dicke von wenigstens 5 Mikron hat.

5.Speicherröhre nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Speicherschicht eine Dicke von ungefähr 10 bis 30 Mikron hat.

6.Speicherröhre nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke kleiner als 10$ des Spannungsgefälles an der dielektrischen Schicht ist.

7.Speicherröhre nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Gitterelektrode zwischen dem Speicherauffänger und dem Phosphorschirm aufweist und die niedrige Feldstärke zwischen der zweiten Gitterelektrode und dem Speicherauffänger anliegt.

8.Speicherröhre nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gitterelektrode einen Teil eines zweiten Übertragungs-Speicherauffängers größerer Kapazität als der erste Auffänger bildet und eine zweite dielektrische Speicherschicht aufweist, die auf der zweiten Gitterelektrode angeordnet ist und eine Einrichtung zur Übertragung des auf dem ersten Auffänger ge-

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schriebenen Ladungsbildes auf den zweiten Auffänger und zur Speicherung des Ladungsbildes auf dem·zweiten Auffänger aufweist.

9.Speicherröhre nach Anspruch 8,dadurch gekennz eichnet, daß die erste dielektrische Speicherschicht dicker als die zweite dielektrische Schicht ist.

10.Speicherröhre nach Anspruch 8,dadurch g ekennz ei chne t, daß das erste Speicherdielektrikum weniger dicht als das zweite Dielektrikum ist.

11.Speicherröhre nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorschirm auch einen gitterlosen Speicherauffänger für bistabile Speicherung bildet und auch eine Einrichtung zur Übertragung des auf dem ersten Auffänger geschriebenen Ladungsbildes auf den zweiten Auffänger und zur bistabilen Speicherung des Ladungsbildes auf dem zweiten Auffänger aufweist.

12.Verfahren zum Betrieb einer Speicherröhre für Ladungsbilder mit einem Übertragungs-Speicherauffänger mit einer Gitterelektrode mit einer dicken dielektrischen Speicherschicht auf dieser, . dadurch gekennzeichne t,daß das Speicherdielektrikum im wesentlichen gleichförmig mit .Elektronen niedriger Geschwindigkeit beaufschlagt wird,die von einer ersten Kathode emittiert werden,eine niedrige elektrische Feldstärke an der Rückseite des Speicheraufhängers angelegt wird,die der ersten Kathode abgewandt ist,welche Feldstärke geringer als das Potentialgefälle an der dielektrischen Schicht ist,ein Vorbereitungsimpuls an die Gitterelektrode während der Beaufschlagung des Speicherdielektrikums durch Elektronen niedriger Geschwindigkeit gelegt wird,um den Auffänger zur Bildung des Ladungsabbildes vorzubereiten,der Impuls eine hinreichend positive Spannung bezüglich der ersten Kathode hat,so daß die Seitenabschnitte des Dielektrikums,welches jede Öffnung des Gitterauffängers umgibt,sich weiter negativ auflädt,nachdem die Vorderfläche der dielektrischen Schicht das Potential der ersten Kathode erreicht,bis das Potential jedes

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Vorderflächenabschnittes auf den Wert der Abschaltspannung für die anliegende Gitteröffnung vor der Beendigung des Impulses abfällt und diese Spannung hinreichend negativer als das Potential der ersten Kathode ist,so daß die Elektronen niedriger Geschwindigkeiten nicht langer durch den Auffänger an den unbeschriebenen Auffängerbereichen übertragen werden und das vorbereitete Speicherdielektrikum mit einem Schreibstrahl aus Elektronen höherer Geschwindigkeit beaufschlagt wird,die durch eine zweite bezüglich der ersten Kathode negativere Kathode emittiert werden,um ein Ladungsbild auf den beschriebenen Bereichen des Dielektrikums zu bilden und es den Elektronen niedriger Geschwindigkeit zu ermöglichen,durch die beschriebenen Bereiche übertragen zu werden.

13Verfahren nach Anspruch 12,dadurch gekennz eichnet, daß die Speicherröhre einen Phosphorschirm aufweist und die Elektronen niedriger Geschwindigkeit durch die beschriebenen Bereiche des Speicherauffängers an den Phosphorschirm übertragen werden und ein Lichtbild nach Maßgabe des Ladungsbildes bilden.

14.Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennz eichnet, daß die Speicherröhre einen zweiten Übertragungs-Speicherauffänger aufweist und das Ladungsbild von dem ersten Auffänger an den zweiten Auffänger durch die Elektronen niedriger Geschindigkeit durch die beschriebenen Bereiche des ersten Auffängers hindurch übertragen wird.

15.Verfahren nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsabbild für eine längere Zeit auf dem zweiten Auffänger als auf dem ersten Auffänger gespeichert wird.

Ö.Verfahren nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsbild bistabil auf dem zweiten Auffänger gespeichert wird und die Elektronen niedriger Geschwindigkeit durch den zweiten Auffänger zu dem Phosphorschirm übertragen werden und auf diesem Schirm ein entsprechendes Lichtabbild ergeben.

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17. Verfahr en nach Anspruch. 14, dadurch, g e k e η η. ζ e i chnet, daß das niedrige elektrische Feld zwischen den ersten und
zweiten Speicherauffängern angelegt wird uä& einen Wert von
weniger als 10$ des Potentialgefälles'an dem ersten Speicher- . dielektrikum hat.

18.Verfahren nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherdielektrikum dicker als ungefähr 5 Mikron ist.

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