DE3342707C2 - Bildaufnahmeröhre - Google Patents

Abstract

Bildaufnahmeröhre mit einer Photokathode, die aus einer lichtdurchlässigen Scheibe (3), einer auf der lichtdurchlässigen Scheibe (3) angebrachten transparenten Elektrode (4) und einer photoleitenden Schicht (5) aus wasserstoffhaltigem amorphem Silizium, die auf der transparenten Elektrode (4) angebracht ist, besteht, einem Elektronenstrahlerzeuger und einer nahe der Photokathode angebrachten Maschenelektrode (7), wobei wenigstens die Oberfläche der Maschenelektrode (7) aus wenigstens einem der Materialien Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium oder Silizium besteht. Diese Bildaufnahmeröhre hat eine hohe Auflösung und weist eine stark verbesserte Lebensdauerkennlinie auf.

Description

b) einem Elektronenstrahlerzeuger,

c) einer Maschenelektrode (7), die nahe der Ladungsspelcherplatte angeordnet Ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Oberfläche der Maschenelektrode (7) aus wenigstens einem der Materialien Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium oder Silizium besteht.

2. Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ^kennzeichnet, daß die Maschenelektrode (7) aus einem

Kupfersubstrat besteht, dessen Oberfläche mit Kohlenstoff oder Aluminium beschichtet 1st.

3. Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenelektrode (7) aus einem Aluminiumsubstrat besteht, dessen Oberfläche mit Kohlenstoff beschichtet Ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmeröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der GB-PS 13 49 351 bekannt ist.

Eine Bildaufnahmeröhre mit einer photoleltenden Schicht aus wasserstoffhaltlgem amorphem Silizium (Im folgenden abgekürzt mit: »a-Sl:H«) weist eine hohe Lichtempfindlichkeit, ein geringes Nachziehen und eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf und kann für verschiedene Zwecke verwendet werden.

Ein Beispiel einer herkömmlichen Bildaufnahmeröhre Ist In Fig. 1 gezeigt.

Sie weist einen Strahlstromsteuerungsbereich 1 und einen Hauptllnsenberelch 2 auf. Diese Bereiche enthalten eine Glühkathode 30, ein erstes Gitter 40, ein zweites Gitter 50, eine Strahlblende 60, zylindrische Elektroden 70, 80 und 90, eine Maschenelektrode 100 und eine photoleitende Schicht 110.

Die Funktionsweise dieser Bildaufnahmeröhre Ist die folgende: Bei der Bestrahlung der photoleltenden Schicht 110 mit Licht wird e£-.e bestimmte Information im Verhältnis zur Lichtintensität erzeugt. Diese Information wird von der photoleltenden Schicht 110 mit einem Elektronenstrahl, der ausgehend von der Glühkathode 30 auf die photoleltende i^hicht 110 gelenkt wird, abgetastet und mittels einer Signalelektrode ausgelesen.

Die so ausgelesene Information wird in einer entsprechenden Schaltung In gewünschte Signale umgewandelt und zum Beispiel auf einem Fernsehbildschirm abgebildet.

Die Erfindung stellt einen neuen Aufbau zur Verfügung, der die Kennlinie einer Bildaufnahmeröhre verbessert.

Seit kurzem steigt die Nachfrage nach einer Bildwiedergabe hoher Qualität und hoher AufvXung ständig, und daher wurden Versuche mit dem Ziel angestellt, den Abtastelektronenstrahl einer Bildaufnahmeröhre zu verengen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der Abtastelektronenstrahl durch Erhöhen der Spannung zwischen der Kathode und der Maschenelektrode beschleunigt. Die Erfinder beobachteten jedoch, daß die Anwendung dieser Methode auf eine Bildaufnahmeröhre mit einer a-SliH-Photoleltschlcht die Signalstrom-Slgnalelektrodenspannungs-Kennllnie verschlechtert.

Ein Beispiel der Verschlechterung der Slgnalstrom-Slgnalelektrodenspannungs-Kennllnie Ist in Flg. 2 gezeigt. Es 1st der Fall eines ständigen Betriebs über 200 Stunden bei einer Maschenelektrodenspannung von 1500 V

dargestellt. Die ursprüngliche Slgnalstrom-Slgnalelektrodenspannungs-Kennlinle, dargestellt durch die Kurve 1,

verändert sich, wie durch die Kurve 2 gezeigt Ist. Es ergibt sich, daß der Signalstrom bei der üblichen Signal elektrodenspannung von 40 V um 15» abgesenkt Ist.

Dieser Effekt Ist typisch für eine a-Sl:H-Blldaufnahmeröhre und wurde nicht beobachtet, wenn die Maschenelektrodenspannung nur etwa 500 V beträgt, wie das bei Industrlefernseh-(ITV-)Kameras oder ähnlichen Kameras der Fall Ist.

Aufgabe der Erfindung Ist es, eine Bildaufnahmeröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so welterzubll- ' den, daß auch nach längerer Betriebszelt keine Verschlechterung der Slgnalstrom-Slgnalelektronenspannungs-Kennllnle auftritt, selbst wenn die Ladungsspelcherplatte der Bildaufnahmeröhre mit einem mit hoher Spannung beschleunigten Elektronenstrahl abgetastet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch das Im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal. ω Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Flg. 3 In Abhängigkeit von der Betriebsdauer die für jeweils gleichen Signalstrom erforderliche Signalelektrodenspannung mit der Maschenelektrodenspannung als Parameter,

FI g. 4 den Aufbau einer Amorph-Slllzlum-Blldaufnahmeröhre, und

Flg. 5 im Diagramm: die Änderung der für die Aufrechterhaltung eines bestimmten Signalstroms erforderllchen Signalelektrodenspannung über der Zelt für die verschiedenen Maschenelektrodenmateriallen.

Die Erfinder haben den Verschlechterungseffekt bei einer Bildaufnahmeröhre mit amorphen Silizium als Material der photoleltenden Schicht Im einzelnen untersucht. Flg. 3 bezieht sich auf die Strom-Spannungskennwerte und zeigt In Abhängigkeit von der Betriebsdauer den Zusammenhang zwischen der Signalelektrodenspan-

nung, die notwendig 1st, um den gleichen Signalstrom zu erhalten, bei verschiedenen an der Maschenelektrode anliegenden Spannungen. Wie aus Flg. 3 klar hervorgeht, muß die zur Erzielung des gleichen Signalstroms erforderliche Signalelektrodenspannung um so größer gewählt werden, je höher die Maschenelektrodenspannung lsi. Als Ergebnis detaillierterer Untersuchungen wurde gefunden, daß die Verschlechterung proportional zum Quadrat der Maschenelektrodenspannung und zu der Elektronenstrahl! ntensltät Ist.

Fig. 4 zeigt eine Bildaufnahmeröhre, wie sie beispielsweise (bis auf die Elektronenstrahlbremsschlcht) aus der GB-PS 13 49 351 bekannt ist. Elektronenstrahlbremsschlchten (beispielsweise aus Sb₂S₃ oder As₂S₃) auf der Photoleitschicht aus amorphem Silizium anzuordnen, 1st allgemein üblich (DE-OS 29 45 156). Die Bezugszeichen bezeichnen im einzelnen: 3 eine lichtdurchlässige Scheibe, wie zum Beispiel eine Glasplatte, 4 eine transparente Signalelektrode, 5 eine a-Sl:H-photoleItende Schicht, 6 eine Elektronenstrablbremsschicht, 7 eine Maschenelektrode und 8 einen Elektronenstrahl. Die Maschenelektrode wird auf der gleichen Spannung gehalten, wie die der Wandanode 15 oder auf einer von der Spannung der Wandanode verschiedenen Spannung. Sie dient dazu, den Elektronenstrahl 8 abzubremsen, und ermöglicht diesem, die photoleitende Schicht vorteilhaft zu erreichen. Als Grund für die obengenannte Verschlechterung der Kennwerte kann das Kollidieren des Elektronenstrahls 8 mit der Maschenelektrode 7 während der Bildaufnahme angesehen wenden, woraus sich eine Beeinflussung der a-SI.H-Schlcht ergibt.

Verschiedene Ursachen für die oben erwähnte Verschlechterung der Kennwerte können in Betracht gezogen werden, so zum Beispiel das Anhaften von Material auf der Oberfläche der a-Si:H-Schicht, das bei der Herstellung der Maschenelektrode auf diese aufgesputtert wurde und das von der Maschenelektrode wegdiffundierte, und die Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, die beim Elektronenstrahlbeschuß mit auftritt. Auf jeden Fall wird angenommen, daß das Maschenelektrodenmaterlal eine Rolle bei der oben erwähnten Verschlechterung spielt.

Das obenstehend Beschriebene wird durch folgenden Versuch erläutert:

Üblicherweise wird Kupfer als Maschenelektrodenmaterlal verwendet (DE-OS 2041 193). Die Erfinder stellten dagegen Maschenelektroden unter Verwendung verschiedener Materialien her und untersuchten deren WIrkungen.

Als ein Ergebnis wurde gefunden, daß eine aus wenigstens einem der Materialien Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium oder Silizium hergestellte Maschenelektrode wirksam die oben erwähnte Verschlechterung der Kennwerte verhindert. In diesem Fall braucht nicht die ganze Maschenelektrode aus einem solchen Material zu bestehen, sondern es genügt, wenn die Oberfläche der Maschenelektrode mit solch einem Material beschichtet ist. In dem Fall der Beschichtung mit solch einem Material können als Trägermaterial der Maschenelektrode Metalle wie Kupfer oder dergleichen verwendet werden, die zu diesem Zweck oft benutzt wurden. Isolatoren oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden, wenn der Anwendungszweck der Maschenelektrode durch die Verwendung eines Beschlchtungsmateriais erzielt werden kann. Die Beschichtung kann durch konventionelle Verfahren erfolgen. Es können zum Beispiel Sputterverfahren, Vakuumaufdampfverfahren oder chemische Gasphasenabscheldungsverfahren (CVD) oder dergleichen angewendet werden. Im Fall von Kohlenstoff und dergleichen kann ein Verfahren, das eine Kohlen-Lichtbogenentladung benutzt, angewendet werden.

Um eine Wirkung zu erzielen, sollte die Beschichtung normal eine Dicke von 5 nm oder mehr -aufweisen; 10 nm oder mehr reichen aus. Üblicherweise werden Schichtdicken von 200 nm bis 300 nm verwendet. -to

Vom Standpunkt einer zufriedenstellenden Verhinderung der Verschlechterung der Kennwerte und der Einfachheit der Herstellung aus, sind Kohlenstoff und Alumimium als Maschenelektrodenmaterial sehr zu bevorzugen. Gleichermaßen haben sich Maschenelektroden, die mit diesen Materlallen beschichtet wurden, als praktisch erwiesen.

Der in F1 g. 4 gezeigte Aufbau einer Ladungsspeicherplatte weist eine photoleitende Schicht 5 auf, die aus wasserstoffhaltlgem amorphem Silizium besteht. Sie enthält 3 bis 30% Wasserstoffatome und 50% oder mehr Slllzlumatome.

Als wasserstoffhaltlge amorphe Siliziumwerkstoffe sind solche bekannt, die verschiedenen Dotierungen unterzogen wurden oder In die Kohlenstoff oder Germanium eingebaut wurde.

Auf einem Glassubstrat 3 1st eine transparente Signalelektrode 4 mit einer Dicke von 300 nm, zum Beispiel so durch thermische Zersetzung von SrCl₄, aufgebracht. Auf der oberen Fläche der transparenten Signalelektrode 4 1st eine etwa 2000 nm dicke a-Sl:H-PhotoleIterschlcht 5 angebracht. Diese a-SlrH-PhotoIelterschicht wird mit wohlbekannten Verfahren, wie chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) von Monosilan-Glas bei Glimmentladung, Sputtern von Silizium in einem Wasserstoff-Argon-Gasgemisch oder dergleichen, hergestellt.

Das reaktive Sputtern zum Beispiel, wobei man reines polykristallines Silizium als Target-Platte verwendet, erfolgt In einer gemischten Gasatmosphäre von 4x10"' Pa Argon und 6,7x10"' Pa Wasserstoff. Das Substrat wird dabei auf 250° C gehalten. In diesem Fall enthielt die a-Sl:H-PhotoIelterschlcht 13% Wasserstoffatome. Weiterhin wird In üblicher Welse eine 50 nm dicke Schicht aus As₂S₃ (oder Sb₂S₃) als Elektronenbremsschicht 6 aufgetragen (DE-OS 29 45 156).

Damit ist die Herstellung der Ladungsspelcherplatte abgeschlossen. m>

Solch eine Ladungsspelcherplatte wurde mit einer Maschenelektrode, rile durch Beschichten eines Maschenelektrodensubstrats aus Kupfer mit einer 70 nm dicken Alümlnlumschlcht erhalten wurde, kombiniert und bei einer Maschenelektrodenspannung von 1500 V kontinuierlich betrieben.

Es ergab sich, daß die hohe Empfindlichkeit von 650 μΑ/lm oder eine höhere Empfindlichkeit (zum Vergleich: die Anfangsempflndllchkeit beträgt 720 μΑ/lm) sogar nach einem ständigen Betrieb von 2000 Stun- &5 den aufrechterhalten werden konnte.

Ferner betrug die Empfindlichkeit 700 μΑ/lm oder mehr, nach einem Betrieb von 2000 Stunden, wenn die Ladungsspelcherplatte ml. ilner Maschenelektrode kombiniert wurde, deren Elektrodensubstrat aus Kupfer (oder

Aluminium) bestand, das mit Kohlenstoff einer Dicke von 100 nm beschichtet wurde, und es konnte somit eine Arnorph-Sillzlum-Blldaufnahmeröhre erstellt werden, die dem kontinuierlichen Gebrauch für lange Zelt standhält. Außerdem reflektiert die durch die Verwendung von Kohlenstoff erhaltene Maschenelektrode nicht das durch die Amorph-Slllzlum-Photolelterschlcht durchgelassene Licht und verhindert somit einen Nachzieheffekt auf dem Bild, so daß eine Bildwiedergabe noch höherer Qualltat erzielt werden kann.

Die Materlallen, die der Verschlechterung des Signals einer Bildaufnahmeröhre mit einer a-Sl: H-Photolei tschlcht entgegenwirken, sind: Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium und Silizium. Diese Materialien sind In der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt:

ι» Tabelle 1

Maschenelektrodenmaterial Be B C Mg Al Si Cu Au Unterdrückung der ®@@ΟΟΔΧΧ Verschlechterung der

Kennwerte Einfachheit der ΔΔΟΔΟΟΟΟ

Herstellung

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Die Zeichen @, O und Δ In der Zeile »Unterdrückung der Verschlechterung der Kennwerte« der Tabelle drukken die Wirksamkeit der Verschlechterungsunterdrückung In absteigender Folge aus. Das Zeichen X bedeutet eine Verschlechterung. Ebenso drücken In der Zelle »Einfachheit der Herstellung« die Zeichen O und Δ In fallender Folge die Einfachheit der Herstellung aus. In dieser Tabelle sind die Materlallen Gold und Kupfer zum Vergleich aufgeführt. Die Maschenelektrode muß nicht notwendigerweise aus diesem Material hergestellt sein, das Ziel kann hinreichend dadurch erreicht werden, daß man ein weltläufig benutztes Kupfernetz mit diesen Materlallen beschichtet.

Ferner werden vom Standpunkt der Einfachheit der Herstellr?>g aus Kohlenstoff und Aluminium bevorzugt. Aus der Flg. 5 erkennt man den Grad der Verschlechterung der Kennwerte, der bei einem Betrieb mit 1500 V Maschenelektrodenspannung hervorgerufen wird, wenn ein Kohlenstoffnetz (grade Linie 9), ein Aluminiumnetz (grade Linie 10; und ein herkömmliches Kupfernetz (grade Linie !1) verwendet werden. Die effektive Änderung des Signalstroms war nach einem Betrieb von 1000 Stunden Im Fall des Alumlniummasnhennetzes auf 5% oder weniger, und im Fall des Kohlenstoffmaschennetzes auf 0,5» oder weniger, begrenzt. Eine Bildaufnahmeröhre mit einer ausgezeichneten Lebeasdauerkennllnie kann durch die Kombination einer a-Sl:H-Photolelterschlcht mit den oben genannten Maschenelektroden geschaffen werden.

Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß das Absinken der Empfindlichkeit einer Bildaufnahmeröhre, bei der amorphes Silizium als Photolelterschlchtmaterial benutzt wird, stark unterdrückt werden, und es kann somit eine sehr hohe Zuverlässigkeit bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Bildaufnahmeröhre erreicht werden, wenn die Bildaufnahmeröhre im privaten Bereich oder zur Überwachung benutzt wird.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Bildaufnahmeröhre mit

a) einer Ladungsspelcherplatte, bestehend aus:

- einer lichtdurchlässigen Scheibe (3),

- einer auf der lichtdurchlässigen Scheibe (3) angebrachten transparenten Signalelektrode (4),

- einer auf der transparenten Signalelektrode (4) angebrachten photoleitenden Schicht (5) aus wasserstoffhaltigem amorphen Silizium,