DE1181834B

DE1181834B - Elektronenbildverstaerkerschirm

Info

Publication number: DE1181834B
Application number: DEN16201A
Authority: DE
Inventors: James Dwyer Mcgee
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1958-02-03
Filing date: 1959-02-03
Publication date: 1964-11-19
Also published as: US3232781A; NL235656A; GB859597A; FR1221941A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES SjfflmS® PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIj

Deutsche KL: 21g-29/40

Nummer;
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

N 16201 VIII c/21g
3. Februar 1959
19. November. 1964

Die Erfindung betrifft einen Elektronenbilder verstärkenden Schirm, bestehend aus einer Schichtenfolge aus einem elektronendurchlässigen MetallfiLm, einer fluoreszierenden Leuchtschicht und einer Trägerschicht aus Metalloxyd und einer Schicht mit äußerem lichtelektrischem Effekt, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Eine derartige elektronenotpische Vorrichtung-umfaßt Mittel zur Erzeugung eines Elektronenbildes, dessen Elektronen Lichtphotonen frei machen. Dieses Licht fällt dann auf eine Photokathode, aus der Elektronen befreit werden, deren Zahl größer ist als die der auf die fluoreszierende Schicht fallenden Elektronen.

Man hat lange Zeit hindurch aktiviertes Zinksulfid als Phosphor in Form eines Kristallpulvers verwendet. Neuerdings ist bekanntgeworden, daß eine durchscheinende amorphe Schicht von Zinksulfid formiert werden kann. Durch Aktivieren kann man ihr eine fluoreszierende Wirksamkeit geben, die mit der von pulverisiertem Phosphor vergleichbar ist. Ein Verfahren zum Aufdampfen von Zinksulfid zwecks Herstellung einer durchscheinenden amorphen Schicht auf einen Träger, wie z. B. Glas, und die darauffolgende Aktivierung der Zinksulfidschicht durch Erhitzen und Backen bei einer Temperatur von ungefähr 1000° C ist von C. Feldmann und M. O¹Hara in dem »Journal of the Optical Society of America«, 47, No. 4, April 1957, beschrieben.

Es ist bereits eine elektrische Entladungsröhre mit einer Fluoreszenz-Photokathode vorgeschlagen worden, die aus einer elektronendurchlässigen Aluminiumsehicht, einer anschließenden Fluoreszenzschicht, einer weiteren Trägerschicht aus Aluminiumoxyd und schließlich einer Schicht mit äußerem Photoeffekt aufgebaut ist. Diese bekannte Photokathode hat wie andere bekannte Photokathoden den Nachteil, daß sie auf einer relativ dicken Trägerplatte aufgebracht werden muß, die der Kathode eine ausreichende mechanische Festigkeit verleiht. Ein dicker Träger bedeutet jedoch eine Verminderung der Bildgüte.

Dieser Nachteil wird gemäß der vorhegenden Erfindung dadurch vermieden, daß die fluoreszierende Leuchtschicht aus einem Leuchtstoff in amorphem Zustand besteht und daß der Schirm teilweise von der amorphen fluoreszierenden Leuchtschicht, deren Dicke größer als 1 μ, aber kleiner als 10· μ ist, getragen wird, wobei die Trägersehichtdicke etwa 1 μ beträgt. Diese amorphe fluoreszierende Leuchtschrift hat eine ausreichende Eigensteifigkeit, so daß die eigentliche Trägerschicht aus Metaüoxyd weseotiieh dünner als bei den bekannten Photokathoden ausge-Elektronenbildverstärkerschirin

Anmelder:

National Research Development Corporation,

London

Vertreter:

Dr. B. Quarder, Patentanwalt,

Stuttgart O, Richard-Wagner-Str. 16

Als Erfinder benannt:

James Dwyer McGee, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Februar 1958 (3453)

führt werden kann, wodurch eine wesentlich bessere Bildschärfe erzielt werden kann.

Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Elektronenbilder verstärkenden Schirmes umfaßt folgende Schritte:

1. Herstellen einer durchscheinenden Schicht fluoreszierenden Materials und einer Trägerschicht,

2. das gegebenenfalls erforderliche Reaktivieren der Schicht zwecks Erzeugens einer fluoreszierenden Schicht,

3. das Überziehen der einen Seite dieser Schicht mit einer elektronendurchlässigen Metallschicht und schließlich

4. zwecks Herstellens einer Photokathode das Aufbringen einer geeigneten Schicht auf der anderen Seite.

Üblicherweise kann die durchscheinende Schicht des fluoreszierenden Materials durch Niederschlagen auf einem löslichen Fihn hergestellt werden, der sich auf einer Glasplatte oder einem Drahtgitter befindet; dieser lösliche «Farn wird anschließend aufgelöst, wobei die auf ihn aufgebrachte nichtlösliche Schicht frei wird> die dann aiuf einen geeigneten Träger aufgebracht wird.

Die durchscheinend© fluoreszierende Schicht kann aus ,Züiksidfid, Wäkkanif,: G^kiumwalfrainat oder anderen, bekanntem fluoreszierenden Stoffen bestehen.

409 728/329

Der Träger, auf den die fluoreszenzfähige Schicht aufgebracht wird, muß dünn sein, wenn eine gute Bildschärfe erhalten werden soll. Er kann aus Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, einem Drahtgitter oder anderen geeigneten inerten, hitzebeständigen Stoffen bestehen. Aluminiumoxyd ist besonders geeignet für die Verwendung als Träger, da aus ihm Filme von ungefähr 0,1 μ Dicke hergestellt werden können, die die erforderliche Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit besitzen.

Die Photokathode kann durch Niederschlagen einer Antimonschicht und anschließendes Aktivieren des Antimons mit Caesiumdampf zwecks Hersteilens einer Photokathodenschicht erzeugt werden.

Die Aluminium- und Caesiumschichten schützen die aktivierte Zinksulfidschicht gegen Angriffe durch den Caesiumdampf und gestatten auf diese Weise die Herstellung eines dünnen Verstärkungsschirmes, ohne daß ein Glasträger erforderlich wäre.

An Stelle einer Antimon-Caesium-Photokathode kann eine drei Alkalimetalle aufweisende Photokathode verwendet werden, bei der das Antimon abwechselnd mit jedem der drei Alkalimetalle Natrium, Kalium und Caesium aktiviert werden kann.

Zwecks näherer Erläuterung der Erfindung sollen als Beispiele mehrere Ausführungsformen ausführlich in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben werden. Im einzelnen ^ejgt

F i g. 1 einen Teilschritt durch einen Elektronenbildverstärkerschirm in wesentlich vergrößertem Maßstab,

F i g. 2 eine elektronenoptische Vorrichtung, teilweise im Schnitt, welche einen Elektronenbildverstärkerschirm etwa nach Art der F i g. 1 enthält.

Gemäß F i g. 1 besteht ein Elektronenbildverstärkerschirm 10 aus einer durchscheinenden Schicht 1 von Zinksulfid, das mit Mangan aktiviert ist und auf einen Träger 30 aufgebracht ist. Auf der Vorderseite der Schicht 1 ist eine elektronendurchlässige Aluminiumschicht 2 aufgebracht. Auf der Rückseite des Trägers 30 ist eine photoelektrische Schicht 3 aus durch Caesium aktiviertem Antimon aufgebracht.

Zwecks Herstellens des Schirmes 10 kann eine Glasplatte mit einem sehr dünnen Film eines z. B. polyacryl- und polymethacrylhaltigen Harzes verwendet werden. Die so beschichtete Glasplatte wird in eine Vakuumkammer gebracht und zwecks Bildung einer kristallinen Schicht auf der den Film tragenden Seite der Glasplatte Zinksulfid aufgedampft. Man kann auch die an sich bekannte Technik verwenden, gemäß der Zinksulfid aus einer Molybdänschale verdampft wird, wobei die entstehende Schicht eine Dicke zwischen 1 und 10 μ aufweist.

Die beschichtete Glasplatte wird alsdann in Xylon zwecks Auflösens des acrylhaltigen Films eingetaucht, bis sich die Zinksulfidschicht von der Oberfläche der Glasplatte abgelöst hat. Die Zinksulfidschicht wird nunmehr auf einen Träger 30 aufgebracht, der aus einem in einem Drahtrahmen gehaltenen Drahtnetz besteht. Die Zinksulfidschicht auf dem Träger wird dann bei einer Temperatur von ungefähr 1000° C zwecks Reaktivierung des Zinksulfides gebacken, wobei sich eine durchscheinende Fluoreszenzschicht von guter Wirksamkeit bildet.

An Stelle eines acrylhaltigen Harzes gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann auch gewöhnliches Salz auf eine Glasplatte aufgedampft werden. Nach dem Aufdampfen der Zinksulfidschicht — wie vorstehend beschrieben — wird die Salzschicht durch Eintauchen der Platte in Wasser aufgelöst.

" Zwecks Herstellens des Schirmes 10 in F)g._vl wird die Zinksulfidphosphorschicht auf der eine» Seite mit einer dünnen, fast undurchsichtigen Alumiumschicht bedeckt. Diese Schicht kann vor oder nach dem Montieren der Schicht in einer elektronenoptischen Röhre, in welcher sie benutzt wird, angebracht werden. In F i g. 1 ist die Zinksulfidphosphorschicht mit 1 und diese Aluminiumschicht mit 2 bezeichnet. Die Rückseite der Zinksulfidschicht auf dem Träger 30 wird mit einer dünnen Schicht Antimon bedeckt, wie dies zwecks Aktivierung als Antimon-Caesium-Photokathode erforderlich ist.

Der Schirm wird nunmehr in einer elektronenoptischen Röhre montiert, wenn dies nicht schon vorher erfolgt ist. Nach dem Evakuieren und Entgasen — Operationen, welche in üblicher Weise ausgeführt werden — wird der Antimonfilm dadurch aktiviert, daß er einem Caesiumdampf ausgesetzt wird, wobei sich die photoelektrische Verbindung SbCs₃ bildet.

^a5 Es ist wichtig, zu wissen, daß der Zinksulfidphosphor angegriffen würde, wenn er dem Caesiumdampf ausgesetzt wäre, und daß der Caesiumdampf den Phosphor zersetzen und seine Fluoreszenzfähigkeit zerstören würde. Daher wird gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren die Zinksulfid-■ schicht an einer Seite mit einer Aluminiumschicht versehen und auf der anderen Seite mit einer Antimonschicht. Der Caesiumdampf kann keine dieser Schichten durchdringen und daher auch nicht die Zinksulfidschicht angreifen.

Ein anderes Verfahren zum Herstellen des Elektronenbildverstärkerschirmes 10 besteht darin, daß zunächst als Träger ein Film aus Aluminiumoxyd hergestellt wird. Dieser Film kann auf einen Drahtrahmen aufgebracht werden und dient dann als Träger an Stelle der vorstehend beschriebenen beschichteten Glasplatte, auf welcher die Zinksulfidschicht niedergeschlagen werden kann. Die Zinksulfidschicht wird alsdann durch Backen aktiviert.

Die Aluminiumoxydschicht ist elektronendurchlässig, so daß die Aluminiumschicht auf der Vorderseite des Aluminiumoxydfilms niedergeschlagen werden kann. Wahlweise kann der Aluminiumoxydfilm auch auf einem Rahmen aus Hartglas oder Quarz befestigt werden, was ebenfalls ein Erhitzen auf die hohen Temperaturen ermöglicht. Er hat zweckmäßigerweise eine Dicke von ungefähr 1000 Angström-Einheiten (entsprechend 0,1 μ). Derartige Filme sind sehr durchsichtig und widerstandsfähig. Nach dem Aufdampfen der Leuchtphosphorschicht auf die eine Seite eines derartigen Aluminiumoxydfilms wird die Leuchtphosphorschicht durch Backen bei einer hohen Temperatur von ungefähr 1000° C reaktiviert.

Vor oder nach dem Montieren des Aluminiumoxyd-Leuchtphosphorschirmes (Schichten 30 und 1) in der Röhre, in welcher er benutzt werden soll, wird eine Schicht Aluminium auf die Phosphoroberfläche und eine Schicht von Antimon auf die Aluminiumoxydschicht aufgedampft, wobei die Antimonschicht anschließend in bekannter Weise mit Calciumdampf aktiviert wird.

Diese Anordnung ist vorteilhafter als die vorstehend beschriebene, da die einfallenden Elektronen

nicht· den Aluminiumoxydfilm zu durchdringen haben, wobei unerwünschte Energieverluste eintreten.

Die Arbeitsweise des Elektronenbildverstärkerschirmes soll jetzt unter Bezugnahme auf Fig. 1 des Näheren erläutert werden: In der elektronenoptischen Vorrichtung, in welcher dieser Schirm verwendet werden soll, wird der Schirm 10 mit seiner Fluoreszenzschicht 1 in der Bildebene eines Elektronenbildes montiert.

Die Aluminiumschicht 2 ist den auftreffenden ι ο energiereichen Elektronen, die das Elektronenbild erzeugen, zugewandt. Der Weg des derartigen einfallenden energiereichen Elektrons ist durch die strichpunktierte Linie 4 dargestellt. Das Elektron geht durch die elektronendurchlässige Aluminiumschicht 2 hindurch, löst an irgendeinem Punkt 5 innerhalb der fluoreszierenden Schicht 1 Photonen aus, welche von dem Punkt 5 aus nach allen Richtungen ausgehen können. Mögliche Wege derartiger Photonen sind in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 6 und 8 dargestellt. Man sieht ohne weiteres, daß die Linien 6 direkt zu dem Träger 30 verlaufen und zu der photoelektrischen Schicht 3, wobei die einfallenden Photonen Elektronen in der Schicht 3 frei machen. Mittels eines geeigneten elektrischen Feldes werden diese Elektronen aus der Oberfläche der Photokathode 3 herausgezogen und bewegen sich längs der strichpunktierten Linien9 der Fig. 1.

Andere an dem Punkt 5 frei gemachte Photonen laufen von der Schicht 3 weg. Diese Photonen werden an der Fläche 7 der Aluminiumschicht 2 reflektiert, so daß sie den durch die gestrichelten Linien 8 bezeichneten Wegen folgen. Diese Photonen dringen nach der Reflexion ebenfalls in die Photokathode 3 ein und befreien in ihr — in ähnlicher Weise wie die längs der Wege 6 kommenden Photonen — Elektronen. Die Elektronen verlassen in ähnlicher Weise die Photokathode 3 längs der strichpunktierten Linien 9.

Photoelektronen werden von der Oberfläche der Photokathode 3 innerhalb einer Fläche befreit, deren Durchmesser annähernd doppelt so groß ist wie die Dicke der Zinksulfidschicht 1. Zwecks Erhaltens eines scharfen Elektronenbildes, das durch die längs des Weges 4 einfallenden Elektronen erzeugt wird, ist es wünschenswert, daß die Zinksulfidschicht so dünn wie irgend möglich ist.

Gemäß Fig. 2 enthält die elektronenoptische Röhre 20 einen Verstärkungsschirm 10, wie er vorstehend mit Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist. In F i g. 2 entsprechen die Schichten 1, 2, 3 und 30 des Schirmes 10 bzw. der Fluoreszenzschicht, der Aluminiumschicht, der Photokathode und dem Träger, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Die Röhre 20 ist ein evakuiertes Gefäß 21 mit durchsichtigen Endflächen 22. Zusätzlich zu dem Schirm 10 befinden sich in der Röhre 20 noch eine Photokathode 11, die an der Vorderseite, und ein Fluoreszenzschirm 17, der am entgegengesetzten Ende der Röhre angeordnet ist. Weitere Elektronen des Rohres 20 sind nicht dargestellt. Ein axial zwischen der Photokathode 11 und dem Schirm 10 verlaufendes Magnetfeld wird durch ein Solenoid 12 aufrechterhalten. Durch eine Spannungsquelle 13 ist der Schirm 10 relativ zu der Photokathode 11 positiv geladen. Ähnlich, wie vorbeschrieben, erzeugt das Solenoid 18 ein axial verlaufendes Magnetfeld zwischen dem Schirm 10 und dem Fluoreszenzschirm

17. Durch eine Spannungsquelle 19 ist der Schirm 17 auf einem ppsitiven Niveau relativ zu dem Schirm 10. gehalten. ■....-,

Ein abzubildendes Objekt wird durch ein Linsensystem 16 auf der Oberfläche der photoelektrischen Kathode 11 abgebildet. Zwischen der Photokathode und dem ,Schirm 10 enthält das Rohr 20 einen einstufigen Bildverstärker, wobei das entstandene Elektronenbild auf den Schirm 10 abgebildet wird. Die einfallenden, dieses Elektronenbild erzeugenden Elektronen lösen Photonen in der Fluoreszenzschicht 1 aus. Diese ihrerseits befreien Elektronen in der weiter oben beschriebenen Weise aus der Photokathodenschicht 3. Die Zahl der Elektronen, welche aus der Photokathode 3 austreten, ist größer als die Zahl der einfallenden Elektronen. Sie werden beschleunigt und auf den Fluoreszenzschirm 17 geworfen, auf dem ein optisches Bild entsteht, welches eine verstärkte Wiedergabe des Bildes ist, das durch das Linsensystem 17 auf der Oberfläche der Photokathode 11 erzeugt wird.

Die Anordnung eines derartigen Elektronenbilder verstärkenden Schirmes ist nicht auf eine ein optisches Bild verstärkende Vorrichtung beschränkt; ein derartiger Schirm kann auch dazu verwendet werden, beispielsweise um das in einer Fernsehkameraröhre erzeugte Elektronenbild zu verstärken.

Claims

Patentansprä-ehe:

1. Elektronenbildverstärkerschirm, bestehend aus einer Schichtenfolge aus einem elektronendurchlässigen Metallfilm, einer fluoreszierenden Leuchtschicht und einer Trägerschicht aus Metalloxyd und einer Schicht mit äußerem lichtelektrischem Effekt, dadurch gekennzeichnet, daß die fluoreszierende Leuchtschicht (1) aus einem Leuchtstoff in amorphem Zustand besteht und daß der Schirm teilweise von der amorphen fluoreszierenden Leuchtschicht, deren Dicke größer als 1 μ, aber kleiner als 10 μ ist, getragen wird, wobei die Trägerschichtdicke etwa 0,1 μ beträgt.

2. Verstärkerschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht ein Film aus Aluminiumoxyd ist.

3. Verstärkerschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht ein Film aus Magnesiumoxyd ist.

4. Verstärkerschirm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht unmittelbar an der fluoreszierenden Schicht anliegt.

5. Verstärkerschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Trägerschicht ein in einem Rahmen gehaltenes Drahtnetz angeordnet ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Verstärkerschirmes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchscheinende Schicht (1) fluoreszierenden Materials auf einem Träger (30) erzeugt wird, daß die Schicht (1) erforderlichenfalls reaktiviert wird zur Bildung einer fluoreszierenden Schicht, daß die fluoreszierende Schicht auf einer Seite mit einer elektronendurchlässigen Metallschicht (2) versehen wird und auf der anderen Seite zwecks Bildung einer Photokathode beschichtet wird.

7. Verfahren nach- Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durchscheinende· fraores^ zierende Schicht auf einem löslichen Film erzeugt wird; der zuvor auf einer Glasplktte oder einem Drahtgewebeträger hergestellt' wird- daß^; der lösliche Film- aufgelöst wird und dabei die fluoreszierende Schicht' von der Trägerfläche abgelöst und auf einen hitzebeständigen inertem Träger übertragen wird.

In Btetrachü gezogene Druckschriften: Bratsche Patentschrift Nr. 965 706'·; britische Patentschrift· Nr. 694487; USA.-Patentschrift Nr. 2'555 424.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen:

409 728/329 11.64 ι Bundesdruckerd BaUa