DE887668C - Bildspeicherroehre, insbesondere fuer Fernsehzwecke - Google Patents

Description

Erteilt auf Grund des Ersten Hherleitungsgesetzes vom 8. Juli 1949

(WiGBl. S. 175)

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 24. AUGUST 1953

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Jfii 887 668 KLASSE 21a¹ GRUPPE 32 35

E 2318 Villa j 21a¹

Electric & Musical Industries Limited, Hayes, Middlesex

(Großbritannien) *)

Bildspeicherröhre, insbesondere für Fernsehzwecke

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 11. September 1936 an Patentanmeldung bekanntgemacht am 13. November 1552

Patenterteilung bekanntgemacht am 16. Juli 1953

Die Priorität der Anmeldung in Großbritannien vom 10. September 1936 ist in Anspruch genommen Die Schutzdauer des Patents ist nach Gesetz Nr. 8 der Alliierten Hohen Kommission verlängert Beginn des 3. Patent Jahres am 11. September 1938, Beginn des 4. Patentjahres am 8. Oktober 1949'

Die Erfindung betrifft eine Bildspeicherröhre, insbesondere für Fernsehzwecke, in welcher ein Schirm vorgesehen ist, auf 'dem ein optisches Bild des Gegenstandes entworfen wird, der übertragen werden soll und welcher von einem Kathodenstrahl oder einem Lichtstrahl abgetastet wird, um die dem Bildinhalt entsprechenden elektrischen Signale zu liefern.

Die Wirkungsweise solcher Röhren, von denen das durch Zworykin eingeführte Ikonoskop der bekannteste Vertreter ist, beruht auf der Emission von Fotoelektronen durch einen fotoelektrisch aktiven Mosaikschirni, auf welchen das zu übertragende Bild optisch projiziert wird (äußerer Fotoeffekt). Auf diesem Schirm entsteht ein elektrostatisches Bild, und die Potentiale der Mosaik-

') Von der Patentsucherin ist als der Eränder angegeben worden:

Harold Miller, London

elemente werden durch einen abtastenden Kathodenstrahl periodisch auf einen gegebenen Wert zurückgeführt, wobei die Potentialänderungen der einzelnen Elemente während des Abtastvorganges dazu benutzt werden, entsprechende Ladungs änderungen auf einer Signalplatte zu erzeugen, die ,mit den Mosaikelementen kapazitiv gekoppelt ist.

Die bekannten Speicherröhren leiden unter gewissen Mangeln in ihrer Konstruktion und ίο Wirkungsweise. Erstens ist die Herstellung photoaktiver Oberflächen im Vakuum notwendig, was ein schwieriges und verhältnismäßig teures Verfahren ist. Zweitens hat sich gezeigt, daß es unmöglich ist, einen einigermaßen senkrecht auf der abzutastenden Oberfläche des Schirms stehenden Potentialgradienten zu erhalten, da während des Arbeitens der Anordnung die Mosaikelemente /.wischen aufeinanderfolgenden Abtastungen ein im Vergleich zu ihrem mittleren Potential positives Potential erhalten, so daß die Nachbarschaft eines stark positiv geladenen Mosaikelementes an einem gerade abgetasteten Mosaikelement eine zur Schirmoberfläche parallele Komponente des Potentialgradienten erzeugt. Daraus ergibt sich, daß bei der Abtastung entstehende Sekundärelektronen von solchen stark positiv geladenen Elementen angezogen werden und sie teilweise entladen, bevor sie abgetastet werden. Auf diese Weise entsteht eine Verzerrung der Bildsignale, welche unter dem Namen Störsignal bekannt ist. Weiterhin entsteht bei Änderungen der mittleren Bildhelligkeit eine entsprechende plötzliche Änderung des fotoelektrischen Stromes, und da dieser Strom durch die Impedanz fließt, an der die Bildsignale erzeugt werden, bewirkt er eine unerwünschte, den Bildsignalen überlagerte Spannungsänderung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Fehler der bekannten Bildspeicherröhren zu beseitigen oder zu vermindern. Zu diesem Zweck wird bei der Erfindung von dem an sich bekannten inneren fotoelektrischen Effekt oder Sperrschichtfotoeffekt Gebrauch gemacht, der zunächst beschrieben werden soll. Ein fotoelektrisch empfindliches. Elektrodensystem besteht aus zwei Elektroden, deren eine eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, während die andere aus einem Halbleiter besteht, in dem Elektronen durch die Lichtwirkung freigesetzt werden können, wobei diese beiden Elektroden durch eine Sperrschicht von verhältuismäßig hohem Widerstand getrennt sind (Sperrschicht Fotoeffekt). Wenn die Grenzschicht des Halbleiters, die der Sperrschicht zunächst Hegt, beleuchtet wird, treten Elektronen, die im Halbleiter frei gemacht werden, in die Sperrschicht ein und erreichen durch sie hindurch die gut leitende Elektrode. Auf diese Weise wird durch' die Beleuchtung eine elektromotorische Kraft erzeugt, die sich über einen äußeren Stromkreis ausgleichen kann. Die Spannungsdifferenz, die auf diese Weise erzeugt wird, kann einen erheblichen Bruchteil eines Volts betragen.

Gemäß der Erfindung wird bei Fernsehsenderöhren anstatt des eingangs beschriebenen, bei Mosaikelektroden ausgenutzten äußeren Fotoeffekts der soeben beschriebene innere Fotoeffekt, der von der Wirkung der Sperrschichtfotozelle her bekannt ist, benutzt, um aus einem optischen Bild, welches in der Grenzebene zwischen einer Halbleiterelektrode und einer Sperrschicht entworfen wird, einen Elektronenstrom zu erzeugen und durch Abtastung mittels eines Elektronenstrahles' oder eines Lichtstrahles die ursprüngliche gleichmäßige Ladungsverteilung wiederherzustellen. Bei Abtastung mit einem Lichtstrahl muß die abgetastete Elektrode fotoelektrisch empfindlieh sein, und der Lichtstrahl kann eine Wellenlänge haben, die entweder innerhalb oder außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, vorausgesetzt, daß diese Wellenlänge die Emission von Fotoelektronen bewirken kann.

Verschiedene Ausführungsbeispiele für Fernsehsendeanordnungen, die von der Erfindung im obenbezeichneten Sinn Gebrauch machen, sollen im folgenden an Hand der Abbildungen näher erläutert werden. Dabei sind in den verschiedenen Abbildungen gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Anordnung nach Abb. 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre mit Glaskolben 5, innerhalb dessen ein Mosaikschirm angeordnet ist, der aus der metallischen Signalplatte 6 besteht, die mit einer zusammenhängenden Schicht 7 aus Halbleitermaterial bedeckt ist. Diese Halbleiterschicht ist ihrerseits mit einer durchscheinenden oder teilweise durchscheinenden Sperrschicht 8 aus einem Material hohen Widerstandes versehen. Auf dieser Sperrschicht ist ein Mosaikschirim von durchscheinenden oder teilweise durchscheinenden Metallelementen 9, die voneinander isoliert sind, aufgebracht, so daß die einzig leitende Verbindung zwischen ihnen über den Weg relativ hohen Wider-Standes durch die Sperrschicht besteht.

Der Mosaikschirm kann auf folgende Weise hergestellt werden. Eine Kupferplatte, welche die Signalplatte 6 darstellt, wird in Luft bei hoher Temperatur oxydiert, und nach Abkühlung wird die äußere schwarze Kupferoxydschicht durch Waschen mit Natriumzyanid entfernt, so daß eine Schicht aus rotem Kupferoxyd von etwa 0,01 mm Dicke auf der Kupferoberfläche zurückbleibt. Diese bildet die Halbleiterelektrode 7. Die Sperrschicht 8 kann auf der Kupferoxydschicht durch Bombardement mit Elektronen von mehreren Kilovolt Energie erzeugt werden. Man kann die Sperrschicht auch durch ein Ionenbombardement in einer Gasentladungskammer erzeugen. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der Sperrschicht besteht in einem Überzug der Kupferoxydschicht mit einer dünnen Lage von Widerstandsmaterial, z. B. durch Bestreichen mit einer Harzlösung oder durch Aufsublimieren eines geeigneten Materials im Hochvakuum. So kannz. B. Calciumfluorid oder Quarz von einem erhitzten Wolframdraht sublimiert werden. Anschließend wird ein Mosaik von durchscheinenden Silberelementen 9 auf die Sperrschicht durch ein Gitter hindurch aufgedampft. Eine unbehandelte Kupferoxydschicht, welche

mit einer aufgedampften Metallschicht bedeckt ist, bildet keine Fotozelle. Wenn aber die Oxydschicht vorher in der beschriebenen Weise mit Elektronen oder Ionen bombardiert wird oder wenn die Metallschicht auf die Oxydschicht statt durch Aufdampfen durch Kathodenzerstäubung aufgebracht wird, bildet sich eine Sperrschicht zwischen dem Kupferoxyd und dem aufgebrachten Metall, so daß eine Fotozelle in obigem Sinn entsteht, ίο In Abb. ι ist ein Linsensystem io vorgesehen, welches auf die Seite des Schirms, die die durchscheinenden Mosaikelemente 9 trägt, ein optisches Bild des zu übertragenden Objektes projiziert. Eine Elektronenschleuder, bestehend aus einer Kathoden, Fokussierungselektroden 12 und 13 und einer Anode 14, ist mit ihrer Achse schräg zum Schirm angeordnet. Außerdem sind elektrostatische Ablenkplatten 15 und 16 vorgesehen, um den von der Elektronenschleuder ausgesandten Kathodenstrahl zeilenweise über die Seite des Kathodenschirms zu führen, auf der die Mosaikelemente 9 angebracht sind. Die Stromkreise zur Vorspannung der Fokussierungselektroden und zur Erzeugung der Ablenkspannungen sind nicht in der Abb. 1 eingezeichnet. Die Signalplatte 6 des Mosaikschirms ist mit der Anode 14 der Elektronenschleuder über einen Signalwiderstand 17 und eine Batterie 18 verbunden, welch letztere die Signalplatte auf einem negativen Potential gegenüber der Anode 14 hält. Die Anode 14 ist über die Leitung 19 geerdet, und an die Kathode 11 der Elektronenschleuder ist durch die Batterie 20 eine hohe negative Spannung gegenüber Erde gelegt. Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung-SS ist folgende: Im Ruhezustand haben die Mosaikelemente 9 dasselbe Potential wie die Signalplatte 6. Wenn nun der unbeleuchtete Mosaikschirm durch den Kathodenstrahl abgetastet wird, nehmen die Mosaikelemente 9 eine mittlere Gleichgewichtsspannung an, die positiv gegenüber dem Potential der Signalplatte ist, da die Geschwindigkeit des Abtaststrahles so gewählt wird, daß die Mosaikelemente unter dem Einfluß des Abtaststrahles mehr Sekundärelektronen auslösen, als Primärelektronen eintreffen. Die Tatsache, daß der Weg zwischen der Signalplatte und der Mosaikelektrode teilweise leitend ist, bewirkt die Einstellung eines Gleichgewichtspotentials der Mosaikelemente, welches wesentlich niedriger als das Potential der Anode 14 ist.

Wenn nun gewisse Teile des Schirms beleuchtet werden, geht das Licht durch die transparenten Mosaikelemente dieser Teile hindurch und beleuchtet die Grenzfläche zwischen Halbleiterschicht 7 und der Sperrschicht 8. Dann sammeln die Mosaikelemente zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen durch den Kathodenstrahl Elektronen von der Halbleiterschicht und werden entsprechend stärker negativ als benachbarte Elemente in den dunklen Teilen des Schirms. Durch den Stoß der Elektronen des Abtaststrahles werden sowohl die hellen wie die dunklen Elemente auf dasselbe Gleichgewichtspotential gebracht, so daß mehr Elektronen des Strahles bei den hellen Elementen verbraucht werden als bei den dunklen. Die so erzeugten elektrischen Signale werden kapazitiv über die Sperrschicht 8 und die Halbleiterschicht 7 auf die Signalplatte selbst übertragen und erscheinen daher als Spannungsänderungen am Signalwiderstand 17, wo sie in bekannter Weise abgenommen und zur Bildübertragung weiterverwendet werden. Diese Wirkungsweise ist wesentlich verschieden von der Wirkungsweise bei einem Ikonoskop, wo die fotoaktiven Mosaikelemente durch die Beleuchtung zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen Elektronen abgeben. Bei der beschriebenen Anordnung nehmen die beleuchteten Elemente zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen Elektronen durch die Sperrschicht auf, und daher haben die am Signal widerstand 17 auftretenden Signale das umgekehrte Vorzeichen wie beim Ikonoskop.

Da bei der beschriebenen Anordnung das Gleichgewichtspotential der Elemente 9 sehr viel stärker negativ gegenüber der Anode 14 sein kann als bei bekannten Anordnungen, steht der Potentialgradient im wesentlichen senkrecht auf der Schirmoberfläche, und die parallel zum Schirm liegenden Komponenten desselben können demgegenüber vernachlässigt werden. So wandern die Sekundärelektronen im wesentlichen zur Anode und werden nicht auf benachbarte Teile des Schirms abgelenkt wie beim Ikonoskop. Damit sind die eingangs erwähnten Nachteile, wie z. B. das Störsignal, vermieden.

Da die beleuchteten Elemente gegenüber den dunklen Elementen negativ sind, haben die beleuchteten Elemente nicht die Neigung, die Sekundärelektronen zwischen zwei Abtastungen abzufangen, wie dies beim Ikonoskop der Fall ist. Auch eine Änderung der mittleren Bildhelligkeit verursacht keine plötzliche Änderung des Potentials der Signalplatte, wie dies beim bekannten Ikonoskop durch plötzliche Emission von Fotoelektronen auftritt.

Bei einer Abänderung der beschriebenen Anordnung gemäß der Erfindung bestehen die Mosaikelemente aus Halbleitermaterial und sind von der metallischen Signalplatte durch die Sperrschicht getrennt. Ein Mosaikschirm dieser Art kann z. B. aus einer Aluminiummetallplatte 'bestehen, die elektrolytisch mit einer dünnen Oxydschicht bedeckt wird. Diese Oxydschicht bildet die Sperrschicht, welche ihrerseits mit kleinen Partikeln eines geeigneten Halbleitermaterials, wie z. B. Kupferoxyd, besprüht ist. Dieses Halbleitermaterial muß genügend durchscheinend für Licht sein, damit dieses bis zur Grenzfläche zwischen den Mosaikelementen und der Sperrschicht durchzudringen vermag. Wenn solch ein Schirm beleuchtet iao wird, werden Elektronen in den Mosaikelementen ausgelöst und dringen durch die Sperrschicht der Signalplatte hindurch, so daß bei der Abtastung die beleuchteten Elemente stärker positiv sind als die dunklen. Die Signale werden in derselben Art weiter verarbeitet wie beim bekannten Ikonoskop.

Beide bisher beschriebenen Anordnungen können so abgeändert werden, daß das Licht, durch welches das optische Bild hergestellt wird, von "der einen Seite auf den Schirm projiziert wird und der Kathodenstrahl den Schirm von der anderen Seite her abtastet. Eine solche Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt, in der ein Linsensystem io gleichachsig mit der Elektronenschleuder, aber an der entgegengesetzten Seite des Schirmes angeordnet ist. Die Signalplatte 6 besteht aus einer durchscheinenden Metallschicht, die von einem Glimmerblatt 2i getragen wird, wie dies in älteren Patenten bereits vorgeschlagen wurde. Die Halbleiterschicht 7 ist durch Aufbringen einer Kupferoxydschicht auf die Signalplatte 6 gebildet, wobei diese Schicht so dünn gemacht wird, daß sie für rotes Licht durchscheinend ist (da rotes Licht leichter durch Kupferoxyd hindurchdringt als Licht von kürzeren Wellenlängen, muß die Schicht 7 für rotes Licht durchscheinend sein, wenn die Anordnung für sichtbares Licht empfindlich sein soll). Eine Sperrschicht 8 wird auf die Schicht 7 durch irgendeine der oben beschriebenen Methoden aufgebracht, und schließlich wird diese Schicht mit Mosaikelementen 9, z. B'. aus Silber, versehen.

Bei einer Abänderung der an Hand der Abb. 2 beschriebenen Anordnung ist der Schirm durch völlige Oxydation einer dünnen Kupferplatte gebildet, indem anschließend an die Oxydation die Oberfläche ausgelöst wird, bis ein Kupferoxydblatt entsteht, welches dünn genug ist, um Licht hindurchzulassen und welches doch noch eine genügende Festigkeit besitzt. Auf die eine Seite des Blattes wird ein halb durchscheinender Metallfilm aufgedampft, während die andere Seite, welche durch den Kathodenstrahl abgetastet werden soll, mit einer Sperrschicht und den darauf befindlichen Mosaikelementen versehen wird.

Bei einer anderen Abänderung der Anordnung nach Abb. 2 wird eine halb durchscheinende metallische Signalplatte auf einen Glimmerträger aufgestäubt oder aufgedampft. Diese wird mit einer halb durchscheinenden Sperrschicht bedeckt, die z. B. aus einer dünnen Schicht von Harz oder sublimiertem Quarz od. dgl., wie oben beschrieben, bestehen kann. Die Sperrschicht wird mit einem Mosaik von halbleitenden Elementen, wie z. B. aufgesprühtem Kupferoxydkristall, bedeckt. Das optische Bild wird durch ein Linsensystem durch die Signalplatte und die Sperrschicht hindurch auf die Grenzfläche mit dem Halbleitermosaik projiziert.

Abb. 3 zeigt eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung, bei der ein Mosaikschirm 23 in einem evakuierten Glasgefäß 5"* angeordnet ist. In einem gewissen Abstand davon befindet sich eine ringförmige Anode 14^s. Der Aufbau des Mosaikschirms 23 ist in großem Maßstab in Abb. 4 dargestellt. Er besteht aus einer halb durchscheinenden Kupferoxydschicht 7, auf deren einer Seite eine halb durchscheinende metallische Signalplatte 6 befestigt ist, die ihrerseits mit dem Signalwiderstand 17 in leitender Verbindung steht. Auf der anderen Seite der Kupferoxydschicht befindet sich eine durchscheinende Schicht 8 aus Widerstandsmaterial, und auf dieser Schichte ist ein Silbermosaik 9 angeordnet. Die Mosaikelemente 9 sind oxydiert und mit einer fotoaktiven Oberfläche 22 von Cäsium in bekannter Weise versehen. Eine Kathodenstrahlröhre 24 mit Fluoreszenzschirm 25, welcher durch einen Kathodenstrahl in bekannter Weise abgetastet wird, ist mit ihrer Achse senkrecht zur Mitte des Mosaikschirms 23 angeordnet, so daß der Fluoreszenzschirm 25 den Mosaikelementen 9 gegenübersteht. Durch ein Linsen- system 26 wird der Fluoreszenzschirm 25 durch die Öffnung der Anode 14" hindurch auf den Mosaikelementen 9 abgebildet. Das Bild eines zu übertragenden Objektes wird durch das Linsensystem 10 auf die ganze Fläche zwischen der Oxydschicht 7 und der Sperrschicht 8 abgebildet. Durch den inneren Fotoeffekt werden beleuchtete Mosaikelemente 9 entsprechend der Beleuchtungsstärke mehr oder weniger negativ. Der Fluoreszenzschirm 25 wird gleichzeitig durch den Kathodenstrahl ab- 8g getastet, so daß ein helleuchtender Fleck die Abtastbewegung auf dem Schirm 25 durchführt. Die Linse 26 bildet diesen Abtastfleck auf die Mosaikelemente 9 ab. Da jedes Element von dem Abtastfleck überstrichen wird, sendet es gemäß 'dem äußeren Fotoeffekt Fotoelektronen aus, die auf der Anode 14" gesammelt werden. Dadurch werden sämtliche Mosaikelemente nacheinander auf ein gemeinsames Gleichgewichtspotential entladen, welches wesentlich niedriger ist als das Potential der Anode 14". Mit Ausnahme der Abtastung, die hier durch Licht geschieht, arbeitet diese Anordnung genau wie die Anordnung nach Abb. 2.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Bildspeicherröhre, insbesondere für Fernsehzwecke, mit einem eine Mosaikelektrode enthaltenden Bildspeicherschirm, dadurch gekennzeichnet, daß als Bildspeicherschirm eine Sperrschichtfotozelle dient, -deren eine Elektrode als Mosaik aus einzelnen gegeneinander

. elektrisch isolierten Teilchen ausgebildet ist.

2. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mosaikelektrode aus durchscheinenden Metallelementen (9) besteht und daß die Projektion des abzutastenden Lichtbildes von derselben Seite des Bildspeicherschirms geschieht wie die Abtastung des Mosaiks (Abb. 1). ng

3. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende Elektrode (Signalplatte) des Bildspeicherschirms von einer durchscheinenden Metallschicht (6) gebildet wird und die Projektion des abzutastenden Lichtbildes von der anderen Seite des Bildspeicherschirms geschieht als die Abtastung des Mosaiks (9) (Abb. 2).

4. Bildspeicherröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht

der Sperrschichtfotozelle selbst die Mosaikelemente bildet.

5. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mosaik von einem Kathodenstrahl abgetastet wird (Abb. 1 und 2).

6. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mosaik von einem Lichtstrahl abgetastet wird und die Mosaikelemente zur Erzielung eines äußeren Fotoeffekts in bekannter Weise, z. B. durch Cäsium, fotoaktiviert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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