DE2653622A1 - Entladungsgeraet mit kaltkathode zur bildwiedergabe - Google Patents

Description

Entladungsgerät mit Kaltkathode zur Bildwiedergabe

Die Erfindung betrifft ein Entladungsgerät mit einem evakuierten Kolben, in dem sich eine bei Elektronenbeschuß elektromagnetische Strahlung emittierende Anodenelektrode und eine kalte Kathodenelektrode befindet, die bei Empfang elektromagnetischer Strahlung Elektronen emittiert.

Herkömmliche Fernsehbildröhren bestehen aus einem langgestreckten Glaskolben, der an einem Ende eine leuchtstoffbeschichtete Frontplatte und am anderen Ende ein Strahlerz,eugungssystem aufweist, um einen gebündelten Strahl von Elektronen zum Leuchstoffschirm zu senden. Derartige Röhren müssen langgestreckt sein, damit das Strahlerzeugungssystem und auch ein Ablenksystem untergebracht werden können. Wenn man den Schirm der Röhre groß machen will, dann muß die Röhre zwangsläufig auch eine große Tiefenabmessung haben, damit Linearität und Schärfe der Bildwiedergabe erhalten

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bleiben. Die Folge ist, daß man zur Realisierung großer Bildschirme von z.B. 75 cm χ 100 cm eine sperrige Strahlablenkröhre benötigt, die für die meisten praktischen Zwecke zu unhandlich ist.

Um die sich wegen allzu großer Tiefenabmessung und Gewicht ergebenden Probleme zu lösen, sind bereits verschiedene Formen von Bildwiedergabegeräten relativ flacher Bauweise vorgeschlagen worden, die mit Elektrolumineszenz, L^chtmodulatoren, Gas- und Plasma-Entladung oder Kathodolumineszenz arbeiten. Von diesen vorgeschlagenen Ausführungsformen können nur die auf der Grundlage von Kathodolumineszenz funktionierenden Geräte vollfarbige große Bilder von z.B. 75 cm χ 100 cm mit einer genügenden Helligkeit von z.B. 0,1 Lambert erzeugen und gleichzeitig mit einer in vernünftigen Grenzen liegenden Leistung von z.B. weniger als 1 Kilowatt auskommen. Alle anderen Technologien sind zur Zeit wegen zu hohen LeistungsVerbrauchs und/oder begrenzter Farbtüchtigkeit weniger geeignet.

Ein Haupttyp der vorgeschlagenen kathodolumineszierenden Bildwiedergabegeräte besteht aus einer Matrix selektiv adressierbarer Kathodolumineszenzzellen, bei denen mit einer Vielzahl geradliniger Elektronenstrahlen gearbeitet wird. In diesem Gerätetyp befindet sich an jeder durch eine x-Koordinate und eine y-Koordinate definierten Stelle der Matrix eine Elektronenquelle, und der in Richtung der z-Koordinate sehr kurze zum Bildschirm fließende Elektronenstrom wird gesteuert. Die Hauptschwierigkeit besteht hier in der Schaffung einer großflächigen Kathode, die eine ausreichende Emission über eine mit dem Schirm gleichgroße Fläche liefern kann. Thermionische Emissionsquellen verbrauchen zu viel Leistung und erfordern außerdem eine komplizierte Technik für eine wirksame großflächige Emission. Kaltemissionsgeräte wie z.B. Feldemissionsquellen bringen schwer zu lösende Probleme hinsichtlich ihrer Herstellung, Struktur und Materialien.

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Entladungsgerät der

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eingangs beschriebenen Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Anodenelektrode und der Kathoden elektrode ein im wesentlichen offener Kanal befindet, derart, daß ein Teil der von der Anodenelektrode erzeugten Strahlung frei zurück auf die Kathodenelektrode fallen kann, und daß die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode in Bezug aufeinander derart angeordnet sind, daß beim Anlegen entsprechender Spannungen fortlaufend Elektronen in den Kanal emittiert werden, und daß eine Anordnung zur Modulation des von der Kathodenelektrode zur Anodenelektrode fließenden Elektronenstroms vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Ifig. Λ" zeigt schematisch ein Kaltkathoden-Entladungsgerät gemäß der Erfindung·"

Fig. 2 "zeigt schematisch eine Art der Modulation des vom erfindungsgemäßeh Kaltkathodengerät emittierten Elektronenstroms mittels Ladungssteuerung;

Fig.'3 zeigt"schematisch eine Art der Modulation des vom erfindungsgemäßen Kaltkathodengerät emittierten Elektronenstroms mittels Stromsteuerung;

Fig."%' zeigt aufgeschnitten in perspektivischer Darstellung eine Bildwiedergabeeinrichtung, die eine Matrix aus Kaltkathodenelementen des in Fig. 1 dargestellten Typs enthalt;

Fig. "5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in Fig. 4- dargestellten Einrichtung und zeigt eine einzelne 'Kathodölümineszenzzelle;

Fig. 6 zeigt schematisch ein erfinduhgsgemaßes Kaltkathodengerät mit einer Anordnung zur Elektronenvervielfachung;

Fig. 7 zeigt aufgeschnitten in perspektivischer Darstellung eine

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Bildwiedergabeeinriclitung, die ein erfindungsgemäßes Kaltkathodengerät mit Anordnungen zur Elektronenvervielfachung enthält;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie 8-8 der Fig. 7·

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte und insgesamt"mit 10 bezeichnete Kaltkathoden-Entladungsgerät hat einen evakuierten Kolben, der mit der gestrichelten Umrahmung 12 angedeutet ist. Innerhalb des evakuierten Kolbens befindet sich eine Kathodenelektrode 18. Diese Kathode 18 besteht aus einer Schicht 20 aus einem lichtelektrisch emittierenden Material wie etwa Caesiumantimonid und einer Schicht 22 aus elektrisch leitendem Material wie etwa Kupfer. Wenn man für die Photoemissionsschicht 20 ein Material wie z.B. Barium verwendet, welches sowohl elektrisch leitend als auch photoelektrisch emittierend ist, dann kann auf die gesonderte leitende Schicht 22 verzichtet werden.

Innerhalb des evakuierten Kolbens 12 befindet sich außerdem eine Anodenelektrode 2A-, die der Kathode 18 im Abstand gegenüberliegt. Die Anode 24 ist derart gegenüber der Kathode 18 angeordnet, daß dazwischen ein offener Kanal gebildet wird, der schematisch durch Pfeile 16 angedeutet ist. Außerdem muß der Abstand zwischen der Anode 24 und der Kathode 18 kleiner sein als oder vergleichbar mit entweder der Breite oder der Tiefe des Kolbens 12. Die Anode 24 besteht aus einer Schicht 26 eines fluoreszierenden Materials wie etwa mit Ger dotiertem Lanthanphosphat und einer Schicht 28 eines elektrisch leitenden Materials wie z.B. Aluminium.

Zwischen der Anode 24 und der Kathode 18 ist eine Gitterelektrode 30 angeordnet. Die Gitterelektrode 30 kann sich an beliebiger Stelle zwischen Kathode 18 und Anode 24 befinden, der Abstand zwischen der Gitterelektrode 30 und der Anode 24 muß jedoch genügend groß sein, um das Anlegen einer Potentialdifferenz von einigen Kilovolt zu gestatten. In bevorzugter Ausfuhrungsform ist die Gitterelektrode 30 als Netz oder Drahtgitter ausgebildet. Sie kann jedoch

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auch aus zwei im Abstand einander gegenüberliegenden Elektroden bestehen oder irgend eine andere Struktur aufweisen, mit der ein elektrisches Feld geschaffen werden kann, um den Durchgang der sie durchdringenden Elektronen zu steuern, ohne den offenen Kanal 16 zwischen der Kathode 18 und der Anode 24- ernsthaft zu versperren.

Das in Fig. 1 dargestellte Kaltkathoden-Entladungsgerät 10 arbeitet auf folgende Weise. Unter dem Einfluß einer zwischen die Kathode 18 und die Anode 24- gelegten elektrischen Spannung V_ wird ein von der Photokathode 18 emittiertes einzelnes Elektron e durch das Gitter 30 hindurch zur Anode 2M- hin beschleunigt, und zwar mit einer Übertragungs- oder Durchlaßwahrscheinlichkeit A. Es treffen dann also A Elektronen mit einer Spannung V_Q auf die Anode 24 auf,

cL

wodurch das Material in der Anodenschicht 26 zum Fluoreszieren gebracht wird. Da das Gerät 10 einen relativ freien offenen Kanal 16 zwischen der Anode 24- und der Photokathode 18 hat, wird ein Teil F der in der fluoreszierenden Schicht 26 erzeugten Fluoreszenzenergie zurück auf die Photokathode 18 gesendet. Wenn E der Fluoreszenzwirkungsgrad des Leuchtstoffs an der Anode und F₀ der die Photokathode erreichende Teil der Fluoreszenzenergie ist und wenn die Photokathode einen Wirkungsgrad Ε_β hat, dann werden als Folge der Initialemission eines einzigen Kathodenelektrons G = F„ E · E · A · V Elektronen emittiert. Wenn G größer ist als 1,

C J) SL

dann wird der Strom in der Zelle ständig stärker, bis eine Sättigung erreicht ist und eine ununterbrochene Emission von Elektronen erfolgt.

Zur Modulation des vom Kaltkathodengerät 10 emittierten Elektronenstroms sind zwei Arten von Stromsteuerung und eine Art von Ladungssteuerung möglich. Bei der Ladungssteuerung (vgl. Fig. 2) sind die Gitterelektrode 30 und die Kathodenelektrode 18 kapazitiv gekoppelt, wobei die Kathode 18 auf einem negativeren Potential als das Gitter 30 liegt. Hierbei kann entweder die Kathode 18 oder das Gitter 30 mit Masse verbunden sein. Der durch das Gitter 30 dringende Strom entlädt die Kapazität, wodurch das Gitter 30 ausreichend weit ne-

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gativ gegenüber der Kathode 18 gemacht wird, daß die oben genannte Größe G (die als Schleifenverstärkung bezeichnet werden kann) kleiner wird als 1 und dadurch die Elektronenemission aufhört. Der gesamte Iiadungsfluß ist vergleichbar mit Q = C · V , wobei V die Potentialdifferenz zwischen der Kathode 18 und dem Gitter 30 und G_Q die Kapazität zwischen dem Gitter 30 und der Kathode 18 ist. V kann relativ klein sein, gewünschtenfalls z.B. kleiner als 10 Y. Es sei hier erwähnt, daß die Funktion des Gitters 30 darin besteht, das starke Anodenfeld abzuschirmen und dadurch eine Ladungsmodulation mit niedriger Spannung zu ermöglichen.

Wenn die Entladung durch Stromsteuerung begrenzt wird, dann kann die Modulation durch Modulierung der "Einschaltzeit;" des gleichmäßig begrenzten Ausgangsstroms erzielt werden. Eine Art Stromsteuerung ist die ohmsche Belastung. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Gitter 30 auf eine gegenüber der Kathode 18 positive Spannung Y_m vorgespannt. Zwischen das Gitter 30 und die Vorspannungsquelle V wird ein Widerstand mit dem Wert R₀ geschaltet. Wenn die Entladung einen bestimmten Grad erreicht hat, bewirken Elektronen, die vom Gitter 30 aufgefangen werden (falls die Kathode 18 mit Masse verbunden ist) oder die von der Kathode 18 fortströmen (falls das Gitter 30 mit Masse verbunden ist), einen Strom I , der ungefähr gleich Y : R ist und ausreicht, die Spannung zwischen Kathode und Gitter auf einen Wert fallenzulassen, bei dem die Schleifenverstärkung genau gleich 1 ist. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Strom I durch Änderung von V oder von R gesteuert werden kann. Ferner sei darauf hingewiesen, daß das Gitter wie im Falle der Ladungssteuerung auch bei der Stromsteuerung einfach den Zweck hat, die Spannung V , bei der die Entladung geschaltet werden kann, zu vermindern. Im Prinzip ist das Gitter 30 für den Betrieb des Geräts überflüssig, und in der Praxis könnte, wenn das Gerät im Gleichstrombetrieb arbeiten soll, eine ohmsche Belastung an der Anode 24 in ähnlicher Weise wie oben ohne Gitterstruktur verwendet werden. In einem solchen Fall wäre I vergleichbar mit V : R .

Eine andere Art der Stromsteuerung ist die Raumladungsbelastung.

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Auch hierbei kann die beschriebene Art der Sättigung im Prinzip ohne eine Gitterelektrode erreicht werden, jedoch sind durch Raumladung gesättigte Ströme nur dann niedrig, wenn die Anodenspannung vom Kathodenbereich abgeschirmt werden kann. Bei Vorhandensein des Gitters ist der größtmögliche durch die Raumladung bedingte Sättigungswert der Stromdichte j, die von der Kathode abgezogen werden kann, eine Funktion der 3/2ten Potenz der Gitter-Kathoden-Spannung V geteilt durch das Quadrat des Gitter-Kathoden-Abstandes S.

Die vorangegangene Beschreibung hat gezeigt, wie eine grundlegende fluoreszierende Entladungszelle arbeiten würde, wenn die Schleifenverstärkung größer als tatsächlich erzielbar wäre, 5¹Ur einen gegebenen Leuchtstoff und eine gegebene Fotokathode besteht ein Zusammenhang zwischen den verwendeten Materialien und den erforderlichen Anodenspannungen zur Erzielung einer Entladung, wobei folgendes zu beachten ist. In der Formel für die Schleifenverstärkung G=F. · E · E· A · V kann davon ausgegangen werden, daß das Gitter einen hohen Durchlassgrad (z.B. mit A gleich ungefähr 0,8) hat und daß die Kathode nicht allzu weit entfernt von der Anode liegt (z.B. so, daß F_c ungefähr gleich 0,2 ist). Dies bedeutet

für G ζ 1, daß Ε_Λ · E · V_Q £ 6 oder V_Q Z 7^ ~-r . In der

c ρ a a ^u. „ Ji, ;

nachstehenden Tabelle I sind für Kombinationen verschiedener Kathoden und Leuchtstoffe Beispiele für Schwellenspannungen V angegeben, die unter Berücksichtigung des vorstehenden Kriteriums zur Erzielung einer fortlaufenden Entladung erforderlich sind.

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TABELLE I

Kathode/Leuchtstoff	Leistungswir kungsgrad E des Leucht-P stoffs	Wellenlänge^ der Fluores zenz	Leistungswir kungsgrad E der Kathode	Erforderliehe Anodenspannung Va
	(ev/ev)		(ev/ev)
0sSb/22-Z-646A	0,281	4600 S	3?8 χ 10"2	600 Volt
CsSb/LaPO.:Ce	0,024	3150 ϊ	4,8 χ 10""2	6 kV
Ba/33-Z-2OD	0,2176	4350 A	6,3 x 10"5	435 kV
Ba/LaPO^:Ce	0,024	3150 S	372 χ 10""4	780 kV

Aus der Tabelle I geht hervor, daß die Werte für den Wirkungsgrad der Photokathode das Kriterium für die Schwellenspannung der Entladung am meisten beherrschen. Wenn man die Probleme von Caesiumkathoden hinsichtlich ihrer Lebensdauer und Materialien in Kauf nehmen kann, läßt sich ein praktikables Entladungsgerät schaffen, welches für Anodenspannungen von weniger als 1 kV geeignet ist. Wenn Probleme hinsichtlich der Lebensdauer die Verwendung stabilerer Photokathoden erfordern, dann braucht man eine Anodenspannung von mehr als 100 kV.

Die E¹Xg. 4- zeigt eine insgesamt mit 40 bezeichnete Bildwiedergabeeinrichtung, die eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Kaltkathoden-Entladungsgeräten in matrixartiger Anordnung enthält. Ein im wesentlichen ebenes Substrat 50, eine im wesentlichen ebene Frontplatte 54- und am Umfang liegende Seitenwände (nicht dargestellt), die das Substrat 50 und die Prontplatte 54- im Abstand im wesentlichen parallel zueinander halten, bilden einen evakuierten Kolben. Das Substrat 50 besteht aus einer Platte elektrisch isolierenden Materials wie etwa Glas und hat eine nach innen weisende Oberfläche 51· Die Frontplatte 5^- ist eine Platte aus transparentem elektrisch leitendem Material wie z.B. Glas, deren nach innen weisende Oberfläche mit 55

¹^ bezeichnet ist.

Innerhalb des evakuierten Kolbens wird durch senkrechte Überschneidungen einer ersten Gruppe paralleler Rippen 4-4- und einer zweiten Gruppe paralleler Rippen 4-6 eine Matrix aus Kathodolumineszenzzellen 4-2 gebildet. Jede Rippe besteht aus einem Streifen elektrisch isolierenden Materials wie z.B. Glas. Die Pig. 5 zeigt eine Zelle 4-2, deren Grenzen durch gestrichelte Linien 4-3 angedeutet sind. Jede einzelne Zelle 4-2 besteht im Grunde aus einem erfindungsgemäßen Kaltkathodengerät mit einer photoelektrischen Kathodenelektrode 4-5, einer fluoreszierenden Anodenelektrode 4-7, einem im wesentlichen offenen Kanal zwischen Anode 4-7 und Kathode 4-5 sowie einer Gitterelektrode 52. Die Kathode 4-5 besteht aus einer auf die Innenfläche 51 des Substrats 50 aufgetragenen Schicht 4-9 eines elektrisch leitenden Materials wie z.B. Aluminium und einer auf die leitende Schicht

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49 aufgetragenen Schicht 53 aus lichtelektrischem Material wie z.B. Caesiumantimonid. Um eine Adressierung in der Bildwiedergabe einrichtung zu ermöglichen, ist die Kathode bei der Ausführungsform nach Fig. 4 in eine Vielzahl einzeln adressierbarer Kathodenstreifen 45 aufgeteilt, die zwischen benachbarten Rippen der ersten Rippengruppe 44 liegen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, besteht die Anode 47 aus einer auf die Innenfläche 55 der Frontplatte 5^ aufgetragenen Schicht 56 eines fluoreszierenden Materials (Leuchtstoff) wie z.B. Willemit, welches bei Elektronenbeschuß sichtbare elektromagnetische Strahlung emittiert. Auf der fluoreszierenden Schicht 56 befindet sich eine elektrisch leitende Schicht 57· Die leitende Schicht 57 besteht aus einem Material (z.B. Zinnoxid), welches für die von der fluoreszierenden Schicht 56 emittierte Strahlung mindestens teilweise durchlässig ist.

Obwohl in Fig. 5 die fluoreszierende Schicht 56 als zwischen der Frontplatte 5^ und der leitenden Schicht 57 liegend dargestellt ist, kann auch eine andere Ausführungsform (nicht dargestellt) der Anodenelektrode vorgezogen werden. Bei dieser anderen Ausführungsform besteht die Anode aus einer auf die Innenfläche der Frontplatte aufgetragenen ersten fluoreszierenden Schicht, einer auf die erste fluoreszierende Schicht aufgetragenen elektrisch leitenden Schicht und einer auf die leitende Schicht aufgetragenen I zweiten fluoreszierenden Schicht. Die erste fluoreszierende Schicht ist aus einem Stoff (z.B. Willemit),der sichtbare elektrische Strahlung emittiert. Die elektrisch leitende Schicht braucht bei dieser anderen Ausführungsform nicht durchlässig für die von der ersten fluoreszierenden Schicht emittierte sichtbare Strahlung zu sein. Es ist im Gegenteil zweckmäßig, die leitende Schicht aus einem reflektierenden Material wie z.B. Aluminium herzustellen, um die Helligkeit der Bildwiedergabe zu verbessern. Die zweite fluoreszierende Schicht ist aus einem Stoff (z.B. aus mit Cer dotiertem Lanthanphosphat), der elektromagnetische Strahlung emittiert. Bei dieser anderen Ausführungsform braucht die von der zweiten fluores-

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zierenden Schicht emittierte elektromagnetische Strahlung nicht im sichtbaren Bereich zu liegen, solange sie nur das lichtelektrische Material der Kathode zur Emission von Elektronen anregt.

Zur Ermöglichung einer Adressierung in der Bildwiedergabeeinrichtung ist die Gitterelektrode bei der Ausführungsform nach 3?ig. 4 ebenfalls in eine Vielzahl einzeln adressierbarer Gitter 52 unterteilt. Jedes adressierbare Gitter 52 besteht aus einem Streifen elektrisch leitenden Materials wie z.B. Kupfer und ist als Netz ausgebildet· Jeder dieser Streifen liegt zwischen zwei benachbarten Rippen der zweiten Rippengruppe 46. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 entspricht jeder adressierbare Streifen 52 einer horizontalen Bildzeile und hat im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie eine auf der Erontplatte 5^ wiedergegebene horizontale Bildzeile. Im Lauf der Beschreibung des Betriebs dieser Bildwiedergabeeinrichtung wird daher jedes adressierbare Gitter 52 als horizontales Adressengitter und jeder dazu senkrechte Kathodenstreifen 45 als vertikaler Kathodenstreifen bezeichnet. Es ist jedoch stets daran zu denken, daß diese Kombination auch umgekehrt werden kann, d.h. man verwendet vertikale Adressengitter und horizontale Kathodenstreifen. Eine solche Umkehrung soll mit den hiesigen Offenbarungen gleichermaßen umfaßt werden.

Um die Wiedergabeeinrichtung 40 zu betreiben, wird an die Anode 47 eine Spannung V angelegt, und — bei Anwendung ladungssteuernder

el

Mittel zur Modulation — empfängt jeder vertikale Kathodenstreifen 45 eine eigene gesonderte Signalspannung V , bevor eine Horizontalzeile zu "entladen" bzw. darzustellen ist. Diese Spannungen haben eine gespeicherte Ladung Q , die zur Eigenkapazität G des vertika-

θ O

len Kathodenstreifens und zu der diesem Kathodenstreifen angelegten Signalspannung V in der Beziehung Q = C_n · TT steht. Während der

e β ο e

Aufladung dieser Kapazitäten sind alle horizontalen Adressengitter 52 negativer als die negativste der an die vertikalen Kathodenstreifen gelegten Signale vorgespannt. Dies stellt sicher, daß in keiner der Zellen 42 eine Entladung stattfindet. Eine Entladung'kann

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herbeigeführt werden, indem das horizontale Adressengitter 4-2 der darzustellenden Horizontalzeile so weit positiv geschaltet wird, daß selbst das mit dem niedrigsten Signal beaufschlagte (d.h. das positivste) Element zünden kann.

Nach dem Zünden lädt sich jeder der vertikalen Kathodenstreifen 4-5 mehr und mehr positiv auf, bis alle Elementarspannungen V_e ungefähr gleich der Spannung des "eingeschalteten" horizontalen Adressengitters sind. Diese Spannung wird im folgenden mit V ,-"ein" bezeichnet. Daher ist die Ladungsmenge, welche die fluoreszierende Schicht 56 der Anode 4-7 auf der Länge der darzustellenden Horizontalzeile erreicht, praktisch proportional der den vertikalen Kathodenstreifen 4-5 angelegten Anfangsspannungen V . Ein Betrieb in dieser Weise entspricht der weiter oben beschriebenen Modulation durch Ladungssteuerung.

Ein ähnlicher Betrieb könnte erreicht werden, indem man zur Adressierung einer speziellen Horizontalzeile die Gitterspannung V * wie

eben auf V .-!'ein" schaltet, aber alle vertikalen Kathodenstreifen g1

4-5 auf einer gemeinsamen Spannung hält, was zu gemeinsamen durch Raumladung gesättigten Strömen zwischen Kathode und Gitter führt. Ein wiederum anderer Weg wäre, die Kathoden mit gleichen Widerständen zu belasten, so daß man gemeinsame durch ohmsche Belastung gesättigte Ströme erhält. Bei diesen !letztgenannten Stromsteuerarten läßt sich eine Modulation dadurch erreichen, daß man die gesättigten Ströme mit einer an den Kathoden bewirkten Impulslängenmodulation beendet. Dies geschieht, indem man jeden Kathodenstreifen zu jeweils einem gesonderten Zeitpunkt auf eine positive "ein"-Spannung umschaltet. Im Falle der Sättigung durch ohmsche Belastung ist es auch möglich, die an die Kathodenstreifen 4-5 gelegte Spannung Y zu modulieren, um die gewünschte Stromstärke zu erhalten.

Wie oben erwähnt, erreicht eine Ladungsmenge, die proportional der an einen vertikalen Kathodenstreifen 4-5 gelegten Anfangs spannung V ist, die fluoreszierende Schicht 57 der Anodenelektrode 4-7 bei

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einer Spannung V , was den betreffenden Teil der Schicht 57 innerhalb einer adressierten Zelle veranlaßt, Licht isotropisch zu emittieren. Ein Teil des emittierten Lichts dringt somit durch die transparente Frontplatte 54 und kann von außen gesehen werden. Außerdem läuft ein Teil des emittierten Lichts durch den offenen Kanal bzw. die Zelle 42 und trifft auf die lichtelektrische Schicht 53 der Kathode 45, wodurch mehr Elektronen emittiert werden, die dann ihrerseits zur Gitterelektrode 52 hin fliegen, bis die Elementarspannung V im wesentlichen gleich der Gitteradressenspannung V ''ein" ist.

V/ie oben erwähnt, beherrscht bei den erfindungsgemäßen Kaltkathodengeräten der Wirkungsgrad der Photokathode das Kriterium für die Entladungsschwelle. Wie bereits ausgeführt, kann man bei Verwendung von Gaesiumphotokathoden mit praktischen Anodenspannungen von weniger als einem Kilovolt auskommen. Für Anwendungsfälle wie etwa bei der Fernsehwiedergabe benötigt man jedoch stabile Photokathoden, die eine relativ lange Lebensdauer haben, so daß hier Caesium-Photokathoden weniger günstig sind. Verwendet man andererseits stabile Photokathoden z.B. aus Barium , die zwar die gewünschte lange Lebensdauer, aber einen niedrigen Wirkungsgrad haben, dann steigt die Schwellenspannung auf einen untunlich hohen Wert, z.B. auf mehr als 100 Kilovolt. Aus dieser Verlegenheit kann man kommen, indem man zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode eine Anordnung zur Elektronenvervielfachung vorsieht.

Ein Kaltkathoden-Entladungsgerät mit einer Anordnung zur Elektronenvervielfachung ist schematisch in Pig. 6 dargestellt und insgesamt mit 60 bezeichnet. Das Gerät 60 besteht aus einem evakuierten Kolben, der mit den unterbrochenen Linien 62 angedeutet ist. Innerhalb des evakuierten Kolbens 62 befindet sich eine Kathodenelektrode 64, die aus einer Schicht eines elektrisch leitenden und lichtelektrisch emittierenden Materials wie z.B. Barium besteht. Falls für das lichtelektrisch emittierende Material ein Isolator wie z.B. Caesium-antimonid verwendet wird, muß es auf einer Schicht eines elektrisch leitenden Materials aufgetragen sein, wie es weiter oben für das

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Kaltkathodengerät 10 in Fig. 1 beschrieben wurde.

Innerhalb des evakuierten Kolbens 62 befindet sich außerdem eine Anodenelektrode 70, die der Kathodenelektrode 64 im Abstand gegenüberliegt. Die Anode 70 ist derart gegenüber der Kathode 64 angeordnet, daß zwischen diesen beiden Elektroden ein offener Kanal existiert, der schematisch durch Pfeile 78 angedeutet ist. Die Anode 70 besteht aus einer Schicht 74 aus einem fluoreszierenden Material (Leuchtstoff) wie z.B. aus mit Cer dotiertem Lanthanphosphat, und einer Schicht 72 eines elektrisch leitenden Materials wie z.B. Aluminium, Kupfer, oder Zinnoxid.

Die Anordnung zur Elektronenvervielfachung besteht in bevorzugter Ausführungsform aus einem Elektronenvervielfacher, der in der schematischen Darstellung nach Fig. 6 insgesamt mit 76 bezeichnet ist. Der Elektronenvervielfacher ist innerhalb des evakuierten Kolbens 62 zwischen der Anode 70 und der Kathode 64 angeordnet. Der Elektronenvervielfacher 76 muß eine solche Struktur haben, daß er den offenen Kanal 78 zwischen der Kathode 64 und der Anode 70 nicht wesentlich versperrt. Der Elektronenvervielfacher 76 enthält mindestens ein am Rand des offenen Kanals 78 angeordnetes Dynodenglied (Sekundäremissionselektrode). Jedes der Dynodenglieder 80 besteht aus einer Schicht 82 eines elektrisch leitenden Materials wie z.B. Aluminium mit einer darüberliegenden Schicht 84 eines Materials mit hohem Sekundäremissionsvermögen (z.B. Magnesiumoxid). In der schematischen Darstellung der Fig. 6 sind insgesamt 9 Dynodenglieder 80 (a) bis 80 (i) eingezeichnet. Die tatsächliche Anzahl der erforderlichen Dynodenglieder 80 ist jedoch eine Funktion des gewünschten Verstärkungsfaktors des Vervielfachers, wie es weiter unten erläutert wird.

Das erfindungsgemäße Kaltkathodengerät 60 nit seiner Anordnung zur Elektronenvervielfachung arbeitet wie nachstehend. Als Folge irgendeines Nebenereignisses, z.B. durch kosmische Streustrahlung oder irgend eine Quelle elektromagnetischer Strahlung wie etwa eine von außen angelegte Lichtquelle (nicht dargestellt), werde mindestens

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ein Elektron e von der photoelektrischen Emissionsschicht der Kathode 64- emittiert. Zwischen aufeinanderfolgende Dynodenglieder 80 seien im wesentlichen gleiche Spannungen gelegt. Das emittierte Elektron e wird dann auf die Sekundäremissionsschicht 84-des nächstliegenden Dynodenglieds 80 (a) schlagen und dadurch die Emission von mehr Elektronen hervorrufen. Diese Elektronen schlagen auf das nächste Dynodenglied 80 (b) und werden in dieser Weise fort durch den Elektronenvervielfacher 76 vervielfacht. Wenn der Elektronenvervielfacher 76 einen Verstärkungsfaktor von G_m hat, gibt der Ausgang des Elektronenvervielfachers 76 für jedes an der photoelektrischen Emissionsschicht emittierte Elektron e am Ende G Elektronen ab.

Zwischen die Anode 70 und das letzte Dynodenglied 80 (i) sei eine elektrische Spannung V gelegt. Die elektrische Spannung V ist

a a

in Fig. 6 durch eine Spannungsquelle dargestellt, deren positiver Pol mit der leitenden Schicht 72 der Anode 70 und deren negativer Pol mit der leitenden Schicht 82 des letzten Dynodenglieds 80 (i) verbunden ist. Die am Ausgang des Elektronenvervielfachers 76 erscheinenden G Elektronen fliegen unter dem Einfluß der zwischen die Anode 70 und das letzte Dynodenglied 80 (i) gelegten elektrischen Spannung V„ zur Anode 70 hin und schlagen mit dner Spannung

EL

V auf die fluoreszierende Schicht 74- der Anode 70. Die auf die

fluoreszierende Schicht 74- schlagenden G Elektronen bewirken, daß das fluoreszierende Material elektromagnetische Strahlung erzeugt, und zwar mit einem Fluoreszenzwirkungsgrad E .

Da der Elektronenvervielfacher 76 so konstruiert isb , daß zwischen der fluoreszierenden Schicht 74- der Anode 70 und der Photoemissionsschicht der Kathode 64- ein offener Kanal bleibt, wird ein Teil F

der von der fluoreszierenden Schicht 74- emittierten elektromagnetischen Strahlung zurück zur Photoemissionsschicht der Kathode 64- gesendet und trifft auf dieser Schicht auf, wodurch zusätzliche Elektronen e emittiert werden. Diese emittierten Elektronen werden dann durch den Elektronenvervielfacher 76 wiederum mit einem Verstärkungsfaktor G_1n vervielfacht, schlagen anschließend auf die fluoreszierende

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Schicht 74- und erzeugen weitere elektromagnetische Strahlung. Für einen einzelnen Zyklus führt diese Arbeitsweise zur Emission von G = F · E_Q · E · G-_m · Y_& Elektronen infolge einer Initialemission eines einzigen Elektrons von einer Photoemissionsschicht mit einem Photokathoden-Wirkungsgrad E . Es ist leicht einzusehen, daß wenn G größer ist als 1, der Strom in der Zelle ständig anwächst, bis eine Sättigung erreicht ist und eine fortlaufende Elektronenemission stattfindet. Der Sättigungswert der Elektronenentladung wird aufrecht erhalten, vorausgesetzt der Wert von G wird gleich

Wie bereits erwähnt, hängt die Anzahl der erforderlichen Dynodenglieder 80 von dem gewünschten Verstärkungsfaktor G des Elektronenvervielfachers ab. Weiterhin ist die Schleifenverstärkung G des Geräts eine Funktion des Verstärkungsfaktors G des Elektronenvervielfachers, und diese Schleifenverstärkung muß größer als 1 sein, wenn eine fortlaufende Elektronenentladung stattfinden soll. Für eine gegebene optische ^ckkopplungsanordnung, die direkten Einfluß auf den Rückkopplungsgrad (F ),den Photokathoden-Wirkungsgrad (E ), den Fluoreszenz-Wirkungsgrad des Anodenleuchtstoffs (E ) und die angelegte Spannung (V ) hat, muß daher der Verstär-

P ^a

kungsfaktor G des Elektronenvervielfachers 76 so bemessen sein, daß die Schleifenverstärkung G des Geräts größer ist als 1. Unter Hinweis auf den für die Schleifenverstärkung G oben angegebenen Ausdruck G = F · E · E · G · V sei erwähnt, daß die Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor G des Elektronenvervielfachers und der angelegten Spannung V so ist, daß V unter Erhöhung von

a a

G vermindert werden kann, während die Schleifenverstärkung G auf m

einem Wert größer als oder gleich 1 gehalten wird.

Zur Veranschaulichung dieses Zusammenhangs sei nachstehend als Beispiel eine bestimmte Ausführungsform mit folgenden Merkmalen betrachtet: Die Photokathode habe eine Barium-Photoemissionsschicht

-A- EA- (E = 3*2 · 10 e/eV bei der Emissionsfrequenz von Lanthanphos-

phat); die Anode enthalte eine fluoreszierende Schicht 74- aus mit Ger dotiertem Lanthanphosphat (E_ = 0,024-eV/eV) ; das Gerät habe eine Struktur, bei der etwa 0,1$ der von der fluoreszierenden Schicht 74-

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emittierten elektromagnetischen Strahlung zurück auf die Photokathode 64· fallen kann (F = 10 ); der Verstärkungsfaktor G

Cm m

des Vervielfachers betrage 10 . Für dieses Beispiel gilt für andauernde Elektronenemission:

10 ⁵ · 3,2 · 10"⁴" · 2,4- - 10~² - 10⁴ . V, 7,7 · 10~⁵

V ^ 13kV.
a

4- 5 Wenn der Verstärkungsfaktor G des Vervielfachers von 10 auf 10

erhöht wird, dann vermindert sich Y auf Z 1,3kV.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß mit der Einfügung einer elektronenvervielfachenden Anordnung in das erfindungsgemäße Kaltkathodengerät das Verhalten dieses Geräts hinsichtlich des Elektronenfluß-Steuermechanismus der Ladungssteuerung oder der Stromsteuerung nicht geändert wird. Daher gelten die oben gegebenen Erläuterungen der Ladungssteuerung und Stromsteuerung für ein KaItkathodengerät mit einer Gitterelektrode gleichermaßen für ein Gerat mit Anordnung zur Elektronenvervielfachung, ungeachtet ob im letzteren Fall eine Gitterelektrode als gesondertes Merkmal enthalten ist oder nicht.

Das vorstehend beschriebene Kaltkathodengerät mit Anordnung zur Elektronenvervielfachung eignet sich natürlich für alle Anwendungsarten, bei denen eine wirksame Kaltkathode benötigt wird. Da das Gerät jedoch fähig ist, eine große Menge von Elektronen über große Flächen zu erzeugen, ist es besonders nützlich für mitKathodolumineszenz arbeitende Bildwiedergabeeinrichtungen, insbesondere für solche in flacher Bauweise. Die Fig. 7 zeigt eine solche flach ausgebildete Kathodolumineszenz-Bildwiedergabeeinrichtung, die insgesamt mit 90 bezeichnet ist und ein erfindungsgemäßes Kaltkathodengerät

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mit Anordnungen zur Elektronenvervielfachung enthält. Die Bildwiedergabeeinrichtung 90 besteht aus einem evakuierten Glaskolben, der eine im wesentlichen ebene Frontplatte 92 und eine ebene Rückplatte 94- aufweist. Die Frontplatte 92 und die Rückplatte 94- sind parallel zueinander und durch am Umfang verlaufende Seitenwände (nicht dargestellt) vakuumdicht zusammengefügt.

Die vorliegende Erfindung kann bei Bildwiedergabeeinrichtungen verschiedenartiger Innenstrukturen angewendet werden. Die jeweilige innere Struktur mag dazu dienen, die Front- und Rückplatte der Einrichtung gegen den Atmosphärendruck abzustützen, wenn die Einrichtung evakuiert ist. Die Fig. 7 zeigt eine ^usführungsform der flachen Bildwiedergabeeinrichtung 90» bei der eine solche Abstützung möglich ist. Die Innenstruktur besteht im Grunde aus zwei zueinander senkrecht verlaufenden Gruppen paralleler Rippen, einer horizontalen Rippengruppe 96 und einer vertikalen Rippengruppe 98, die zwischen der Frontplatte 92 und der Rückplatte 94· angeordnet sind. Jede Rippe der zueinander senkrechten Gruppen 96 und 98 besteht aus einem Streifen eines elektrisch isolierenden Materials wie z.B. Glas. Die flache Bildwiedergabeeinrichtung 90 läßt sich funktional in zxvei Abteilungen einteilen: Die Kathodenabteilung (insgesamt mit 100 bezeichnet) und die Bildabteilung (insgesamt mit 102 bezeichnet). Die Kathodenabteilung 100 besteht aus einer Vielzahl von Kaltkathoden-Entladungsgeräten gemäß der Erfindung, deren jedes eine photoelektrisch emittierende Kathode, eine fluoreszierende Anode, eine Anordnung zur Elektronenvervielfachung und einen zwischen Anode und Kathode liegenden offenen Kanal aufweist.

Wie in Fig. 7 zu erkennen ist, enthält die Kathodenabteilung 100 eine im wesentlichen ebene Photokathode 106, die auf der flachen Rückplatte 94· aufgebracht ist und im wesentlichen gleiche Ausdehnung wie diese hat. Die ebene Photokathode 106 besteht aus einer Schicht eines elektrisch leitenden und photoelektrisch emittierenden Materials wie z.B. Barium. Die horizontalen parallelen Rippen 96 der einen Rippengruppe stehen im wesentlichen senkrecht auf der ebenen Photokathode 106 und sind von einem auf der Frontplatte

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92 befindlichen Bildschirm (nicht dargestellt) horizontal beanstandet. Jede Rippe 96 läuft im wesentlichen über die gesamte Breite der Bildwiedergabeeinrichtung 90 und trägt eine Vielzahl streifenförmiger Elektroden, die im wesentlichen gleich lang wie die Rippe sind·

Wie in Fig. 8 zu erkennen ist, bilden zwei benachbarte parallele Rippen 96 ein Kaltkathoden-Entladungsgerät mit einem Elektronenvervielfacher 104, welches ein dünnes flächig ausgedehntes Elektronenbündel entsprechend einer horizontalen Bildzeile erzeugt. Auf den einander zugewandten Oberflächen benachbarter Rippen 96 liegen sich zwei Zeilenadressenelektroden 112 gegenüber, die in der Nachbarschaft und parallel zur ebenen Kathode 106 verlaufen. Neben den Zeilenadressenelektroden enthält der Elektronenvervielfacher 104 eine Vielzahl streifenförmiger Dynodenglieder 114, die in gegenseitigem Abstand im wesentlichen parallel zueinander und parallel zu den Zeilenadressenelektroden 112 verlaufen. Neben den Dynodengliedern 114 und parallel zu ihnen verlaufen zwei elektronenextrahierende Elektroden 116, die sich gegenüberliegen. Neben den elektronenextrahierenden Elektroden 116 und im wesentlichen parallel zu ihnen verlaufen zwei sich gegenüberliegende Triftbereichelektroden 118. Neben den beiden Triftbereichelektroden 118 und im wesentlichen parallel zu diesen verläuft eine Vielzahl von Elektronenbeschleunigungselektroden 120, die sich im Abstand gegenüberliegen.

Das isolierende Material jeder Rippe 96 hat eine erste rückgratartige Erhebung 124, die auf ihrer der ebenen Photokathode 106 zugewandten Oberflächenseite eine Anodenelektrode 122 trägt. Die Anodenelektrode 122 besteht aus einem Streifen 126 eines elektrisch !leitenden Materials wie z.B. Aluminium, der in seiner Länge im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie die Länge der Rippe 96 hat. Auf dem leitenden Streifen 26 befindet sich eine Schicht 128 aus einem fluoreszierenden Material, z.B. aus mit Cer dotiertem Lanthanphosphat. Auf der Oberfläche der benachbarten Rippe 96 ist eine zweite rückgratartige Erhebung 130 ausgebildet, die der ersten Erhebung 124 zugewandt ist. Die zweite Erhebung 130 verläuft neben der er-

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sten Erhebung 124- im wesentlichen parallel mit dieser. Auf einer der Photokathode 106 zugewandten Fläche der zweiten Erhebung 30 befindet sich eine Diodenelektrode 132. Die Diodenelektrode 132 besteht aus einem Streifen 134- eines elektrisch leitenden Materials wie z.B. Aluminium, der im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie die Länge der Rippe 96 hat. Auf dem leitenden Streifen 134- befindet sich eine Schicht 136 aus einem Material hohen Sekundäremissions-Vermögens, z.B. aus Magnesiumoxid. Eine Vielzahl von "Extrahierungselektroden 138 verlaufen in gegenseitigem Abstand parallel zueinander und im wesentlichen parallel zur zweiten Erhebung 130.

Die Kathodenabteilung 100 der hier beschriebenen Ausführungsform erzeugt eine Vielzahl einzeln adressierbarer dünner flächenartig ausgebreiteter Elektronenbündel, deren jedes einer Horizontalzeile eines Bildes entspricht. Jedes Elektronenbündel wird folgendermaßen erzeugt: Von der photoelektrischen Emissionsschicht der Photokathode 106 werden ständig sehr geringe Mengen von Elektronen emittiert. Eine an die beiden Zeilenadressenelektroden 112 gelegte negative Vorspannung verhindert jedoch, daß die Elektronen auf die Dynodenglieder 114- schlagen.

Wenn an einem bestimmten Ort ein dünnes flächenartig ausgebreitetes Elektronenbündel erscheinen soll, dann werden die diesem Ort zugeordneten beiden Zeilenadressenelektroden 112 mit einer Vorspannung beaufschlagt, die positiv gegenüber der an die Photokathode 106 gelegten Spannung ist. Diese positive Vorspannung gestattet den von der Photoemissionsschicht der Photokathode 106 emittierten Elektronen, auf das benachbarte Dynodenglied 114- zu schlagen. Diese Elektronen werden dann in der weiter oben beschriebenen Weise durch den Elektronenvervielfacher 104- vervielfacht. Die vervielfachte Menge der Elektronen wird dann durch die beiden elektronenextrahierenden Elektroden 116 extrahiert und durch die Vielzahl der Beschleunigungselektroden 120 zur Anode 122 hin beschleunigt.

Ein Teil der vervielfachten Menge der Elektronen schlägt dann auf auf die fluoreszierende Schicht 128 der Anode 122 und bewirkt dort

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eine elektromagnetische Strahlung. Außerdem trifft ein Teil der vervielfachten Elektronen auf die Sekundäremissionsschicht 136 der Diodenelektrode 132, um dort die Emission von mehr Elektronen hervorzurufen. Diese Elektronen werden unter dem Einfluß der an die Vielzahl der Extrahierungselektroden 138 gelegten Spannungen zur Bildabteilung 102 des Wiedergabegeräts hin beschleunigt. Ein Teil der durch die auf die fluoreszierende Schicht 128 aufgeschlagenen Elektronen erzeugten elektromagnetischen Strahlung wird zurück auf die Photoemissionsschicht der Photokathode 106 gesendet und bewirkt dort die Emission zusätzlicher Elektronen.

Wie weiter oben erwähnt, ist der Verstärkungsfaktor des Elektronenvervielfachers 104 so gewählt, daß die Schleifenverstärkung G des Geräts größer ist als 1, womit ein fortlaufender Aufbau eines Elektronenstroms erfolgt. Solange die Schleifenverstärkung G des Geräts größer als 1 bleibt, baut sich der Elektronenstrom weiter auf. Wenn Die Entladung den Sättigungswert erreicht, geht die Schleifenverstärkung G zurück auf 1 oder darunter. Die Sättigung wird bei der hier beschriebenen speziellen Ausführungsform durch die Raumladungsgrenze gesteuert. Unter Raumladungsgrenze ist derjenige Sättigungswert des Elektronendurchgangs zu verstehen, bei dem keine zusätzlichen Elektronen mehr durch die Öffnung der elektronenoptischen Linse passen, die durch die gegenüberliegenden Triftbereichelektroden 118 gebildet wird. Der Aufbau des Elektronenbündels kann daher auf einen Wert begrenzt werden, der durch Anlegen einer Spannung zwischen die einander gegenüberliegenden Triftbereichelektroden 118 gesteuert wird.

Das zwischen den Elektroden 138. austretende dünne flächenartig ausgebreitete Elektronenbündel w ird durch Paare leitender Streifen 140, 142, 144, 146 und 148, die einander gegenüberliegend und parallel zueinander an benachbarten vertikalen Rippen 98 angeordnet sind, moduliert und zur Frontplatte 92 hin beschleunigt. In der Ausführungsform nach Fig. 7 geschieht die Modulation des Elektronenbündels durch zwei einander gegenüberliegende Modulationselektroden 140, die angrenzend an die Kathodenabteilung 100 angeordnet sind.

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Bei der gezeigten Ausführungsform hängt die Modulation von der Raumladungssättigung ab, die durch das Anlegen eines Videosignals zwischen die Modulationselektroden 14-0 verursacht wird. Auf diese Weise steuert das Videosignal die Anzahl der in einen Beschleunigungs- und Fokussierungsabschnitt eintretenden Elektronen des Bündels, wobei diese Abschnitte durch Paare sich gegenüberliegender Beschleunigung^- und Fokussierungselektroden 14-2, 14-4-, 14-6 und 14-8 gebildet werden.

Auf der Frontplatte 92 befindet sich eine Vielzahl farbiger Leuchtstoff streif en 150. In Fällen zur üblichen Farbbildwiedergabe bilden die Leuchtstoffstreifen 150 aufeinanderfolgende Gruppen von abwechselnd roten, grünen und blauen Leuchtstoffen. Die Leuchtstoff streif en 150 sind mit einer Schicht 152eineselektrisch leitenden Materials wie z.B. Aluminium überzogen, die auf einer relativ hohen Spannung (z.B. 5 bis 25 Kilovolt) über der Spannung der Dynodenelektrode 132 gehalten wird. Diese relativ große Potentialdifferenz wird gleichmäßig über eine Anzahl leitender Beschleunigungs- und Fokussierungs streif en 14-2, 14-4·, 14-6 und 14-8 verteilt, um einen elektrischen Überschlag längs der Stützanordnung zwischen der Kathodenabteilung 100 und der Frontplatte 92 zu verhindern. Die Anzahl der Spannungsverteilenden Streifen ist nicht kritisch, sie sollte jedoch genügend groß sein, damit nicht zu viel Teile der isolierenden Stützrippen freiliegen, was möglicherweise zu unerwünschten Aufladungseffekten führen könnte. Andererseits sollten jedoch nicht so viele spannungsverteilende Streifen vorhanden sei, daß die Konstruktion der Einrichtung unvertretbar kompliziert wird. Das modulierte Elektronenbündel trifft unter dem Einfluß der an die leitende Schicht 152 gelegten Spannung auf die Leuchtstoff streif en 150 und führt dazu, daß die Leuchtstoffe Licht ihrer charakteristischen Farbe aussenden.

Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Kaltkathoden-Entladungsgeräts ist seine Fähigkeit, eine große Menge von Elektronen über eine große Fläche zu erzeugen. Ein weiterer Vorteil liegt in der endlichen oberen Energiegrenze für die lichtelektrisch erregten Elek-

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tronen. Ein von der Kathode des Vervielfachers emittiertes Elektron hat eine scharfe Energiegrense, die durch die Energie der Strahlungsrückkopplung vorgegeben ist. Bei Rückkopplung mit UV-Strahlungsenergie liegt diese absolute obere Energiegrenze gut unter 5 Volt, und die von einer Vervielfacherkathode ausgehende Emission kann durch weniger als ein 5 Volt-Signal an der Schalt - Elektrode vollständig gesperrt werden. Außerdem erlaubt ein mit einer elektronenvervielfachenden Anordnung versehenes erfindungsgemäßes Gerät die Verwendung stabiler Materialien und einen Betrieb mit vernünftigen Spannungswerten in einem Hochvakuumkolben.

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Leerse ι te

Claims (13)

1. Patentansprüche

   Entladungsgerät mit einem evakuierten Kolben, in dem sich eine bei Elektronenbeschuß elektromagnetische Strahlung emittierende Anodenelektrode und eine kalte Kathodenelektrode befindet, die bei Empfang elektromagnetischer Strahlung Elektronen emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Anodenelektrode (24, 47; 70, 122) und der Kathodenelektrode (18, 45; 64, 106) ein im wesentlichen offener Kanal (16, 78) befindet, derart, daß ein Teil (F ) der von der Anodenelektrode erzeugten Strahlung frei zurück auf die Kathodenelektrode fallen kann, und daß die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode in Bezug aufeinander derart räumlich angeordnet sind, daß beim Anlegen entsprechender Spannungen fortlaufend Elektronen in den Kanal emittiert werden, und daß eine Anordnung (30, 52) zur Modulation des von der Kathodenelektrode zur Anodenelektrode fließenden Elektronenstroms vorgesehen ist.
2. 2. Entladungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenelektrode aus einer transparenten Frontplatte mit einer der Kathodenelektrode zugewandten ersten Oberfläche besteht, daß auf diese erste Oberfläche ein Belag aus einem sichtbares Licht emittierenden Leuchtstoff aufgebracht ist, daß sich auf diesem Leuchtstoffbelag eine Schicht eines elektrisch leitenden Materials befindet und daß auf dieser elektrisch leitenden Schicht ein Leuchtstoffbelag mit einem Lumineszenz-Wirkungsgrad E aufgebracht ist.
3. 3. Entladungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenelektrode eine Schicht (28, 57; 72, 126) eines elektrisch leitenden Materials aufweist, auf der sich ein Leucht-

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   -stoffbelag (26, 56; 74, 128) mit einem Fluoreszenz-Wirkungsgrad E befindet,
4. 4. Entladungsgerät nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenelektrode eine Photokathode mit einem elektronenemittierenden Oberflächenteil ist, der einen lichtelektrischen Wirkungsgrad (Photoemissions-Wirkungsgrad) E_n hat und der Anodenelektrode zugewandt ist.
5. 5. Entladungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Modulation des Elektronenstroms eine zwischen der Anodenelektrode (24, 47) und der Photokathode (18, 45) angeordnete Gitterelektrode (30, 52) enthält und eine Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung (V ) zwi-

   sehen die Gitterelektrode und die Photokathode aufweist.
6. 6. Entladungsgerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektrode ein im wesentlichen ebenes elektrisch leitendes Gebilde mit einer netzartigen Struktur ist.
7. 7. Entladungsgerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, äaJZ die Gitterelektrode aus mindestens zwei streifenförmigen Elektroden besteht, die sich im Abstand gegenüberliegen.
8. 8. Entladungsgerät nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine über dem Wert 1 liegende Schleifenverstärkung G, die gleich F · E · A · 7_a ist, wobei A die Durchlaßwahrscheinlichkeit ist, mit der ein von der Photokathode emittiertes einzelnes Elektron durch die Gitterelektrode hindurch beschleunigt wird und mit einer Spannung V auf die Anodenelektrode schlägt.
9. 9. Bildwiedergabeeinrichtung mit einem evakuierten Kolben, in dem sich eine Vielzahl von Kathodolumineszenzzellen in matrixartiger Anordnung befindet, dadurch gekennzeichnet,

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   daß jede Zelle (4-2) aus einem Kaltkathoden-Entladungsgerät (10, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 besteht.
10. 10. Entladungsgerät nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenvervielfacher (76, 104·) vorgesehen ist, um einen von der Kathodenelektrode (64-, 106) zur Anodenelektrode (70» 122) fließenden Elektronenstrom aufrecht-zuerhalten,
11. 11. Entladungsgerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine über dem Wert 1 liegende Schleifenverstärkung G, die gleich P_ · E^ · E · G · V ist, wobei G_ der Verstärkungsfaktor

    C J) G IH 9. IU

    des Elektronenvervielfachers ist, der die Anzahl der Elektronen vervielfacht, die von der Photokathode mit einer Spannung V zur Anodenelektrode gelangen.

    SL
12. 12. Bildwiedergabeeinrichtung mit einem evakuierten Kolben, in dem sich eine Vielzahl von Kathodolumineszenzzellen in matrixartiger Anordnung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle aus einem Kaltkathoden-Entladungsgerat (60) nach einem der Ansprüche 10 und 11 besteht.
13. 13. Bildwiedergabeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle außerdem eine Anordnung (14-2 bis 14-8) zur Beschleunigung des modulierten Elektronenstroms enthält sowie einen Kathodolumineszenzschirm (92, 150» 152) aufweist, der durch den beschleunigten und modulierten Elektronenstrom anregbar ist.

    14·. Bildwiedergabeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodolumineszenzschirm aus einer Vielzahl von Leuchtstoffbelägen (150) besteht, wobei jeder Leuchtstoffbelag einer Zelle der Matrix zugeordnet ist und die Leuchtstoffbeläge Leuchtstoffe zur Emission von Licht mindestens zweier verschiedener Farben aufweisen.

    15· Bildwiedergabeeinrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekenn-

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    zeichnet, daß die Anodenelektrode (122) au mindestens einer Fläche (124) des Elektronenvervielfachers (104-) zwischen der Photokathode (106) und einem Ausgang des Elektronenvervielfacher angeordnet ist.

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