DE2548221A1

DE2548221A1 - Photokatode

Info

Publication number: DE2548221A1
Application number: DE19752548221
Authority: DE
Inventors: Brian Ronald Charles Garfield
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1976-12-23
Also published as: DE2548221B2; DE2548221C3; GB1548873A

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

„.. , , ZB. GKL w/ä

München, den

P/Sv - E 2056

English Electric Valve Company Limited

106, Waterhouse Lane Chelmsford, Essex 0M1 2 QTJ / Großbritannien

Photokatode

Die Erfindung betrifft Photokatoden.

Mit "Photokatode" werden Katoden bezeichnet, aus deren Oberfläche bei Lichteinfall Elektronen emittiert werden; solche Photokatoden werden in zunehmendem Maße bei bestimmten Arten von Fernsehkameraröhren eingesetzt, insbesondere bei IPernsehkameraröhren, die für den Betrieb bei sehr geringer Helligkeit, beispielsweise bei Nacht, gedacht sind.

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DR. G. MANITZ · DIPL.-1NG. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATTl MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089> 22 42 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBEROSTR.23/25.TEL.(0711)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

Wird die Gesamtbeleuchtung bzw. gesamte Beleuchtungsstärke einer betrachteten Szene zu groß bzw« zu hell, so verhindert die Verwendung einer Blenden- oder Verstärkungssteuerung in der Kamera selbsttätig das Auftreten von Überlastungen; dieser Schutz hat jedoch dann keine Wirkung, wenn die übermäßige Beleuchtung sehr lokalisiert ist und nur über einen sehr kleinen Anteil der betrachteten Szene auftritt (dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn helle Straßenleuchten in einer sonst sehr dunklen Nachtszene vorhanden sind), idealisierte, also örtlich auf einen sehr kleinen Bereich begrenzte Überlastungen können jedoch zu einer Bildverbreiterung bzw» Bildspreizung oder "Übeistrahlung" ("blooming") führen; dieser Effekt wird im Allgemeinen subjektiv von einem Betrachter nicht akzeptiert; darüberhinaus kann durch diesen Effekt der Wirkungsgrad bzw. das Leistungsvermögen der Kameraröhre beeinträchtigt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb eine Photokatode geschaffen werden, bei der die Wirkung der Bildspreizung verringert wird»

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Photokatode ein transparentes Substrat mit einer Anordnung bzw„ Gruppe oder einem Feld von Vertiefungen, die in einer größeren Oberfläche ausgebildet sind, wobei die Fläche einer jeden Vertiefung an der Oberfläche kleiner als die Fläche der Vertiefung in einem Punkt unter der Oberfläche ist, und wobei die Bodenbereiche der Vertiefungen mit Photokatodenmaterial versehen sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wände der Vertiefungen unterschnitten, so daß eine Querschnittsfläche entsteht, die über wenigstens einen Teil der Wandhöhe mit der Tiefe zunimmt; als Alternative hierzu kann eine Maschen-

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bzw ο Netzelektrode auf der größeren Oberfläche vorhanden sein, die mit Öffnungen versehen ist, die kleiner als die Vertiefungen und mit ihnen ausgerichtet sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Substrat aus Glas, wobei die Vertiefungen hergestellt werden, indem eine größere Oberfläche des Glases geätzt wird.

Nach einer Ausführüngsform der Erfindung besteht das Sub strat aus einer Glasplatte mit parallelen Oberflächen, von denen eine beim Betrieb der Abbildung im einfallenden Licht ausgesetzt wird; die andere Oberfläche der Platte ist mit einer Netzelektrode versehen, die bei einem Ätzverfahren als Maske verwendet wird; dabei werden die Vertiefungen in dem Glas unter den öffnungen in der Netzelektrode ausgebildet. Die Wirkung des Ätzmittels führt zu einem Unterschneiden bzw. Unterätzen der Wände der Vertiefungen; wenn also anschließend Photokatodenmaterial in den Vertiefungen abgelagert wird, so daß auf dem Boden einer jeden Vertiefung eine Schicht ausgebildet wird, erreicht kein Photokatodenmaterial den unterätzten Bereich der Wand. Dieser unterätzte Bereich hat also einen sehr hohen elektrischen Oberflächenwiderstand .

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat ein Bündel von parallelen Lichtleitern, insbesondere Lichtfasern auf, die aus einem Glaskern bestehen, der von einer Glasverkleidung bzw_o Glasummantelung umgeben ist. Der Glaskern ist von einer größeren Oberfläche, die durch die Grenz- bzw_o Anschlußebene der Glasummantelung definiert ist, zurückgeätzt; die Enden der ungeätzten Glasummantelung sind mit einer leitenden Beschichtung versehen, so daß eine mit Löchern versehene Netz- bzw. Maschenelektrode

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entsteht; diese Elektrode wirkt wiederum als Maske, wenn anschließend Photokatodenmaterial auf den geätzten Oberflächen des Glaskerns abgelagert wird. Ein leichter Überhang der Maschenelektrode stellt sicher, daß wenigstens ein Teil der Seitenwände der Glasummantelung frei von dem Katodenmaterial bleibt; dieser Teil hält also seinen hohen elektrischen Oberflächenwiderstand bei.

In beiden Fällen dient die Maschenelektrode dazu, Elektronen über die größere Oberfläche zu dem Photokatodenmaterial zu leiten.

Die Anwesenheit eines hohen elektrischen Widerstandes zwischen jedem lokalisiertem Bereich des Photokatodenmaterials und der Maschenelektrode hat folgende Bedeutung; wenn durch den Einfall von Licht die Emission von Elektronen durch einen Photokatodenbereich bewirkt wird, nimmt dieser Bereich ein positives Potential an; dann ist der maximale Emissionsstrom durch den niedrigen Ableit- bzw, Streustrom begrenzt, der von der Maschenelektrode abfließen kann. Auf diese Weise erreicht der Emissions&rom für einen bestimm« ten Photokatodenbereich rasch einen Sättigungswert, wenn er einer zu hohen Bestrahlung ausgesetzt wird. Unter diesem Sättigungswert steht der Elektronenemissionsstrom in einer Beziehung zu dem tatsächlichen Wert bzw. Pegel der einfallenden Bestrahlung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figo 1 einen Schnitt durch eine Photokatode gemäß der vorliegenden Erfindung;

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Fig. 2 eine Draufsicht dieser Photokatode;

Fig_e 3 einen Schnitt durch eine weitere Photokatode gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, weist eine Photokatode ein transparentes Glassubstrat 1 auf, das mit einer regelmäßigen Anordnung bzw. Gruppierung von Vertiefungen bzw. Aussparungen 2 versehen ist, die sich von einer größeren Oberfläche 3 des Substrats erstrecken. Jede Vertiefung ist mit einem unterschnittenen bzw» unterätzten Wandbereich Zf versehen; an dem Boden, also der tiefsten Stelle einer jeden Vertiefung 2 in Bezug auf die große Oberfläche 3, befindet sich eine Schicht aus Photokatodenmaterial 5o Auf der Oberfläche 3 ist eine mit Löchern versehene Netz- bzw„ Maschenelektrode 6 angeordnete

Die Photokatode wird auf folgende Weise hergestellt; eine größere Oberfläche einer Platte aus poliertem und gereinigtem Glas wird mit einer dünnen Metallbeschichtung versehen; die Glasplatte hat parallele Seitenflächen. In diesem Beispiel wird Chrom als Metall verwendet, da es· ein guter elektrischer Leiter ist; die Beschichtung ist gerade dick genug, daß sie licht-undurchlässig ist. Die Chromschicht wird vollständig mit einem Film aus einer lichtunempfindlichen Deckmasse bzw» einem Photoresist-material, bzw. einem Photoresistlack, bedeckt; dann wird ein Kupfernetz in Kontakt mit dem Photoresistlack gebracht. Der Photoresistlack wird belichtet, indem er durch das Kupfernetz unter Verwendung von ultraviolettem Licht bestrahlt wird» Das Kupfernetz wird abgenommen, und dann wird der belichtete Photoresistlack unter Verwendung eines Lösungsmittels abgelöst, so daß der unbelichtete Photoresistlack zurück

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bleibt. Die Bereiche der Chrombeschichtung, die nicht mit Photoresistlack bedeckt sind, werden durch Ätzen mit einer geeigneten Säure entfernt; anschließend wird die Oberfläche abgewaschen. Die zurückbleibende Chrombeschichtung bildet die Maschenelektrode, wobei die Glasbereiche in den öffnungen der Maschenelektrode geätzt werden, so daß unterätzte Vertiefungen anstehen. Durch die Wirkung des Ätzmittels wird eine Unterätzung bzw. Hintersehneidung der Maschenelektrode erzeugt, wobei die Chrom-Maschenelektrode selbst als Maske für diesen Ätzprozeß wirkt. Anschließend wird Photokatodenmaterial 5 aus der Dampfphase auf den Bodenbereichen der Vertiefungen abgelagert. Gleichzeitig wird zwangsläuftig auch Photokatodenmaterial auf der Maschenelektrode abgelagert; dadurch wird jedoch nicht die Funktionsweise der Photokatode beeinträchtigt, da die Chrom-Maschenelektrode licht-undurchlässig ist. In diesem Beispiel wird als Photokatodenmaterial ein polykristallines Alkalimaterial verwendet, das aus Antimon, Kalium, Natrium und Caesium besteht; solche Materialien werden üblicherweise eingesetzt, wobei manchmal auf Natrium verzichtet wird.

Wenn eine optische Abbildung auf die untere Oberfläche 7 der Glasplatte 1 in Richtung der Pfeile 8 projiziert wird, bewirkt das Licht, welches das Photokatodenmaterial 5 erreicht, eine Elektronenemission, wobei sich einige der Elektroden nach außen in die durch die Pfeile 9 dargestellte Richtung bewegen. Die emittierten Elektronen werden durch Leck- bzw. Ableitungsströme von der Maschen elektrode 6 über die Fände 4 ersetzt. Die Maschenelektrode 6 leitet also Elektronen zu den Photokatoden-Elementen. Nicht alle

emittierten Elektronen entkommen in die Richtung der Pfeile 9, da einige auf die Seitenwände 4 auftreffen. Sind die Beleuchtungswerte sehr hoch, so können sehr große Elektronenemissionsströme erzeugt werden; dann steigt die

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Potentialdifferenz, die aufgrund des Ableitstromes zwischen der Maschenelektrode 6 und dem Photokatodenmaterial 5 entsteht, auf einen Wert an, bei dem nur die emittierten Elektronen mit der höchsten Energie entkommen können; die weniger energiereichen Elektronen werden durch das dort vorliegende positive Potential zu dem Photokatodenmaterial zurückgebracht.

Es soll angenommen werden, daß jeder lokalisierte Bereich des Photokatodenmaterials eine Fläche von ^O um χ ^O um (0o002·· χ 0.002¹') hat; um den maximalen Elektronenemissionsstrom auf den akzeptablen Wert von 1CT TA. zu begrenzen, muß der effektive Widerstand zwischen dem Photokatodenmaterial 5 und der Maschenelektrode 6 ungefähr 10** ^"Oh sein· Eine Photokatode der oben erwähnten Größe ist ausreichend klein, um einem einzigen Bildelement zu entsprechen, wenn sie in einer normalen Fernsehkameraröhre verwendet wird.

In Fig. 3 ist eine alternative Anordnung dargestellt, bei der die einfallenden Lichtstrahlen mit der Abbildung über Lichtleiter 11 zu lokalisierten Bereichen des Photokatodenmaterials gebracht werden; solche Lichtleiter 11 werden auch als optische Fasern bzw. Lichtfasern bezeichnet. Die Lichtleiter 11 sind in einer Glasummantelung 12 eingebettet und werden von ihr umgeben. Die Enden des Glaskerns, welcher die Lichtleiter 11 aufweist, werden 3elektiv geätzt, so daß zwischen erhöhten Bereichen der Glasummantelung 12 örtliche Vertiefungen 13 entstehen. Dazu wird eine dünne Chromschicht auf die anfänglich flache obere Oberfläche der Glasplatte aufgebracht, welche die in die Glasummantelung 12 eingebetteten Lichtleiter 11 aufweist. Dabei kann ein Verfahren verwendet werden, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurdej der Unterschied liegt darin, daß die Chromschicht sehr dünn gemacht wird, so daß sie nahezu

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transparent ist. Wird also das Chrom mit einer Schicht Photoresistlack bedeckt, so werden die Bereiche des Photoresistlacks über den Enden der Lichtleiter 11 dadurch belichtet, daß Licht längs der Lichtleiter selbst und durch die Chromschicht durchgelassen wird. Während der Herstellung werden die Enden der Glasummantelung 12 galvanisiert bzw. mit einem galvanischen überzug versehen, so daß sich eine mit Löchern ausgebildete Maschenelektrode 1/f aufbaut, die an den Rändern etwas über den Vertiefungen hängt. Wenn das Photokatodenmaterial 10 auf dem Boden der Vertiefungen 13 abgelagert wird, verhindert dieser geringe Überhang die Ablagerung des Photokatodenmaterials auf den Seitenwänden, die durch die ungeätzte Glasummantelung 12 gebildet werden.

Haben die Lichtleiter 11 einen Durchmesser von 15 um, so

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ist ein Widerstand von 10 ^y Ohm zwischen dem Photokatodenmaterial 10 und der Maschenelektrode 1 if erforderlich, um den gleichen Sättigungsstrom wie bei der Photokatode zu erhalten, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde»

Da jede so gebildete "Tasche" aus Photokatodenmaterial physikalisch von den benachbarten "Taschen" getrennt ist, kann keine Bildverbreiterung bzw. Bildsprazung auftreten.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche

{ 1·/Photokatode, gekennzei chnet durch ein transparentes Substrat (1) mit einer Gruppe von Vertiefungen (2), die in einer größeren Oberfläche (3) ausgebildet sind, wobei die Fläche einer jeden Vertiefung (2) an der Oberfläche (3) kleiner als die Fläche der Vertiefung (2) an einem Punkt unterhalb der Oberfläche (3) ist, und wobei die Bodenbereiche der Vertiefungen (2) mit Photokatodenmaterial (5) versehen sind.
2. Photokatode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Vertiefungen (2) unterschnitten sind, so daß eine Querschnittsfläche entsteht, die über wenigstens einen Teil der Wandhöhe mit der Tiefe zunimmt.

3· Photokatode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der größeren Oberfläche eine Maschenelektrode (6), (lif) angeordnet ist, die mit öffnungen versehen ist, die kleiner als die Vertiefungen (2), (13), und mit ihnen ausgerichtet sindo

if. Photokatode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1 ) aus Glas besteht, und daß die Vertiefungen (2) hergestellt werden, indem eine größere Oberfläche des Glases geätzt wird.

Photokatode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer Glasplatte mit parallelen Oberflächen besteht, von denen eine beim Betrieb einfallenden Lichtstrahlen mit einer Abbildung ausgesetzt wird, und daß die andere Oberfläche der Glasplatte mit einer Maschenelektrode versehen ist, die als

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Maske bei dem Ätzverfahren verwendet wird, bei dem die Vertiefungen (2) in dem Glas unter den Öffnungen in der Maschenelektrode ausgebildet werden.

6ο Photokatode nach einem der Ansprüche 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Bündel von parallelen Lichtfasern (11) aufweist, die aus einem von einer Glasummantelung (12) umgebenen Glaskern bestehen.

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