Festkörper-Bildverstärker mit einander zugeordneten photoempfindlichen und elektrolumineszierenden Elementen Die Erfindung bezieht sich auf einen sogenannten Festkörper-Bildverstärker, der einander zugeordnete Elemente mit einem elektrolumineszierenden Stoff bzw.
einem durch Strahlung in seiner spezifischen elektrischen Impedanz umkehrbar zu beeinflussenden halbleitenden Material - im nachstehenden als photoempfindliches Material bezeichnet - besitzt und weiterhin mit zwei Elektroden zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elemente versehen ist, wobei eine Elektrode den Elementen mit dem photo empfindlichen Stoff und die andere Elektrode den Elementen mit dem elektrolumineszierenden Stoff zugeordnet ist.
Mit einem solchen Bildverstärker lässt sich ein primäres,, auf die photoempfindlichen Ele mente projiziertes Strahlungsbild dadurch verstärken und/oder sichtbar machen, dass die von der Primär strahlung herbeigeführten Impedanzänderungen des photoempfindlichen Materials örtlich die elektrische Spannung am elektrolumineszierenden Material und somit seine Elektrolumineszenz steuern.
Es ist ein Festkörper-Bildverstärker bekannt, bei dem die photoempfindlichen Elemente und die elek trolumineszierenden Elemente je eine getrennte Schicht darstellen. Die Gruppierung in zugeordnete Elemente ist dadurch erzielt, dass die beiden Schich ten nötigenfalls unter Zwischenfügung einer das Elek- trolumineszenzlicht abschirmenden Zwischenschicht übereinander angeordnet sind und die Elektroden aus strahlungsdurchlässigen leitenden Oberflächen, z. B. aus Zinnoxyd, auf beiden Seiten des Schichtenkom- plexes zusammengesetzt werden. Es wurde festgestellt, dass dieser Aufbau zum Verarbeiten sichtbarer Strah lung weniger geeignet ist.
Da die üblichen photoemp findlichen Stoffe, wie z. B. Kadmiumsulphid, im gröss ten Teil des sichtbaren Spektralbereiches einen hohen Absorptionskoeffizienten besitzen, darf in einem sol- chen Falle die Stärke der photoempfindlichen Schicht nicht mehr als einige Zehnermikron betragen, da die zu verarbeitende Strahlung diese Schicht sonst nicht durchdringen kann.
Eine solche geringe Stärke der photoempfindlichen Schicht hat aber zur Folge, dass das Verhältnis zwischen der elektrischen Impe danz eines unbestrahlten photoempfindlichen Elemen tes und derjenigen des zugeordneten elektrolumines zierenden Elementes, welches Verhältnis für eine gute Steuermöglichkeit der Elektrolumineszenz gross sein muss, einen ungünstig niedrigen Wert annimmt. Die Dunkelimpedanz eines photoempfindlichen Ele mentes wird durch den spezifischen Dunkelwiderstand des photoempfindlichen Stoffes und durch die Geo metrie des Elementes bedingt. Letztere ist nicht nur für den Dunkelwiderstand, sondern auch für die Ka pazität des Elementes, die bei Speisung des Bild verstärkers mit Wechselstrom von Bedeutung wird, massgebend.
Die obenerwähnte geringe Stärke der photoempfindlichen Schicht hat zur Folge, dass die Kapazität der Schicht hoch und der Dunkelwider stand niedrig wird im Vergleich zu denen der elektro lumineszierenden Schicht, für die eine Stärke von 25 bis 100 ,u angewiesen ist.
Die Erfindung bezweckt, eine Massnahme zu schaffen, durch die ein günstiger Wert des oben erwähnten Impedanzverhältnisses erzielt werden kann, ohne dass dabei die Empfindlichkeit der photo empfindlichen Elemente für eine vom photoempfind lichen Stoff stark absorbierte Primärstrahlung beein trächtigt wird. Die Massnahme nach der Erfindung macht es weiterhin möglich, einen photoempfindlichen Stoff mit einem verhältnismässig niedrigen Dunkel widerstand zu verwenden.
Der Bildverstärker nach der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, dass die Projektionen der bei- den Elektroden auf einer zum Bildschirm parallelen Fläche sich nicht schneidende, interlinierte Zeilen oder Strichmuster darstellen.
Bei einer einfachen bevorzugten Ausführungsform des Bildverstärkers nach der Erfindung kann ebenso wie beim obenerwähnten bekannten Feststoff-Bild- verstärker der photoempfindliche Stoff und der elek trolumineszierende Stoff in getrennten, übereinander liegenden, geschlossenen Schichten enthalten sein, wobei der Abstand zwischen den Rändern der be nachbarten Teile der beiden Elektroden in der Pro jektion grösser ist als die Summe der Stärken der photoempfindlichen Schicht und der elektrolumines zierenden Schicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Bild verstärker aus im wesentlichen in derselben Ebene liegenden, örtlich parallelen Bahnen aufgebaut sein, die abwechselnd den photoempfindlichen Stoff und den elektrolumineszierenden Stoff enthalten, wobei die photoempfindlichen Bahnen und die elektrolumines zierenden Bahn je mit einer der einander in der Pro jektion nicht schneidenden Elektroden versehen ist.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, bei dem verschiedene aufeinanderfolgende Schichten teilweise entfernt sind.
Fig.2 zeigt schematisch einen Teil eines senk rechten Querschnittes des Bildschirmes nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt in der Vorderansicht den Mittelteil eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem gleich falls verschiedene Schichten teilweise entfernt sind. Fig. 4 zeigt einen Teil eines radialen Schnittes des Schirmes nach Fig. 3.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Teil eines Quer schnittes eines Bildverstärkers nach der Erfindung, der eine Abart der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 ist.
Fig.6 zeigt schematisch einen Teil des Quer schnitts wieder einer andern Ausführungsform, und Fig. 7 zeigt schliesslich einen Teil des Querschnitts wieder eines anderen Ausführungsbeispiels.
In den Figuren sind die verschiedenen Einzelhei ten nicht im gegenseitig richtigen Verhältnis darge stellt, die wesentlichen Abmessungen sind grössten teils in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt. Ins besondere von Schichten oder Streifen, deren Stärke im Verhältnis zu der von anderen Schichten gering ist, ist diese Stärke deutlichkeitshalber stark übertrie ben dargestellt.
Beim Bildverstärker nach den Fig. 1 und 2 ist auf einem als Glasplatte ausgebildeten durchsichtigen Träger 1 eine kammförmige Elektrode 2 angebracht, die aus einer dünnen Schicht von leitendem Zink oxyd besteht und durchsichtig ist. Die Elektrode 2 besitzt Zähne 3, die sich parallel zur Unterseite der Glasplatte 1 erstrecken. Der Abstand zwischen den Mitten der Zähne beträgt etwa 1 mm, und jeder Zahn hat eine Breite von etwa 100 /t. Die Zähne sind mit einer Schicht 4 überzogen, die einen elektrolumines- zierenden Stoff, gegebenenfalls zusammen mit einem Bindemittel, wie zum Beispiel Harnstoff-Formalde- hyd, enthält.
Der elektrolumineszierende Stoff kann zum Beispiel aus mit Kupfer und Aluminium aktivier tem Zinksulphid bestehen. Die Stärke b (siehe Fig. 2) der Schicht 4 beträgt etwa 100 ,er.
Auf der Schicht 4 ist eine dünne undurchsichtige Zwischenschicht 5 mit einem hohen Widerstand in Richtung in ihrer Ebene angebracht; diese Schicht kann zum Beispiel aus einem schwarzen Lack be stehen. Auf der Zwischenschicht 5 ist eine photo empfindliche Schicht 6 angebracht, die eine Stärke a von etwa 10 p hat und im wesentlichen aus einem Stoff besteht, dessen spezifische elektrische Impedanz durch Bestrahlung umkehrbar geändert werden kann. Die Schicht 6 kann zum Beispiel aus mit Kupfer und Gallium aktiviertem Kadmiumsulphid bestehen.
Die Schicht 6 kann durch Aufdampfen des photoempfind lichen Stoffes im Vakuum erzielt werden; in diesem Fall ist es vorzuziehen, die Reihenfolge der Schichten 4, 5 und 6 gegenüber dem durchsichtigen Träger umzukehren Auf der photoempfindlichen Schicht 6 ist eine zweite kammförmige Elektrode 7 angebracht, deren Zähne 8 sich parallel zu den Zähnen 3 der Elek trode 2 erstrecken und in der Mitte über den Zwi schenräumen der letzteren Zähne angebracht sind. Die Projektionen der Elektroden 2 und 7 auf einer zum Bildschirm parallelen Fläche schneiden sich nicht und sind interliniert. Die Elektrode 7 kann, ebenso wie die Elektrode 2, aus einer äusserst dünnen Zinnoxydschicht bestehen; auch kann eine im ge wünschten Muster aufgedampfte Metallschicht ver wendet werden.
Die Breite der Zähne 8 beträgt, ebenso wie die der Zähne 3, etwa 100 ef.
Der Abstand c (Fig.2) zwischen den einander zugekehrten Rändern der auf einer zum Bildschirm parallelen Fläche projizierten Zähne der Elektroden 2 und 7 beträgt beim beschriebenen Beispiel etwa 400<I>,</I><B>11.</B> Dieser Abstand ist grösser als die Summe der Stärken der photoempfindlichen Schicht 6 und der elektrolumineszierenden Schicht 4; diese Summe (a + b) beträgt in diesem Falle etwas mehr als 100 .
über die Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bildverstärkers lässt sich kurz folgendes sagen: Wird mittels mit den Elektroden 2 und 7 ver bundener Stromzuleitungsdrähte 9 und 10 an den Bildverstärker eine elektrische Spannung, vorzugs weise eine Wechselspannung, gelegt, so hängt die elektrische Feldstärke in der elektrolumineszierenden Schicht 4 örtlich von der örtlichen Impedanz der sich darüber befindlichen photoempfindlichen Schicht 6 ab, denn bei örtlich sehr hoher Impedanz der Schicht 4 erstreckt sich das Feld dort im wesentlichen etwa geradlinig von einem Zahn 3 zu einem Zahn 8, wäh rend bei örtlich niedriger Impedanz der photoemp findlichen Schicht, z.
B. durch in Fig. 2 von oben her einfallende Strahlung, der grösste Teil der Spannung quer zur elektrolumineszierenden Schicht zu stehen kommt. Ein auf der photoempfindlichen Schicht 4 erzeugtes primäres Strahlungsbild bewirkt daher die Erzeugung eines entsprechenden elektrolumineszieren den Bildes in der Schicht 4, welches sein Licht durch den durchsichtigen Träger 1 hindurch ausstrahlen kann.
Da sowohl die photoempfindliche Schicht sehr dünn ist als auch der Abstand c grösser ist als die Stärke b der elektrolumineszierenden Schicht 4, gibt es einen grossen Unterschied in der elektrischen Feld stärke der elektrolumineszierenden Schicht, wenn die photoempfindliche Schicht nicht und wenn sie wohl durch Bestrahlung leitend gemacht ist. Da die Schicht 6 sehr dünn ist, kann in dieser Schicht ein photo empfindlicher Stoff mit einem verhältnismässig nied rigen Dunkelwiderstand verwendet werden, und der Bildschirm reagiert auch auf Strahlung, für die der photoempfindliche Stoff einen hohen Absorptions koeffizienten besitzt.
Bei dem an Hand der Fig. 3 und 4 erläuterten Bildverstärker sind auf einem als Glasplatte ausgebil deten Träger 30 örtlich parallele, seitlich aneinander anschliessende, etwa 0,5 mm breite Bahnen 31 und 32 angebracht, die einen photoempfindlichen Stoff, z. B. aktiviertes Kadmiumsulphid, bzw. einen elektro lumineszierenden Stoff, z. B. aktiviertes Zinksulphid, enthalten.
Die Bahnen stellen konzentrische Spiralen dar und enthalten abwechselnd den photoempfind lichen Stoff und den elektrolumineszierenden Stoff. In der Mitte unter jeder Bahn 31 befindet sich auf dem Träger 30 eine spiralförmige, gut leitende Elektrode 33, die eine Breite von 50 bis 100 ,u hat, wenn mög lich weniger, und die von einer dünnen Schicht aus Zinnoxyd oder Metall gebildet wird. Die Bahnen 32 mit dem elektrolumineszierenden Stoff sind auf der vom Träger 30 abgekehrten Seite mit einer durchsich tigen, gut leitenden Elektrode 34 versehen, deren Breite etwas geringer ist als die der betreffenden Bahn 32.
Die Projektionen der Elektroden 33 und 34 auf einer zum Bildschirm parallelen Fläche sind inter- liniert. Die verschiedenen Elektrodenteile 34 sind an dem nicht dargestellten äusseren Ende der Spiralen elektrisch durchverbunden, und dasselbe gilt für die Elektrodenteile 33.
Unter jeder Hälfte einer Bahn 32 mit dem elek trolumineszierenden Stoff befindet sich eine gleich falls spiralförmige Bahn 35, deren Aussenrand an den Rand der neben der betreffenden elektrolumineszie renden Bahn liegenden photoempfindlichen Bahn 31 anschliesst. Die Bahnen 35, die durch einen kleinen Zwischenraum 36 getrennt sind, bestehen aus einem Material, dessen elektrische Leitung spannungsabhän gig ist, und zwar bei Zunahme der elektrischen Span nung zunimmt. Diese Bahnen können zum Beispiel aus einem leitenden Kadmiumsulphid mit einem Bindemittel, wie einem Epoxyharz, bestehen und eine Stärke von etwa 50 ,u haben.
Wird an die Elektroden 33 und 34 eine elek trische Spannung gelegt, so wird die Spannung zwi schen einer Bahn 35 und der auf der gegenüberliegen- den Seite der betreffenden elektrolumineszierenden Bahn 32 angebrachten Elektrode 34 örtlich durch die örtliche Impedanz der photoempfindlichen Bahn 31 bedingt, an welche die Bahn 35 anschliesst. Diese Im pedanz lässt sich durch Strahlung (Primärstrahlung), für welche der photoempfindliche Stoff der Bahn 31 empfindlich ist, beeinflussen. Eine solche Strahlung kann man durch den durchsichtigen Träger 30 hin durch auf die dem Träger zugekehrte Oberfläche der photoempfindlichen Bahnen 31 fallen lassen, und in einem solchen Falle ist der Absorptionskoeffizient des photoempfindlichen Stoffes für diese Strahlung nicht von grosser Bedeutung.
Lässt man die Primär strahlung in Fig.4 von oben her auf den Schirm fallen, so dass sie also die von der Platte 30 abge kehrte Fläche der Bahnen 31 trifft, so muss für einen deutlich wahrnehmbaren Effekt die Stärke einer Bahn 31 hinreichend klein sein, um von der Primärstrah lung durchdrungen werden zu können. Die Stärke der Bahnen 31 wird daher vorzugsweise nicht grösser als 50 ,u gewählt, wobei entsprechend der Weise, wie die Schichten 31 angebracht sind, eine Stärke von 5 bis 10 ,u (aufgedampft) oder 10 bis 20 ,u (gespritzt) sehr günstig ist.
Die Stärke der Bahnen 32 mit dem elek trolumineszierenden Stoff beträgt etwa 100,u. Die Bahnen 32 und 35 können zum Beispiel mittels eines Seidensiebdruckverfahrens angebracht sein.
Bei der an Hand der Fig. 3 und 4 erläuterten Aus führungsform stellen die Bahnen 31 und 32 und somit auch die Elektroden 33 und 34 und die Hilfselektro- denbahnen 35 konzentrische Spiralen dar. Es ist ein leuchtend, dass die Bahnen und somit auch die Elek troden und die Hilfselektrodenbahnen, ebenso wie beim Schirm nach den Fig. 1 und 2, geradeaus ver laufen können. Es ist aber nicht erforderlich, dass die Bahnen gerade Linien darstellen; sie können auch eine Wellenlinie oder einer Zickzacklinie folgen. Hauptsache ist, dass die Bahnen Linien folgen, die keine Schnittpunkte besitzen. Dasselbe gilt auch für jedes der nachfolgenden Beispiele.
Es wird von ihnen in den erläuternden Figuren daher nur ein Teil eines Querschnittes senkrecht zur örtlichen Richtung der an die Spannung anzulegenden Elektroden dargestellt.
In Fig. 5 ist ein Teil des Querschnittes eines Aus führungsbeispiels dargestellt, das von dem an Hand der Fig. 3 und 4 erläuterten Bildverstärker in erster Instanz in der Anbringung der spannungsführenden Elektrode auf den elektrolumineszierenden Bahnen abweicht. Diese in Fig. 5 mit 54 bezeichnete Elek trode ist, ebenso wie die Elektrode 53 für die photo empfindlichen Bahnen, direkt auf dem durchsichtigen Träger 50 angebracht, der aus einem durchsichtigen Kunststoff bestehen kann. Der photoempfindliche Stoff und der elektrolumineszierende Stoff sind in örtlich par allelen Bahnen 51 und 52 angebracht.
Auch bei dieser Ausführungsform sind mit 55 bezeichnete Hilfselek- trodenelemente vorhanden, die auf derselben Seite, auf der sich die Elektroden 53 befinden, mit den photoempfindlichen Bahnen 51 in Berührung sind und eine elektrische Durchverbindung mit der von der Elektrode 54 abgekehrten Seite der elektrolumi neszierenden Bahnen 52 bilden. Die Hilfselektroden- elemente können, wie es bei dem an Hand der Fig. 3 und 4 erläuterten Beispiel der Fall ist, aus sich in der Längenrichtung der Bahnen 51 und 52 erstrek- kenden Streifen mit einem spannungsempfindlichen Stoff bestehen.
Die Hilfselektrodenelemente können auch von gut leitenden, gegenseitig isolierten Flächen 55, z. B. aus Metall oder leitendem Metalloxyd, gebil det werden. Im Zusammenhang mit der Bildschärfe dürfen diese Elemente dann aber in Richtung der Bahnen 51 und 52 und somit der Elektroden 53 und 54 nicht kontinuierlich sein, wie es bei Anwendung eines spannungsempfindlichen leitenden Stoffes der Fall ist. Die Abmessung der gegenseitig isolierten, gut leitenden Hilfselektrodenflächen 55 wird daher vorzugsweise in Richtung der Bahnen 51, 52 nicht grösser gewählt als in der zu dieser quer stehenden Richtung. Die Flächen können zum Beispiel in der Projektion auf einer zum Bildschirm parallelen Flä che viereckig sein.
In Fig. 6 ist ein Teil eines Querschnittes eines Bildverstärkers schematisch dargestellt, wobei ebenso wie bei den beiden vorhergehenden Ausführungsbei spielen der Schirm aus örtlich parallelen Bahnen auf gebaut ist, die abwechselnd den photoempfindlichen und den elektrolumineszierenden Stoff enthalten. Die dem elektrolumineszierenden Stoff zugeordnete Elek trode besteht aus einem System dünner paralleler Metalldrähte 64, die mit einer Umhüllung 62 aus einem elektrolumineszierenden Stoff mit einer Stärke von etwa 100,u umgeben sind.
Zwischen den so um hüllten, auf einem durchsichtigen Träger 60 ruhen den Drähten ist jeweils eine photoempfindliche Bahn 61 mit einer Breite von etwa 600,u und einer Stärke von zum Beispiel 10 bis 20,a angebracht, die beider seits an eine elektrolumineszierende Umhüllung 62 anschliesst.
Auf der vom Träger 60 abgekehrten Seite ist auf jeder photoempfindlichen Bahn 61 in der Mitte der selben eine Elektrode 63 mit einer Breite von etwa 50 bis 100 ,u angebracht. Der Rand jeder photoemp findlichen Bahn und ein Teil des Umfanges der an diesen anschliessenden elektrolumineszierenden Um hüllung 62 ist auf der Seite der Elektrode 63 mit einer Reihe von Hilfselektrodenelementen 65 ver sehen. Diese Hilfselektroden können aus einem span nungsempfindlichen Stoff bestehen und in diesem Falle in der Längenrichtung der Bahnen durchlaufen.
Sie können auch von gut leitenden Oberflächen ge bildet werden, von denen dann eine Anzahl gegen seitig isoliert in Richtung der Bahnen 61 hinterein- ariderliegt, wobei die Abmessung jedes Elementes dann in dieser Richtung nicht grösser ist als in der zu dieser quer stehenden Richtung.
Schliesslich ist in Fig. 7 schematisch ein Teil eines Querschnittes eines Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem die Leitung in den photoempfindlichen Bah nen in deren Stärkerichtung erfolgt. Zur Erzielung eines günstigen Wertes des Impedanzverhältnisses zwischen den einander zugeordneten Teilen der photo empfindlichen und elektrolumineszierenden Bahnen sind Hilfselektrodenelemente angebracht, die je einer grösseren Oberfläche des elektrolumineszierenden Stoffes als die mit ihr in Berührung befindliche Ober fläche des photoempfindlichen Stoffes zugeordnet sind. Auf einem durchsichtigen Träger 70 sind mit einander abwechselnde Bahnen 71 bzw. 72 mit dem photoempfindlichen bzw. dem elektrolumineszieren den Stoff angebracht.
Die Stärke der Bahnen 71 ist gering, z. B. 10 bis<I>20</I> ft, so dass sie für die zu ver arbeitende Primärstrahlung durchdringbar sind. Die Stärke der elektrolumineszierenden Bahnen 72 be trägt etwa 100 p. Auf den Bahnen 71 und 72 sind an Spannung zu legende Elektroden 73 und 74 an gebracht. Unter jeder photoempfindlichen Bahn 71 mit einer Breite r und einer Stärke f befindet sich auf dem Träger 70 ein Hilfselektrodenelement 75, das sich beiderseits über eine Breite p unterhalb der an grenzenden elektrolumineszierenden Bahn 72 mit einer Stärke e erstreckt.
Die Hilfselektrodenelemente 75 können von in Richtung der Bahnen 71 und 72 verlaufenden dünnen Streifen aus einem leitenden, spannungsempfindlichen Stoff gebildet werden; sie können auch aus mehr oder weniger viereckigen Flä chen, wenn möglich durchsichtigen Flächen aus Me tall oder einem leitenden Metalloxyd bestehen.
Der mit der Erfindung beabsichtigte Effekt wird erzielt, wenn die Breite p der Beziehung Ef <I>-</I> r/f <I> < </I> 2E, <I>-</I> p/e entspricht, wobei E, und E, die Dielektrizitätskon- stanten des Materials einer photoempfindlichen Bahn 71 bzw. einer elektrolumineszierenden Bahn 72 dar stellen.