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Photoaktiver Mosaikschirm, insbesondere für elektrische Entladungsröhren und Verfahren zu seiner
Herstellung.
Die Erfindung bezieht sich auf photoaktiv Schirme von elektrischen Entladungsröhren, insbesondere der Kathodenstrahltype, wie sie in derartigen Röhren, z. B. beim Fernsehen, zur Umwandlung von Licht in elektrische Schwingungen benutzt werden.
Die bisher bekannten Kathodenstrahlröhren bestehen meist aus einem Glaskolben, an dessen einem Ende eine direkt oder indirekt heizbare Kathode angeordnet ist. Diese Kathode sendet Elektronen aus, die mittels Sammelelektroden und einer oder mehrerer Anoden zu einem Bündel vereinigt werden. Es sind ferner inner-oder ausserhalb der Röhre elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkorgane angeordnet, die dem Elektronenstrahl mittels einer geeigneten Wechselspannung eine Ablenkung erteilen können. Diese Ablenkung macht es möglich, den Elektronenstrahl irgendeine am andern Röhrenende befindliche Oberfläche abtasten zu lassen. Diese Oberfläche kann aus einer oder mehreren Anoden oder aus einem fluoreszierenden oder einem photoaktiven Schirm bestehen. Von einem solchen photoaktiven Schirm kann Licht in elektrische Ladung umgewandelt werden.
Diese Schirme werden insbesondere zur Übermittlung von Fernsehbildern verwendet. Sie bestehen meist aus einem isolierenden Träger, der auf der einen Seite mit einer dünnen Metallschieht und auf der andern Seite mit einem lichtempfindlichen Stoff überzogen ist. Dieser lichtempfindliche Stoff wird derart angebracht, dass er eine sehr grosse Anzahl von gesonderten Teilchen bildet. Es entsteht also ein Mosaik aus kleinen lichtempfindlichen Elementen. Als gemeinsame Gegenelektrode sämtlicher Elemente tritt die auf der andern Seite des Schirmes befindliche Metallschicht auf. Die Elemente bilden mit dieser Schicht Kondensatoren, von denen jeder eine Ladung erhält, die von der auf das betreffende lichtempfindliche Element auftreffenden Lichtmenge abhängig ist.
Wird also auf den lichtempfindlichen Schirm ein Bild projiziert, so erhalten die verschiedenen Teilchen je eine Ladung, die von der Bildhelligkeit an der betreffenden Stelle abhängig ist. Diese Ladung ist mithin für eine helle Stelle des Bildes grösser als für eine dunkle. Die Ladungen dieser Teilchen werden nun von den Elektronen des Kathodenstrahls, der mittels der Ablenkplatten derart gesteuert wird, dass er den ganzen Schirm punktweise abtastet, ausgeglichen.
Nun ist die Detailfülle sowie die Helligkeit in hohem Masse von der Grösse und der Beschaffenheit der durch die photoaktiven Teilchen und die Gegenelektrode gebildeten Kondensatoren abhängig.
Bei dem Betrieb der Röhre besitzen die einzelnen Teilchen des Schirmes verschiedene Ladung, wie oben erörtert wurde. Es kann also zwischen zwei ziemlich nahe aneinanderliegenden Teilchen ein erheblicher Potentialunterschied bestehen, was zur Folge hat, dass von dem Teilehen mit höherem Potential ein Sekundärelektronenstrom zu dem Teilchen mit niedrigerem Potential übergeht, so dass die Ladung der beiden Teilchen eine Änderung erfährt, die nicht von einer Änderung der Lichtintensität herrührt.
Dies hat also eine Verzerrung des Bildes sowie eine Herabsetzung der Detailfülle zur Folge.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung derartiger Schirme ist darin gelegen, dass bisher die Abtastung durch den Kathodenstrahl auf derselben Seite erfolgt, auf die das Bild projiziert wird. Um diese Projektion zu ermöglichen, ist also der Schirm entweder schräg zur Röhrenachse oder schräg zu der Richtung, in der das Bild projiziert wird, anzuordnen. Beiden Anordnungsarten haften Übelstände an. Bei der ersten Art ist das projizierte Bild unverzerrt ; der Kathodenstrahl trifft jedoch den Schirm unter einem Winkel, so dass bei einem kreisförmigen Querschnitt des Strahls der von ihm auf dem Schirm
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zur Vermeidung oder zur Ausgleichung dieser Fehler vorgeschlagen ; sie erfordern jedoch alle einen verwickelteren Bau der Röhre.
Ferner haben diese Röhren den Nachteil, dass die Sekundärelektronen, die von der photoaktiven Schicht beim Auftreffen von Licht ausgesendet werden, in denselben Raum gelangen wie die Sekundärelektronen, die vom Kathodenstrahl beim Auftreffen auf den Schirm ausgelöst werden. Diese zwei Sekundärelektronenemissionen beeinflussen sich Also gegenseitig, was ebenfalls einen nachteiligen Einfluss auf das Bild und die Detailfülle hat.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, einen Schirm zu verwenden, auf dessen eine Seite das Bild projiziert wird und dessen andere Seite vom Kathodenstrahl abgetastet wird. Es können auf diese Weise die durch das Auftreffen des Kathodenstrahls entstandenen Sekundärelektronen und die durch die photoaktiv Wirkung entstandenen Sekundärelektronen getrennt gehalten werden.
Die Erfindung betrifft nun derartige Schirme bzw. mit solchen versehene Fernsehsenderöhren und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schirme. Gegenstand der Erfindung ist es, einen solchen Schirm zu schaffen, der eine sehr grosse Empfindlichkeit besitzt und ausserdem befriedigende Detailfülle des ausgesandten Bildes und grosse Helligkeit ergibt, weiters grossen Isolationswiderstand zwischen dem Mosaikteilchen aufweist und zudem einfach und billig herzustellen ist.
Dieser Schirm besteht aus einer Grundelektrode aus feinem Metallgeflecht oder Metallsieb, z. B. einem Geflecht mit 1600 bis 16.000 Maschen je cm2. Bei einem solchen Geflecht ist das Verhältnis des freien Raumes zwischen den Drähten zu diesen verhältnismässig gering, da die Drahtstärke aus Festig- keitsgründen nicht zu gering gewählt werden kann. Es ist ferner erforderlich, das Geflecht mit einer isolierenden Schicht zu versehen, welche die Drähte vollkommen umhüllt. Da dies bei einem gewöhnlichen
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das Geflecht erfindungsgemäss zuvor unter schweren Rollen gepresst, wodurch die Drähte teilweise ineinander eingedrückt werden.
Infolge dieses Pressvorganges wird der freie Raum noch mehr verkleinert, so dass eine Vergrösserung desselben erforderlich ist, die durch einen geeigneten Ätzvorgang erzielt wird, bei dem der gepresste Schirm in ein Bad eines das Material des Geflechte angreifenden chemischen Stoffes eingebracht wird, wodurch der Durchmesser der Drähte verkleinert und somit der freie Raum zwischen denselben vergrössert wird. Nach diesem Ätzvorgang wird das Geflecht mit Isolierstoff überzogen, worauf die Öffnungen zwischen den mit Isolierstoff bedeckten Drähten mit Silber angefüllt werden. Dieses Silber wird auf einer Seite auf bekannte Weise oxydiert und dann mit einem photo aktiven Stoff überzogen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand durch ein Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulich.
Fig. 1 stellt teilweise in schaubildlicher Ansicht und teilweise im Schnitt eine Röhre mit einem Schirm gemäss der Erfindung dar. Fig. 2 zeigt in stark vergrössertem Massstab einen Teil dieses Schirmes.
Fig. 3 stellt einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2 und Fig. 4 einen mit Isolierstoff überzogenen Schirm gemäss der Erfindung dar.
In Fig. 1 bezeichnet 10 den entlüfteten Glaskolben, der aus einem engen zylindrischen Teil 12 und einem erweiterten Teil 14 besteht, der ein nahezu flach abgeschlossenes Ende 16 aufweist. Durch die an dem Teil 12 angeordnete Quetschstelle sind die Zuführungsdrähte zu dem auf dieser angeordneten Elektrodensystem 18 hindurchgeführt. Das Elektrodensystem besteht aus einer indirekt heizbaren Kathode 22, einer Steuerelektrode 24 und einer ersten Anode 26. Durch Anlegen geeigneter Potentiale an die verschiedenen Teile wird ein Elektronenstrahl 28 erzeugt, der von der Kathode ab längs der Röhrenachse gerichtet ist. Mittels elektrostatischer bzw. elektromagnetischer Ablenkelektroden 30 und 32, an die geeignete Wechselspannungen gelegt werden, wird bewirkt, dass der am Ende der Röhre angeordnete Schirm vom Elektronenstrahl abgetastet wird.
Eine zweite Anode 54, die zur weiteren Konzentration des Elektronenstrahls und zur Beschleunigung desselben dient, ist als leitende Schicht auf der Innenwand des zylindrischen Teiles 14 vorgesehen. Diese Anode dient ausserdem zum Sammeln der beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf den Schirm aus diesem ausgelösten Sekundärelektronen.
Der Mosaikschirm 34 weist als Grundelektrode ein Drahtgeflecht auf, das, wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, aus feinen Drähten besteht. Diese Drähte werden mit einem Isolierstoff 38 (Fig. 4) überzogen, worauf in die Maschen 42 des Geflechtes Silber oder ein sonstiges leicht oxydierbares Metall 40 eingepresst wird. Der Schirm wird dann mittels Einführungsdrähten 44 in der Röhre angeordnet und die Oberfläche 46 wird während der Entlüftung nach einem für die Herstellung von Photozellen bekannten Verfahren aktiviert. Auf der Seite, auf die das Bild projiziert wird, ist vor dem Schirm 34 eine Hilfsanode 48 angeordnet, welche die beim Auftreffen von Licht auf die Oberfläche 46 entstandenen Sekundärelektronen sammelt.
Der Mosaikschirm 34 kann wie folgt hergestellt werden. Der Schirm bzw. sein Geflecht wird flach gemacht, z. B. dadurch, dass er unter einer schweren Walze hindurchgezogen wird. Dann werden die Öffnungen durch Ätzung des Geflechtes in einem Bad eines chemischen Stoffes vergrössert. Um eine
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gleichmässige Vergrösserung der Öffnungen zu erhalten, ist die entsprechende Wahl des Materials des Geflechts und die des Ätzmittels von Wichtigkeit. Ferner ist der Umstand zu berücksichtigen, dass der zu benutzende Isolierstoff an dem einen Stoff viel besser als an einem andern haftet. Als geeignete Metalle haben sich z. B. Nickel, Monelmatell und rostfreier Stahl erwiesen. Als tzmittel kommt für Nickel eine 60%ige Lösung'Von Salpetersäure in Wasser in Betracht.
Erfolgt in diesem Fall der Ärzvorgang bei etwa 300 C, so beträgt die erforderliche Zeit etwa 45 Sekunden. Bei rostfreiem Stahl kann 35-40% Königswasser bei etwa 300 benutzt werden. Bei diesem Ätzverfahren wird das Material gleichmässig angegriffen, insbesondere wenn dem Bad ein wenig Eisenstaub oder sonst ein Metall zugesetzt wird.
Nach dem Ätzen wird der Schirm zur Entfernung des Ätzmaterials in einem Alkalibad abgespült. Da infolge des Ätzvorganges ein grosser Teil des Drahtes entfernt wird, ist es vorteilhaft, den Schirm nach dem Ätzen und dem Spülen galvanisch zu vernickeln oder zu versilbern. Es ist dabei darauf zu achten, dass sich eine möglichst dünne Schicht bildet, um zu verhindern, dass die Öffnungen ausgefüllt werden.
Der auf diese Weise behandelte Schirm wird dann mit einer Schicht aus Isolierstoff überzogen.
Zu diesem Zweck eignet sich gemäss der Erfindung insbesondere ein Gemisch von Feldspat, Borax und Quarz mit einem geeigneten Bindemittel, z. B. Kobaltoxyd. Dieser Isolierstoff wird durch Aufspritzen auf das Geflecht aufgebracht. Tauchen in ein Bad dieses Isoliermaterials ist weniger geeignet, da in diesem Fall die Öffnungen leicht angefüllt werden. Der Schirm wird dann zur Verglasung des Isoliermittels auf einer ziemlich hohen Temperatur gebacken.
Nach dem Backen werden die im Schirm vorhandenen Öffnungen mit einer aus Silber oder sonst einem Metall und einem geeigneten Bindemittel bestehenden Pasta angefüllt. Es ist auch möglich, Silberoxyd oder sonst ein leicht reduzierbares Oxyd in das Gitter einzupressen. Dieses Oxyd wird durch Erhitzen reduziert. Bei Verwendung von Silber kann dieses oxydiert werden.
Der Schirm kann nun in der Röhre angeordnet werden. Während der Entlüftung wird eine Seite des Schirmes 34 durch Verdampfen von Cäsium oder nach einem andern Aktivierungsverfahren aktiviert.
Die Wirkung der Röhre ist folgende : Ein Bild des Gegenstandes 50 wird durch eine Linse 52 auf den Mosaikschirm (Fig. 1) projiziert, dessen Teilchen eine Ladung annehmen, die von der auffallenden Lichtmenge abhängig ist. Die dabei ausgesandten Sekundärelektronen werden von der Anode 48 aufgefangen. Der Kathodenstrahl 28 wird vom System 26 auf den Schirm konzentriert und tastet zufolge der Wirkung der Ablenkmittel 30 und 32 die Oberfläche des Mosaikschirmes ab, wobei er die positiven Ladungen der Teilchen des Schirmes neutralisiert. Etwaige durch das Auftreffen des Kathodenstrahls ausgelöste Sekundärelektronen werden von der Anode 54 aufgefangen, deren Potential etwas weniger positiv in bezug auf die Kathode ist als die Anode 48. Der Mosaikschirm kann ferner in bekannter Weise mit der Anode 54 einen Ausgangskreis bilden.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von photoaktiven mosaikartigen Schirmen, insbesondere für elektrische Entladungsröhren, wie Kathodenstrahlröhren, dadurch gekennzeichnet, dass ein feingitteriger Schirm aus Metallgeflecht oder Metallsieb gebildet, vorzugsweise geätzt wird, worauf die Drähte od. dgl. desselben mit elektrisch isolierendem Material überzogen werden und in die Öffnungen elektrisch leitendes Material eingebracht wird.