DE1087698B - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb elektrolumineszierender Zellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sick auf Verfahren zum Betrieb elektrolumineszenter Zellen und aitf elektrolumineszente Vorrichtungen.

Die Elektrolumineszenzerscheinung wurde zuerst von G. D es tr i au entdeckt. Eine seiner zusammenfassenden Veröffentlichungen ist im Philosophical Magazine, Reihe 7, Bd. 38, London, Edinburgh und Dublin, Oktober 1947, S. 700 bis 737, erschienen. Eine neuere Zusammenfassung der Elektrolumineszenzerscheinungen ist in einem Artikel von D es tr i au in »Proceeding of the I.R.E.«, Bd. 43, Dezember 1955, und Ivey_r »Electroluminescence and Related Topics« S. 1911 bis 1940, zu finden. Bei den üblichen Elektrolumineszenzvorgängen werden bestimmte pulverisierte Leuchtstoffe dem Einfluß eines elektrischen Wechselfeldes ausgesetzt und durch dieses Feld zur Lichtemission angeregt. Ferner ist auch bekannt, daß dünne Folien elektrolumineszenter Leuchtstoffe Elektrolumineszenzerscheinungen bei Anregung durch Wechsel- oder Gleispannung zeigen.

In der USA.-Patentschrift 2 755 406 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der nur ein elektrolumineszenter Leuchtstoff in Pulverform zwischen zwei Elektroden gebracht ist. Eine solche Anordnung kann im allgemeinen entweder durch Wechsel- oder Gleichspannung zur Lichtemission angeregt werden. In der USA.-Patentschrift 2 817 783 ist eine elektrolumineszente Vorrichtung beschrieben, bei der verschiedene Bereiche eines heterogenen elektrolumineszenten Kristalls durch verschiedenartiges Zusammenwirken von Wechsel- und Gleichströmen angeregt werden, um die Lichterzeugung der Vorrichtung zu steuern.

Die üblichen elektrolumineszenten Zellen sind so aufgebaut, daß sie "nur mit einer Wechselspannung betrieben werden können, da der im allgemeinen pulverisiert vorliegende Leuchtstoff mit einer gewissen Menge dielektrischen Materials, z. B. zu gleichen Gewichtsanteilen, vermischt ist und auf diese Weise eine Art Kondensator bildet. Das zugemischte dielektrische Material dient nämlich dazu, einen elektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zelle zu verhindern und so zu ermöglichen, daß viel höhere elektrische Felder an den Leuchtstoff angelegt werden können. Damit wird sowohl sein Wirkungsgrad in der Lichterzeugung als auch die Intensität der Lichtausbeute gesteigert. Derartige elektrolumineszente Vorrichtungen können nicht mit Gleichspannungen allein zur Lichterzeugung angeregt werden, da die pulverisierten Leuchtstoffteilchen durch das beigemischte dielektrischeMaterial bis zu einem gewissen Grad voneinander elektrisch isoliert sind. Bei den bisher hergestellten elektrjlutnineszenten Einrichtungen, die mit Gleichspannung betrieben werden, um Licht zu erzeugen, ist die sogenannte Gleichspannungs-Elektro-Verfahren und Einrichtung

zum. Betrieb elektrolumineszierender

Zellen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
; East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen_r Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 2. Mai 1958

William A. Thornton, Cranford, N. J. (V. St. A.),
ist als Etfinder genannt worden

lumineszenz tatsächlich relativ gering, wenn man sie .mit. der Wechselspannungs-Elektrolumineszenz vergleicht. Demnach sind elektrolumineszente Einrichtungen im allgemeinen so aufgebaut, daß sie nur mit Wechselspannungen betrieben werden können, um den höchsten Wirkungsgrad und die beste Lichtausbeute zu erhalten.

In den letzten Jahren wurden die Elektrolumineszenzerscheinungen für lichtverstärkende und bilderzeugende Einrichtungen angewandt, wie es bereits in der USA.-Patentschrift 2 650310 beschrieben ist. Diese Einrichtungen bestehen im allgemeinen aus einer relativ dicken Schicht aus einer photoleitenden Substanz, wie z. B. Cadmiumsulfid, mit einer daran anliegenden dünnen Schicht aus elektrolümineszentem Leuchtstoff. Photoleitende und elektrolumineszente Schicht liegen zwischen zwei Elektroden. Wird eine Wechselspannung an die Elektroden angelegt, ohne die photoleitende Substanz zu bestrahlen, so ist das am Leuchtstoff liegende elektrische Feld so klein, daß wenig oder gar kein Licht von dem Leuchtstoff ausgesandt wird. Wird die photoleitende Substanz von einer Bildquelle bestrahlt, '''e beispielsweise Röntgenstrahlen oder sichtbares Li it aussendet, so wächst das elektrische Feld an den

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Stellen des Leuchtstoffes die an die bestrahlten Bereiche des Photoleiters angrenzen, sehr stark an, da die photoleitende Schicht gegenüber der Leuchtstoffschicht dick ist. Dadurch werden diese Leuchtstoffbereiche angeregt, Licht entsprechend der Intensität des auf die photoleitende Schicht auftreffenden Bildes auszusenden. Diese Einrichtungen haben aber einige Nachteile. Die Abklingzeit der photoleitenden Schicht ist recht groß, ungefähr in der Größenordnung von 1 bis 10 Sekunden. Außerdem sind die notwendig dicken photoleitenden Schichten sehr undurchlässig für die Strahlung der Bildquelle. Dadurch wird die Empfindlichkeit herabgesetzt. Ferner wird auch das Auflösungsvermögen durch diese dicken photoleitenden Schichten verschlechtert. Daher sind diese Einrichtungen nicht so praktisch, wie sie sein sollten. Sehr sorgfältig ausgearbeitete Vorrichtungen wurden zur Erhöhung der Empfindlichkeit und Leistung dieser Bildverstärkereinrichtungen gebaut, aber die Bemühungen in dieser Richtung waren nicht so erfolgreich, wie man es sich vorgestellt hatte.

In der deutschen Auslegeschrift 1 004 301 ist ein Bildverstärker mit photoleitendem und elektrolumineszierendem Material beschrieben, bei dem an der Elektrolumineszenzschicht eine dem erregenden Wechselspannungsfeld überlagerte Gleichspannung liegt. Die Gleichspannung wird durch den Widerstand eines photoleitenden Materials bestimmt, der durch die zu verstärkende Strahlung belichtet wird. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Wechselströme den Phtoleiter nicht durchfließen. Das verwendete Leuchtstoffmaterial soll eine Lumineszenzcharakteristik haben, die von der Frequenz und der Amplitude der angelegten Wechselspannung ebenso wie von der Größe der überlagerten Gleichspannung abhängt. Es wurde aber bisher nicht erkannt, daß die Leuchtdichte bei gleichzeitiger Erregung mit Wechselspannung und Gleichspannung unter Umständen wesentlich die Summe der Leuchtdichten bei reiner Gleichspannungsanregung und reiner Wechselspannungsanregung übersteigen kann.

Die gewöhnliche elektrolumineszente Zelle ist gegenüber Anregung mit niedrigen Wechselspannungen unempfindlich. Sogar bei Zellen geringster Dicke Hegt der Schwellenwert der Lumineszenz im allgemeinen bei Wechselspannungen von mindestens ungefähr 2 Volt. Die üblicherweise an die Elektroden der Zelle angelegte Wechselspannung beträgt mindestens 110 Volt. Bei der üblichen mit Wechselspannung betriebenen elektrolutnineszenten Zelle wird in jeder Halbperiode ein Lichtblitz erzeugt. Die Abklingzeit für jeden Lichtblitz liegt bei dem gebräuchlichen elektrolumineszenten Leuchtstoff in der Größenordnung von ungefähr 60 Mikrosekunden. Hat die angelegte Wechselspannung eine Frequenz von mehr als beispielsweise etwa 20 Hz, dann verschmilzt das Auge bekanntlich die einzelnen Lichtblitze und gewinnt den Eindruck einer stetigen Lichterscheinung, und die wechselnden Lichtblitze können bei größeren Anregungsfrequenzen nur mit Hilfe einer empfindlichen Vorrichtung gemessen werden. Steigt jedoch die Anregungsfrequenz, dann wird die Nachweismöglichkeit auch mit einer höchstempfindlichen Einrichtung durch die Abklingzeit des elektrolumineszenten Leuchtstoffs von 60 Mikrosekunden begrenzt.

Auch ist ein Bedarf für sogenannte Festkörperverstärker und elektrische Entkopplungsvorrichtungen sowie für verbesserte Relais auf Festkörperbasis vorhanden.

Ziel der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten der bisherigen Technik zu überwinden und ein Verfahren zum Betrieb einer elektrolumineszenten Zelle mit Wechsel- und Gleichspannungsanregung zugleich zu schaffen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer elektrolumineszenten Zelle mit Gleich- und Wechselspannung. Die Erfindung besteht darin, daß bei der Ausnutzung des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenzeffekts, der durch das Verhältnis der an den Leuchtstoff angelegten Gleichspannung zur gleichzeitig angelegten Wechselspannung, und zwar durch das Verhältnis der Leuchtdichten der Zelle bei reiner Wechselspannungsanregung - und zum anderen durch den Lichtverstär-

kungsfaktor

Leuchtdichte bei gleichzeitiger Anregung durch Gleich- und Wechselspannung

Leuchtdichte bei reiner Gleichspannungsanregung + Leuchtdichte bei reiner Wechselspannungsanregung

bestimmt wird, der Lichtverstärkungsfaktor (i?) meßbar größer als 1 ist.

Dabei ist wesentlich, daß, wenn Gleich- und Wechselspannungen gleichzeitig an die Elektroden der Zelle angelegt werden, die sich daraus ergebende Lichtemission meßbar größer ist als die Summe der entstehenden Lichtemissionen, wenn die gewählte Wechselspannung und die gewählte Gleichspannung nacheinander einzeln an die Elektroden der Zelle angelegt werden, und daß, falls die gewählten Gleich- und Wechselspannungen nicht gleichzeitig an die Elektroden der Zelle angelegt werden, die Wechselspannung erst dann angelegt wird, wenn die Gleichspannung wieder von den Elektroden entfernt ist.

Diese gewählten Wechsel- und Gleichspannungen lassen sich in Relativwerten ausdrücken, die verschieden sind, je nachdem ob der Leuchtstoff in Pulverform oder in Form einer dünnen Folie vorliegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt einen neuen Effekt, der als Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenz (WGE) bezeichnet werden kann. Auf Grund dieses WGE-Effektes lassen sich elektrolumineszente Zellen derart betreiben, daß man eine maximale Lichtausbeute erhält oder auch daß sehr geringe Wechselspannungen nachgewiesen werden können, welche die Zelle zu Lichtimpulsen mit sehr kurzer Abklingzeit anregen. Ferner lassen sich hiermit sehr empfindliche Bildverstärker unter Verwendung photoleitender Substanzen _tbauen, die mit einer sehr kleinen Zeitkonstante betrieben werden können, da der Photoleiter hauptsächlich zum Schalten der Gleichspannung dient und keine große Dicke im Vergleich zur Elektrolumineszenzschicht aufzuweisen braucht. Weiter wurde ein Bildschirm geschaffen, der aus zahlreichen Elektrolumineszenzzellen besteht, die je derart mit Wechsel- und Gleichspannungen betrieben werden können, daß sich eine erhöhte Lichtausbeute ergibt. Bei einem anderen Bildschirm wurden Kreuzgitter-Elektroden verwendet. Schließlich wurden unter Benutzung der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenz (WGE) ein Wechsel- oder

A UO/ U3O

Gleichspannungsmesser, ein Wechsel- oder Gleichstromverstärker oder Entkoppler und ein mit Wechseloder Gleichspannung zu betreibendes Elektrolumineszenzrelais entworfen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine elektrolumineszente Zelle, die einen pulverisierten Leuchtstoff mit einer geringen Beimischung von dielektrischem Material enthält; die Energieversorgung dieser Zelle ist schematisch dargestellt;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine elektrolumineszente Zelle, die einen pulverisierten elektrolumineszenten Leuchtstoff zwischen zwei Elektroden enthält; die Energieversorgung dieser Zelle ist schematisch dargestellt;

Fig. 3 zeigt eine Darstellung gemäß Fig. 1 mit dem Unterschied, daß der Leuchtstoff als dünne Folie vorliegt; die Energieversorgung dieser Zelle ist schematisch dargestellt;

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf eine elektrolumineszente Zelle, bei der zur besseren Übersicht Teile abgebrochen sind, mit Elektroden, die in Form eines Maschengitters aufgebracht sind; die Energieversorgung dieser Zelle ist schematisch dargestellt;

Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Abhängigkeit des Lichtverstärkungsfaktors (R) von der angelegten Wechselspannung bei einer Zelle aus bestimmtem elektrolumineszentem Leuchtstoffmaterial, an die gleichzeitig eine konstante Gleichspannung angelegt ist;

Fig. 6 zeigt ebenso wie Fig. 5 in graphischer Darstellung die Arbeitskennlinien derselben Zelle, an die gleichzeitig eine konstante Gleichspannung von höherem Wert angelegt ist;

Fig. 7 zeigt ebenso wie die Fig. 5 und 6 eine graphische Darstellung für die gleiche Zelle, an die gleichzeitig eine konstante Gleichspannung von noch größerem Wert angelegt ist;

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Lichtverstärkungsfaktors (R) von der angelegten Wechselspannung für einen anderen elektrolumineszenten Leuchtstoff, wobei gleichzeitig eine konstante Gleichspannung von einem relativ niedrigen Wert angelegt ist;

Fig. 9 zeigt ebenso wie Fig. 8 eine graphische Darstellung, die die Arbeitskennlinien der gleichen Zelle darstellt, wobei gleichzeitig eine konstante Gleichspannung von größerem Wert angelegt ist;

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Lichtverstärkungsfaktors (R) von der angelegten Gleichspannung der gleichen Zelle, wie sie bei der Ermittlung der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Kurven verwendet wurde, wobei eine konstante Wechselspannung angelegt und die Gleichspannung geändert wird;

Fig. 11 bis 14 entsprechen den Fig. 5 bis 9 mit dem Unterschied, daß die zur Ermittlung der Kurven verwendeten Zellen alle voneinander verschieden sind;

Fig. 15 bis 17 entsprechen den Fig. 5 bis 9 und 11 bis 14 mit dem Unterschied, daß der verwendete Leuchtstoff jedesmal verschieden ist und als dünne Folie vorliegt;

Fig. 18 ist eine graphische Darstellung, in der die Abhängigkeit der Lichtsignale von der angelegten Wechselspannung aufgetragen ist, wobei die angelegte Gleichspannung konstant war, und stellt die Empfindlichkeit der Zelle bis zu sehr niedrigen Wechselspannungswerten dar; Fig. 19 zeigt einen Schnitt durch eine Elementarzelle eines Bildverstärkers, wobei die Energieversorgungsquelle in schematischer Darstellung gezeigt wird;

Fig. 20 zeigt ein vergrößertes Schnittbild einer anderen Ausführungsform eines Bildverstärkers als Fig. 19; hier werden zusätzlich Isolatoren und eine lichtabschirmende Schicht verwendet, und die Elektroden der einzelnen Elementarzellen sind näher zusammengelegt;

Fig. 21 zeigt einen Schnitt durch einen anderen Bildverstärker, wobei die Energieversorgung in schematischer Darstellung gezeigt ist.

Fig. 22 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bildverstärkers, der eine zur Lichtabschirmung dienende Vorrichtung zwischen der Leuchtstoffschicht und der photoleitenden Schicht enthält; die Energieversorgung für diesen Bildverstärker ist schematisch dargestellt;

Fig. 23 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus einem Schnitt durch eine zur Lichtabschirmung dienenden Vorrichtung, wie sie im Bildverstärker nach Fig. 22 verwendet wird;

Fig. 24 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildwandlers und seiner Energieversorgung;

Fig. 25 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Teils des in Fig. 24 gezeigten Bildwandlers mit einer anderen Schaltungsanordnung der Energieversorgung, die schematisch dargestellt ist;

Fig. 26 entspricht Fig. 25 und zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Schaltungsanordnung der Energieversorgung;

Fig. 27 ist eine schematische Darstellung eines Gleich- oder Wechselspannungsmessers gemäß der Erfindung;

Fig. 28 zeigt eine schematische Darstellung eines Gleich- oder Wechselspannungsverstärkers oder elektrischen Entkopplers, der veränderliche Eingangswechsel- und Gleichspannungen und einen Gleichstromausgang hat;

Fig. 29 entspricht Fig. 28 mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung einen Eingang mit veränderlicher Wechselspannung und einen Wechselspannungsausgang besitzt;

Fig. 30 entspricht Fig. 28 mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung eine veränderliche Eingangsgleichspannung und einen Wechselspannungsausgang hat; Fig. 31 entspricht Fig. 28 mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung eine veränderliche Eingangswechselspannung und sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromausgänge hat;

Fig. 32 zeigt in schematischer Darstellung ein mit Wechsel- oder Gleichstrom betätigtes Relais gemäß der Erfindung;

Fig. 33 entspricht im wesentlichen Fig. 32 mit dem Unterschied, daß das Relais mehrere Eingänge hat und mit einer Photozelle zusammenarbeitet;

Fig. 34 zeigt in schematischer Darstellung einen weiteren Bildwandler, dessen Eingangswechselspannung veränderlich, dessen Eingangsgleichspannung aber konstant ist;

Fig. 35 entspricht Fig. 34 mit dem Unterschied, daß die Eingangswechselspannung konstant und die Eingangsgleichspannung veränderlich ist;

Fig. 36 entspricht Fig. 34 mit dem Unterschied, daß sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung an den Eingängen veränderlich sind.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine elektrolumineszente Zelle 40, die aus einem Glasträger 42 besteht, der mit einer dünnen, lichtdurchlässigen, elektrisch

leitenden Schicht 44, die als erste Elektrode dient, überzogen ist. Diese erste Elektrode 44 ist mit einer Schicht 46 aus einer Mischung von elektrolumineszentem Leuchtstoff 48 und dielektrischem Material 50 überzogen. Über dieser den Leuchtstoff enthaltenden dielektrischen Schicht 46 befindet sich eine zweite Elektrode 52, die beispielsweise aus einer dünnen Schicht von im Vakuum aufgedampften- Aluminium oder Silber bestehen kann. Der Leuchtstoff 48 ist pulverisiert. Die Korngröße des Leuchstoffpulvers ist nicht kritisch und kann — wie bekannt — sehr verschieden sein. Zum Beispiel kann das Leuchtstoffpulver 48 eine mittlere Korngröße von ungefähr 7 Mikron haben. Als Leuchstoff kann jeder beliebige elektrolumineszente Leuchtstoff dienen, d.h. jeder Leuchtstoff, der, angeregt durch ein elektrisches Wechselfeld, sichtbares Licht emittiert. Die nachstehend eingehend behandelten pulverisierten elektrolumineszenten Leuchtstoffe sind alle dazu geeignet. Die Mengen des beigemischten dielektrischen Mate- _ao rials 50 werden von der Menge des verwendeten Leuchtstoffes 48 in der Hinsicht begrenzt, daß eine elektrische Verbindung zwischen mindestens einem erheblichen Anteil der einzelnen Leuchtstoffteilchen bestehen soll, damit die elektrolumineszente Zelle 40 bei Erregung durch eine Gleichspannung zu fortwährender Lichtemission angeregt werden kann. Es muß jedoch so viel dielektrisches Material 50 beigegeben werden, daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Leuchtstoffteilchen ausgefüllt sind, so daß dann, wenn die Elektrode 52 durch Vakuumauf dampfung auf die den Leuchtstoff enthaltende dielektrische Schicht 46 aufgebracht wird, die Zwischenräume zwischen den einzelnen Leuchtstoffteilchen nicht durch das Elektrodenmaterial ausgefüllt werden, da dies zu einem Kurzschluß in der Zelle 40 führen könnte. In der Praxis wird so viel dielektrisches Material beigemengt, wie 1-bis 10% des Gewichts des Leuchtstoffes entspricht. Jedoch kann dieser angegebene Bereich auch erweitert werden. Beispielsweise wurde eine Menge des beigemischten Dielektrikums, die 5 % des Gewichts des Leuchtstoffes beträgt, als sehr günstig befunden. Das Dielektrikum 48 besteht aus einem beliebigen lichtdurchlässigen isolierenden Material mit einer angemessenen Dielektrizitätskonstante,' wie z.B. Polyvinylchloridacetat, Methylmethacrylat oder Polystyrol. Die Unterlage 42 besteht aus einer beliebigen lichtdurchlässigen Substanz, wie z. B. Glas, und die erste Elektrode 44 wird vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Material, wie z.· B. Zinnoxyd, hergestellt, wie es im allgemeinen bei elektrolumineszenten Zellen gebräuchlich ist. Jedoch, können auch andere Metalloxyde an Stelle des Zinnoxyds - verwendet werden, wie z. B. Titan- oder Indiumoxyd. Ist die zweite Elektrode 52 lichtdurchlässig, dann brauchen das Trägermaterial 42 und die erste Elektrode 44 nicht lichtdurchlässig zu sein, sondern können z. B. aus einer Metallplatte hergestellt werden. Die zweite Elektrode 52 besteht vorteilhaft aus im Vakuum aufgedampftem Material, obwohl ein lichtdurchlässiges, elektrisch leitendes Material, -wie z. B. Kupferiodid, an Stelle des Aluminiums verwendet werden kann. Derartige Kupferjodid-Eelektrodenschichten werden durch Vakuumaufdampfung einer dünnen Kupferschicht auf die dielektrische Schicht 46 hergestellt. Danach wird die Zelle so lange mit Joddampf behandelt, bis sich das Kupfer in Kupferiodid verwandelt hat und lichtdurchlässig geworden ist.

Die Zelle 40 kann durch vorgewählte Wechsel- und Gleichspannungen angeregt werden. Die Größe der angelegten Spannungen hängt von der geforderten Wirkungsweise der Zelle ab und variiert mit der Dicke der Zelle, damit die erforderlichen Feldintensitäten erreicht werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die dielektrische Schicht 46 eine Stärke von ungefähr 10 Mikron. Wenn keine besonderen Angaben gemacht werden, werden im weiteren bei der Ermittlung der Arbeitskennlinien der mit Wechselspannung und Gleichspannung betriebenen Zellen, die pulverisierten Leuchtstoff enthalten, nur solche mit der angegebenen Stärke verwendet. Jedoch ist die Dicke von 10 Mikron keineswegs kritisch und kann innerhalb eines weiten Bereiches geändert werden.

Die Anregung der Zelle 40 mittels Wechsel- und Gleichspannungen kann mittels jeder beliebigen Schaltungsanordnung durchgeführt werden. Ein Beispiel einer solchen Schaltungsanordnung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Hier ist eine Gleichspannungsquelle 54, z. B. eine Batterie mit der Klemmenspannung von 40 Volt, elektrisch mit den Elektroden 44 und 52 der Zelle verbunden. Eine Wechselspannungsquelle 58, die beispielsweise 6 Volt effektiv bei 1000 Hz an die Elektroden 44 und 52 liefert, ist über einen Transformator 56 mit der Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet. Die Frequenz der Wechselspannung ist nicht kritisch und kann beispielsweise zwischen'15 Hz bis 50OkHz variiert werden. Bei bestimmten Betriebsbedingungen wird es vorteilhaft sein, zuerst die Gleichspannung zur Vorsensibilisierung der Zelle und danach die gewählte Wechselspannung an die Elektroden anzulegen. Zu diesem Zweck ist ein Schalter 60 in der Wechselspannungszuführungsleitung vorgesehen, und ein weiterer Schalter 62 dient zur Anlegung der Gleichspannung 54. Außerdem liegt ein Kondensator 64 parallel zu der Gleichspannungsquelle 54, so daß gegebenenfalls die Wechselspannung auch ohne gleichzeitiges Anlegen des gewählten Gleichspannung an die Elektroden der Zelle gelegt werden kann. Im allgemeinen werden jedoch Wechsel- und Gleichspannungen gleichzeitig an die Elektroden der Zelle gelegt:

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform 40 α einer Zelle, die der Zelle nach Fig. 1 entspricht mit dem Unterschied, daß der Leuchtstoff 48 α nicht mit dielektrischem Material gemischt ist, sondern zwischen zwei Glasträger 42a gepreßt ist, deren jeder mit einer Schicht 44 a aus lichtdurchlässigem, elektrisch leitendem Zinnoxyd, um ein Beispiel zu nennen, überzogen ist. Im vorliegenden · Ausführungsbeispiel entspricht die Dicke der Leuchtstoff schicht 48 α der Dicke der den Leuchtstoff enthaltenden dielektrischen Schicht 46 in Fig. 1. Jedoch kann diese Dicke beträchtlich variiert werden. In Fig. 2 sind die zur Anregung der Zelle 40 α dienende Wechselspannungsquelle 58 α-und Gleichspannungsquelle 54 α parallel an die Elektroden der Zelle 44α angelegt und jeweils mit gesonderten Schaltern 60 a und 62 a versehen im Falle, daß die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen nicht gleichzeitig an die Elektroden der Zelle gelegt werden sollen.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Zelle 40 b entspricht denen der Fig. 1 und 2 mit dem Unterschied, daß der Leuchtstoff in Form einer dünnen zusammenhängenden Folie 48 b mit einer Stärke von beispielsweise 4 Mikron vorliegt. Die Stärke der dünnen Leuchtstoffolie 48 b ist nicht kritisch und kann innerhalb eines weiten Bereichs verändert werden. Derartige dünne Folien können als chemischer Niederschlag nach einem Verfahren erhalten werden, wie es

in einem Artikel von Feldmann und O'Hara in »Journal of the Optical Society of America«, B. 47, Nr. 4, S. 300 bis 305 (April 1957) beschrieben ist. Die Höhe der für die Anregung gewählten Wechsel- und Gleichspannungen kann innerhalb eines weiten Bereichs variiert werden, wie im folgenden noch eingehend beschrieben wird, beispielsweise können die Spannungen von der gleichen Größe wie im Beispiel der Fig. 1 sein.

In Fig. 3 sind die Energiequelle 54 b für Gleichspannung und die Energiequelle 58 b für Wechselspannung mit den Elektroden der Zelle in Reihe geschaltet, wobei die eine Spannungsquelle mit einem Kondensator 64 b und die andere mit einer Induktivität 66 parallel geschaltet ist, damit sowohl Gleich- als auch Wechselspannungen einzeln an die Elektroden der Zelle gelegt werden können. Dazu liegen entsprechende Schalter 60 b und 62 b in den Zuleitungen der Wechselspannungs- und Gleichspannungsquellen.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Zelle 40 b haben die Elektroden 67 die Gestalt eines Gitters, wie es in Fig. 3 der USA.-Patentschrift 2 684450 beschrieben ist. Diese Elektroden können aus im Vakuum aufgedampften leitenden Streifen aus beispielsweise Kupfer auf einer Kunststoffunterlage 68 hergestellt sein, wonach der Leuchtstoff 68 c oder ein Leuchtstoff, dem eine kleine Menge dielektrisches Material beigemischt sein kann, über die Zellenelektroden gespritzt wird. Der Leuchtstoff oder das Leuchtstoffdielektrikumgemisch kann wie bei den vorher geschilderten Ausführungsformen der Zellen aus einem beliebigen elektrolumineszenten Leuchtstoff bestehen. Ist ein Dielektrikum beigemischt, so sollte diese Menge des beigemischten Dielektrikums relativ klein sein, wie bereits bei Fig. 1 gesagt, damit die Zelle bei alleiniger Anregung durch eine Gleichspannung stetig Licht emittieren kann.

In der Schaltungsanordnung für die Anregungsenergiezufuhr nach Fig. 4 sind die Wechselspannungsquelle 58 c und die Gleichspannungsquelle 54 c in Reihe geschaltet und entsprechen z. B. den bei Fig. 1 gemachten Angaben.

Wie aus Fig. 1 bis 4 hervorgeht, ist es möglich, ganz verschiedene Schaltungsanordnungen für die Wechsel- und Gleichspannungen zu wählen, solange sie ermöglichen, beide Spannungen an die Elektroden der Zelle zu legen. Ebenso ist es möglich, andere Ausführungsformen der Elektroden als die in den Fig. 1 bis 4 beschriebenen zu wählen, z. B. die in den USA.-Patentschriften 2 765 419 und 2 774 004 beschriebenen. Allen Ausführungsformen der Zelle nach Fig. 1 bis 4 ist gemeinsam, daß sie sowohl bei Anregung durch Gleichspannung als auch bei Anregung durch

ίο Wechselspannung stetiges Licht emittieren können. Allen diesen Zellen ist außerdem gemeinsam, daß sie räumlich getrennte Elektroden besitzen, wie auch deren Form im einzelnen gestaltet sein möge, und daß zwischen diesen Elektroden Materialien eingebracht sind, die elektrolumineszenten Leuchtstoffe enthalten.

In Fig. 5 sind die Arbeitskennlinien einer Zelle, die gemäß des in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels hergestellt wurde, aufgezeichnet. Hier bestand der pulverisierte elektrolumineszente Leuchtstoff aus blau emittierendem Zinksulfid, das mit Kupfer aktiviert wurde. Zum Beispiel kann man einen solchen Leuchtstoff durch Mischen von 500 g Zinksulfid mit 15 g Schwefel und 5,4 g Kupferazetat ansetzen. Diese Mischung wird in einem teilweise bedeckten Behälter unter Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 950⁰C ungefähr IV2 Stunden geglüht. Danach'wird der Leuchtstoff zerkleinert und, falls erwünscht, nochmals in ähnlicher Weise geglüht. Danach wird der so vorbereitete Leuchtstoff mit 5Vo seines Gewichts an dielektrischem Material, wie bereits beschrieben wurde, vermischt und in die Zelle eingebaut. Nach bekannten Verfahren wird Leuchtstoff und das beigemischte Dielektrikum in einer Dicke beispielsweise von 10 Mikron aufgebracht. Im Diagramm der Fig. 5 sind auf der linken Ordinate die Werte des Lichtverstärkungsfaktors (R) aufgetragen. Darunter versteht man das Verhältnis der von der Zelle ausgesandten Lichtintensität, wenn sie gleichzeitig durch gewählte Gleich- und Wechselspannungen angeregt wurde, zu der Summe aus den Lichtintensitäten der Zelle, die dann enthalten werden, wenn sie einzeln durch die gleiche Gleichspannung und dieselbe Wechselspannung erregt wird. Also

R =

Leuchtdichte bei gleichzeitiger Wechsel- und Gleichspannungsanregung

Leuchtdichte bei reiner Wechselspannungsanregung + Leuchtdichte bei reiner Gleichspannungsanregung

Die auf der rechten Ordinate aufgetragenen Werte bedeuten in logarithmischem Maßstab die Lichtintensität, die erhalten wird bei Anlegung der gewählten Wechselspannung allein, geteilt durch die Lichtintensität, die erhalten wird beim Anlegen der gewählten Gleichspannung allein, in anderen Worten Lws/Lgs- Die stark ausgezogene Kurve in Fig. 5 stellt das Verhältnis »i?« in Abhängigkeit von der angelegten Wechselspannung dar, die dünn ausgezogene Kurve stellt den Quotienten L_WS/L_GS von Lichtintensität bei Wechselspannungsanregung, geteilt durch Lichtintensität bei Gleichspannungsanregung über der _t gleichen Abszisse dar. Um diese Kurven zu erhalten, wurde eine konstante Gleichspannung von 25 Volt an die Elektroden der Zelle gelegt. Gleichzeitig mit dieser Gleichspannung wurde eine Wechselspannung von 1000 Hz entsprechend den auf der Abszisse angegebenen Werten an die Elektroden der Zelle gelegt, wobei von kleinen Spannungswerten zu größeren fortgeschritten wurde. Alle hier angegebenen Wechselspannungswerte sind in Volt effektiv ausgedrückt. Zum Beispiel war die bei Anregung mit 25 Volt Gleichspannung allein ausgesandte Lichtintensität der Zelle lOOOmal größer als bei Anregung mit 4,2 Volt Wechselspannung allein. Mit anderen Worten: Das Verhältnis von L_WS[L_GS betrug ungefähr 0,001. Wurden dieselben Wechsel- und Gleichspannungen gleichzeitig an die Elektroden der Zelle gelegt, so betrug der Lichtverstärkungsfaktor (R) ungefähr 30.

Als weiteres Beispiel war die von der Zelle emittierte Lichtintensität bei Anlegung von 11,7VoIt Wechselspannung nahezu lOOmal größer als bei Anlegung der genannten Gleichspannung an die Elektroden der Zelle. Mit anderen Worten. Das Verhältnis L_wsjL_GS war ungefähr 100. Wurden dieselben Wechsel- und Gleichspannungen gleichzeitig an die Elektroden der Zelle angelegt, so betrug der Lichtverstärkungsfaktor (R) ungefähr 9. Der Lichtverstär-

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kungsfaktor (R) nähert sich dann den horizontalen Teilen der Kurve nach Fig. 5, wenn das Verhältnis L_ws[L_Gs kleiner als 0,0001 oder größer als 100 ist. Also müssen bei empfindlicherem Betrieb die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen solche Werte haben, daß das Verhältnis L^sI^gs zwischen etwa 0,0001 und 100 liegt. Für maximale Verstärkungsfaktoren (R) sollte das Verhältnis L_WSIL_GS zwischen etwa 0,01 und 5 liegen. Für manche Verwendungszwecke kann es sogar wünschenswert sein, das Verhältnis L_wsfLq₈=IOO zu wählen. Der maximale Lichtverstärkungsfaktor (R), der im vorliegenden Beispiel ungefähr 90 ist, wird dann erhalten, wenn das Verhältnis L_WS[L_GS ungefähr 0,4 beträgt. Mit anderen Worten: Ein maximaler Lichtverstärkungsfaktor wird in dem vorliegenden Beispiel dann erreicht, wenn 25 Volt Gleichspannung und 6,5 Volt Wechselspannung gleichzeitig an die Elektroden der Zelle gelegt werden. Diese speziellen Spannungswerte haben nur für die spezielle Zelle Geltung. Wird die leuchtstoffdielektrische Schicht dicker oder dünner gemacht, so müssen die Spannungen, um einen entsprechenden Lichtverstärkungsfaktor (R) zu erhalten, je nachdem vergrößert oder verkleinert werden. Die Verhältnisse L^s(Lq₅, die erforderlich sind, um einen gewünschten Lichtverstärkungsfaktor (R) zu erhalten, haben dagegen unabhängig von der Dicke der Zelle Geltung. Außerdem beeinflußt die Frequenz der Wechselspannung die gewünschten Verhältnisse L_WS[L_GS nicht in einem bemerkenswerten Grad.

Die in Fig. 6 gezeigten Kurven entsprechen denen der Fig. 5. Sie wurden mit derselben Zelle mit dem gleichen Leuchtstoff erhalten. Jedoch war hier die Gleichspannung an den Elektroden der Zelle auf 37 Volt vergrößert worden. Bei dieser vergrößerten Gleichspannung war das maximale »i?« etwas größer als 100; die bevorzugten Verhältnisse L_wsfL_as bleiben jedoch dieselben. Die in Fig. 7 gezeigten Kurven entsprechen denen der Fig. 5 und 6. Sie wurden mit einer gleichen Zelle und gleichem Leuchtstoff, jedoch unter Anlegung einer Gleichspannung von 46 Volt erhalten. Wie diese Kurve zeigt, verringert sich der maximale Lichtverstärkungsfaktor (R) etwa bis auf 70, und die Kurve von R in Abhängigkeit von der Wechselspannung hat im allgemeinen einen flacheren und verbreiterten Verlauf.

In Fig. 8 sind die Arbeitskennlinien für eine gleiche Zelle, wie sie zur Aufnahme der Kurven von Fig. 5 bis 7 verwendet wurde, dargestellt Der einzige Unterschied liegt darin, daß der Leuchtstoff grünes Licht emittierte und aus mit Kupfer aktiviertem Zinksulfid mit einem Chlor-Coaktivator bestand. Ein derartiger Leuchtstoff wird beispielsweise durch Vermischen von 1000 g Zinksulfid mit 30 g Schwefel, 12,8 g Kupferacetat und 4,5 g Ammoniumchlorid hergestellt. Diese Mischung wird in einem teilweise verschlossenen Behälter unter Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr 950° C etwa 100 Minu-. ten geglüht. Danach wird der Leuchtstoff etwas zerkleinert, 3 g Schwefel hinzugefügt und in ähnlicher Weise nochmals geglüht. Die auf Ordinate und Abszisse aufgetragenen Werte und die Kurven der Fig. 8 entsprechen den in Fig. 5 bis 7 gezeigten. Die konstante Gleichspannung betrug 23 Volt; ähnlich wie bei Fig. 5 bis 7 liegt das günstigste Verhältnis L_WS[L_GS bei hochempfindlicher Zelle zwischen 0,0001 und 100 und vorzugsweise zwischen 0,01 und ungefähr 5. Die Aufnahme der Kurve von Fig. 9 wurde mit derselben Zelle gemacht, wie sie zur Aufnahme der Kurve von Fig. 8 diente, mit dem Unterschied, daß die Gleichspannung auf 38 Volt erhöht worden war. Unter diesen Arbeitsverhältnissen, liegt der maximale Lichtverstärkungsfaktor (R) ungefähr bei 22, und die bevorzugten Werte L_wsjL_GS sind dieselben, wie sie bei der Beschreibung der Kurven von Fig. 8 genannt worden sind. .

In Fig. 10 sind die Arbeitskennlinien für dieselbe Zelle, wie sie für die Ermittlung der Kurven der Fig. 8 und 9 benutzt worden war, dargestellt. Anstatt

ίο die gewählte Gleichspannung auf einem konstanten Wert zu halten, wurde hier die Wechselspannung auf dem konstanten Wert von 5 Volt und 1000 Hz gehalten. Ähnliche Kurven würde man erhalten, wenn man die anderen elektrolutnineszenten Zellen mit verschiedenen elektrolumineszenten Leuchtstoffen, wie sie hier beschrieben wurden, verwendet hätte, aber es ist günstiger, für die Vergleiche in graphischer Darstellung die Gleichspannung konstant zu halten und die Wechselspannung zu verändern. Die in Fig. 10 gezeigten Kurven stellen jedoch charakteristische Merkmale der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenzvorgänge dar. Zum Beispiel tritt bei relativ niedrigen Gleichspannungen wie solchen, die erforderlich sind, um weniger als eine mittlere Feldstärke von ungefähr 2 · 10⁶ V · m"¹ zu erzeugen, ein Auslöscheffekt ein, und der Lichtverstärkungsfaktor (R) wird dann geringer als 1. Damit der in Rede stehende Effekt brauchbar ist, sollte die an die Elektroden der Zelle gelegte Gleichspannung demnach so groß sein, daß an dem Leuchtstoff eine elektrische Feldstärke mit einem Mittelwert von mindestens 2 · 10⁶ V · m.-"¹ erzeugt wird. Diese Mindestfeldstärke gilt für alle untersuchten elektrolumineszenten Leuchtstoffe. Außerdem ist von Interesse, daß im Falle pulverisierter Leuchtstoffe dieser Auslöscheffekt sogar dann eintreten kann, wenn die Gleichspannung im Verhältnis zur angelegten Wechselspannung relativ hoch ist.

Hinsichtlich der Theorie des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenzeffekts (WGE) dürfte es sich empfehlen, zuerst eine vereinfachte Erklärung des Mechanismus der sogenannten Wechselspannungs-Elektrolumineszenz an einem einzelnen Leuchtstoffkristall zu geben. Bei diesem Wechselspannungs-Elektrolumineszenzeffekt werden, falls eine Halbwelle der Wechselspannung an einen einzelnen Leuchtstoffkristall angelegt wird, die Leuchtstoffzentren, die in der Nähe der durch Anlegen der Spannung negativ gewordenen Teile des Kristalls liegen, von den Elektronen verlassen. Diese Elektronen wandern auf die positive Seite des Kristalls, wo ein beträchtlicher Teil dieser wandernden Elektronen eingefangen wird. In dem Bereich der leeren Leuchtstoffzenten ist eine sehr hohe Feldstärke vorhanden, während sie in dem übrigen Teil des Kristalls relativ klein ist. Wenn in der darauffolgenden Halbwelle der Wechselspannung sich das Feld umkehrt, werden die Elektronen in den Einfangs- und Leuchtstoffzentren, die sich nahe der nun negativen Seite des Kristalls befinden, auf die zur Zeit positiven Seite des Kristalls getrieben. Die in der Nähe der zur Zeit positiven Seite des Kristalls liegenden Bereiche enthalten eine Vielzahl von vorher leer gewordenen Leuchtstoffzentren. Da in diesem Bereich nach der Feldumkehr eine geringe Feldstärke vorhanden ist, wandern die Elektronen relativ langsam, wenn sie diesen jetzt positiven Bereich der vorher leer gewordenen Leuchtstoffzentren durchlaufen. Die relativ kleine Elektronengeschwindigkeit ermöglicht es, daß ein gewisser An-'teil dieser Elektronen mit Leuchtstoffzentren rekombi-

niert und dabei Licht erzeugt. Bei der nächsten Feldumkehr wiederholt sich dieser Vorgang entsprechend. Dadurch wird eine Reihe von Lichtblitzen erzeugt, wobei jeweils ein Lichtblitz während jeder Halbperiode des angelegten Wechselfeldes entsteht. Diese Lichtblitze werden im Auge miteinander verschmolzen und erzeugen einen stetigen Lichteindruck. Die vorstehende Erklärung der Wechselspannungs-Elektrolumineszenz wurde für den Fall eines Einkristalls gegeben. Es ist jedoch einleuchtend, daß der gleiche Vorgang an jedem einzelnen Kristall des pulverisierten Leuchtstoffes eintritt.

Für die Erklärung des Mechanismus der Gleichspannungs-Elektrolumineszenz empfiehlt es sich ebenfalls, einen Einkristall zu betrachten. Beim Anlegen des elektrischen Feldes an einen Kristall werden die Elektronen, die sich in den Leuchtstoffzentren in der Nähe der negativen Seite des Kristalls befinden, auf die positive Seite getrieben, wo sie eingefangen werden. Da derartige Kristalle keine idealen Isolatoren sind, fließt ständig ein gewisser Strom durch den Kristall. Wenn aber die Elektronen von der negativen Seite des Kristalls auf die positive Seite wandern, werden nur wenige von ihnen mit Leuchtstoffzentren, die in dem Bereich nahe der positiven Seite des Kristalls leer geworden waren, kombinieren und Licht erzeugen. Dies ist deshalb der Fall, weil diese Elektronen beim Durchlaufen des Bereiches der leeren Leuchtstoffzentren eine sehr hohe Geschwindigkeit auf Grund der in diesem Kristallbereich vorhandenen hohen Feldstärke haben. Der Wirkungsgrad und die Lichtausbeute der Gleichspannungs-Elektrolumineszenz ist also relativ gering, verglichen mit der der Wechselspannung-Elektrolumineszenz, denn nur wenige der den Kristall durchlaufenden Elektronen haben Gelegenheit, mit leeren LeuchtstofFzentren zu rekombinieren und Licht zu erzeugen.

Bei dem erfindungsgemäßen Effekt, der als Wechselspannungs - Gleichspannungs - Elektrolumineszenz (WGE) bezeichnet werden kann, wird der Kristall bei Anlegen der Gleichspannung so polarisiert, daß die Leuchtstoffzentren der in der Nähe der negativen Elektrode befindlichen Kristallbereiche geleert und die Elektronen in anderen Kristallbereichen eingefangen werden. Wenn das gleichzeitig angelegte Wechselfeld seine Richtung so ändert, daß es dem Gleichstromfeld entgegen wirkt, wird ein Teil der Einfangbereiche (Fallen) wieder leer, und die frei gewordenen Elektronen werden in den Bereich des Kristalls getrieben, der in der Nähe der negativen Elektrode der Gleichspannung liegt (dieser ist positiv in bezug auf die Wechselspannung). Dieser »gleichspannungsnegative« Bereich des Kristalls enthält viele vorher leer gewordenen Leuchtstoffzentren. Eine erhebliche Zahl der Elektronen, die durch das entgegengerichtete Wechselfeld in diesen Kristallbereich getrieben werden, wird mit den leeren Leuchtstoffzentren rekombinieren, da die einander entgegengesetzten Feldstärken zu einer relativ geringen Feldstärke in dem Bereich des Kristalls führen, der die leeren Leuchtstoffzentren enthält. Wie bereits oben bemerkt, ermöglicht die geringe Feldstärke in dem Bereich der leeren Leuchtstoffzentren die Rekombination der Elektronen mit diesen Zentren, so daß Licht erzeugt wird. Während der darauffolgenden Halbperiode der Wechselspannung werden die Leuchtstoffzentren im negativen Bereich des Kristalls wieder geleert.. Diese theoretische Erklärung des Wechselspäntiungs - Gleichspannungs - Elektrolumineszenzeffekts wird durch die experimentelle Beobachtung der Tatsache gestützt, daß hier nur ein Lichtblitz während einer ganzen Periode der Wechselspannung beobachtet wird, und zwar dann, wenn die Feldstärke der Wechselspannung und der Gleichspannung einander entgegengesetzt gerichtet sind. Im Gegensatz dazu wird bei der Wechselspannungs-Elektrolumineszenz während jeder Halbperiode ein Lichtblitz beobachtet. Daher ist der Vorgang der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenz grundsätzlich verschieden von einer Wechselspannungs-Elektrolumineszenz oder einer Gleichspannungs-Elektrolumineszenz allein. Der Wirkungsgrad des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenzeffekts ist dann am besten, wenn die angelegte Gleichspannung größer ist als die angelegte Wechselspannung. Übersteigt die angelegte Wechselspannung die angelegte Gleichspannung um einen beträchtlichen Teil, dann nähert sich die Lichtausbeute der Zelle Werten, die für Wechselspannungs-Elektrolumineszenzvorgänge gelten.

In Fig. 11 ist eine Kurve dargestellt, die den in den Fig. 5 bis 9 dargestellten entspricht, nur besteht hier der Leuchtstoff aus einem blaugrün emittierenden Zinksulfid, das mit Kupfer aktiviert und Chlor coaktiviert ist. Die konstante Gleichspannung betrug 40 Volt. Dieser Leuchtstoff kann beispielsweise durch Vermischen von 500 g Zinksufid mit 15 g Schwefel, 0,6 g Kupferchlorid und 4,8 g Kupferazetat hergestellt werden. Die vermischten Bestandteile werden unter Stickstoff atmosphäre in einem teilweise verschlossenen Gefäß bei einer Temperatur von 950° C 90 Minuten geglüht. Danach werden die Bestandteile zerkleinert und in gleicher Weise nochmals geglüht.

Die in Fig. 12 gezeigten Kurven entsprechen denen der Fig. 11 und wurden für einen Zinksulfidleuchtstoff, der mit Kupfer aktiviert und mit Chlor coaktiviert ist, erhalten. Dieser Leuchtstoff emittiert stärker im blauen Teil des Spektrums als der bei der Ermittlung der in Fig. 11 dargestellten Kurven verwendete Leuchtstoff. Die konstante Gleichspannung betrug 30 Volt. Ein derartiger Leuchtstoff wird beispielsweise durch Vermischen von 1000 g Zinksulfid mit 30 g Schwefel, 9,5 g Kupferazetat und 0,40 g Ammoniumchlorid hergestellt. Diese Mischung wird bei 950° C in einem teilweise verschlossenen Behälter in Stickstoffatmosphäre 100 Minuten geglüht. Danach wird sie zerkleinert, 3 g Schwefel hinzugefügt und nochmals in gleicher Weise geglüht.

Fig. 13 zeigt Arbeitskennlinien, die denen in Fig. 11 und 12 entsprechen, nur daß der dabei verwendete Leuchtstoff aus gelbes Licht emittierendem Zinksulfoselenid, das mit Kupfer aktiviert und mit Chlor coaktiviert war, bestand. Die konstante Gleichspannung betrug 30 Volt.

Fig. 14 zeigt Kurven entsprechend denen der Fig. 11 bis 13 mit dem Unterschied, daß der Leuchtstoff aus gelbes Licht emittierendem Zinksulfid, das mit Kupfer und Mangan aktiviert und mit Chlor coaktiviert war, bestand. Die konstante Gleichspannung betrug 22 Volt. Ein derartiger Leuchtstoff wird beispeilsweise durch Vermischen von 1000 g Zinksulfid mit 20 g Schwefel, 9,5 g Kupferazetat, 0,7 g Ammoniumchlorid und 40 g Mangankarbonat hergestellt. Die Mischung wird in einem teilweise verschlossenen Behälter unter Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1100⁰C ungefähr 2 Stunden geglüht. Für maximale Lichtausbeute ist es günstig, den Leuchtstoff noch einmal nachzuglühen.

In Fig. 11 bis 14 beginnt die Abflachung der Kurven, die die Abhängigkeit des Lichtverstärkungsfaktors (R) von der Wechselspannung darstellen, min-

destens bei einem Wert des L_wsjL_Gs-Verhältnisses von ungefähr 0,0001 auf der Seite geringer Wechselspannung und bei einem Wert des Verhältnisses L_ws[L_as von ungefähr 100 auf der Seite der höheren Wechselspannung. Außerdem liegt bei all diesen Kurven der beste Lichtverstärkungsfaktor (R) bei Werten des L^s/Los-Verhältnisses zwischen etwa 0,01 und 5.

Der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenzeffekt wird auch bei elektrolumineszenten Leuchtstoffen, die als dünne, zusammenhängende Folien nach Fig. 3 vorliegen, beobachtet. Die Stärke derartiger Folien ist nicht kritisch und kann sehr unterschiedlich sein. Jede der im weiteren behandelten Folien war 4 Mikron dick. Fig. 15 zeigt Arbeitskennlinien eines Leuchtstoffes aus einer dünnen Folie aus grün emittierendem Zinksulfid, das mit Kupfer aktiviert und mit Chlor coaktiviert ist. Die konstante Gleichspannung betrug 20 Volt. Die Herstellung des Leuchtstoffes entspricht der des für die Aufnahme der Kurven der Fig. 8, 9 und 10 verwendeten. Nachdem dieser Leuchtstoff, wie bereits beschrieben, vorbereitet wurde, wird er z. B. aus einem Schiffchen im Vakuum bei einer Temperatur von 1100⁰C 15 Minuten lang auf einen Träger aufgedampft. Dadurch entsteht eine dünne zusammenhängende Leuchtstoffschicht auf dem Träger. Danach wird die dünne Schicht in einer inerten Gasatmosphäre, wie z. B. Stickstoff, bei einer Temperatur von beispielsweise 750° C 15 Minuten geglüht. Je langer die Aufdampfungszeit ist, desto dicker wird die Schicht. Bei dünnen Leuchtstoffolien beginnen die Kurven, die die Abhängigkeit des Lichtverstärkungsfaktors (R) von der Wechselspannung zeigen, bei einem Wert des Verhältnisses L_WSIL_GS von ungefähr 0,001 und laufen bei etwa 20 flach aus. Die besten Lichtverstärkungsfaktoren werden dann erreicht, wenn der Quotient (L_wsjL_Gs) zwischen 0,05 und 5 liegt.

In Fig. 16 sind die Arbeitskennlinien einer Zelle, die in gleicher Weise wie die für die Ermittlung der Kurven von Fig. 15 verwendete Zelle hergestellt wurde, dargestellt, nur daß die dabei verwendete dünne Leuchtstoffolie aus gelb emittierendem Zinksulfid, das mit Mangan aktiviert wurde, besteht. Die konstante Gleichspannung betrug 22VoIt. Der Leuchtstoff wird beispielsweise aus einer Mischung von 1 Mol Zinksulfat mit 0,02 Mol Mangansulfat hergestellt. Die Mischung wird mit Schwefelwasserstoff umgesetzt, um Zinksulfid und Mangansulfid zu erzeugen, und dann 1 Stunde lang in einer inerten Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 1100° C geglüht. Der so hergestellte Leuchtstoff wird danach verdampft, so daß ein dünner Film entsteht. Hierbei wird das gleiche Verfahren, wie es bei der Beschreibung von Fig. 15 näher erläutert wurde, angewendet.

In Fig. 17 sind Arbeitskennlinien für eine elektrolumineszente Zelle dargestellt, die mit den zur Aufzeichnung der Kurven in Fig. 15 bis 16 verwendeten Zellen übereinstimmt, mit dem Unterschied, daß hier der Leuchtstoff aus gelb emittierendem Zinksulfid, das mit Kupfer und Mangan aktiviert und mit Chlor coaktiviert worden ist, besteht. Die konstante Gleichspannung betrug 40 Volt. Alle Kurven der Fig. 15 bis 17, die die Abhängigkeit des Lichtverstärkungsfaktors (R) von der Wechselspannung darstellen, verlaufen mindestens bei einem Wert des Verhältnisses L_wslL_GS unterhalb 0,001 und oberhalb 20 horizontal. Die besten Lichtverstärkungsfaktoren werden dann beobachtet, wenn das Verhältnis L_ws(L_Gs zwischen Q,05 und 5 liegt.

Die vorangehenden Beispiele für geeignete elektrolumineszente Leuchtstoffe sind zahlreich, bedeuten jedoch keine Beschränkung. Der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrorumineszenzeffekt wurde bei allen; Versuchen mit elektrolumineszenten Leuchtstoffen beobachtet, gleichgültig ob diese Leuchtstoffe in pulverisierter Form oder als dünne Folie vorlagen. Es soll betont werden, daß, obwohl alle vorliegenden Arbeitskennlinien durch Anlegen einer festen

ίο vorbestimmten Wechsel- oder Gleichspannung erhalten wurden, die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen auch gleichzeitig verändert werden können. Zum Beispiel kann bei der Zelle, die in der Beschreibung der Fig. 8 bis 10^: behandelt wurde, die Gleichspannung von 20 bis 100'Volt und gleichzeitig die Wechselspannung von 3 bis 11 Volt geändert werden. Entsprechend können die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen bei allen genannten Beispielen gleichzeitig verändert werden.

Für gewisse Spezialzwecke ist es wünschenswert, in einem Teil der i?-Kurven zu arbeiten, bei dem das Verhältnis L_WS/L_GS kleiner als 0,0001 für pulverisierte Leuchtstoffe bzw. kleiner als 0,001 für den Fall, daß die Leuchtstoffe als dünne Folie vorliegen, ist. In Fig. 6 z. B. beträgt der Lichtverstärkungsfaktor (R) ungefähr 20, wenn das Verhältnis L_WS/L_GS schon kleiner als 0,0001 ist; ebenso hat z. B. in Fig. 17 der Lichtverstärkungsfaktor (R) noch einen beachtlichen Wert, wenn das Verhältnis L_WS/L_GS kleiner als 0,001 ist.

Im Falle von pulverisierten Leuchtstoffen ist für gewisse Verwendungszwecke der Lichtverstärkungsfaktor (R) dann noch brauchbar, wenn die angelegte Wechselspannung effektiv mindestens 0,03 der gewählten Gleichspannung beträgt. Bei dünnen Leuchtstoffolien ist für gewisse Anwendungen der erhaltene Lichtverstärkungsfaktor dann noch brauchbar, wenn die gewählte Wechselspannung, gemessen in Volt effektiv, ungefähr O',l der gewählten Gleichspannung

♦o beträgt.

Für gewisse Verwendungszwecke ist es günstig, in einem Bereich der J?-Kurven zu arbeiten, wo das Verhältnis L_WS/L_GS größer als 100 für pulverisierte Leuchtstoffe und größer als ungefähr 20 für dünne Leuchtstoffolien ist. In Fig. 6 ist der Lichtverstärkungsfaktor (R) immer noch größer als 10, wenn das Verhältnis L_WS/L_GS 100 übersteigt. Auch wenn der Lichtverstärkungsfaktor klein ist, wenigstens im Vergleich zu seinem maximalen Wert, ist die gesamte von der Zelle emittierte Lichtintensität relativ hoch. Die eigentliche Grenze für das Anwachsen des Verhältnisses Lw_S/L_GS über Werte von ungefähr 100 für pulverisierte Leuchtstoffe und über 20 für dünne Leuchtstoffolien wird durch die Neigung zu elekirischem Durchschlag zwischen den Elektroden der Zelle gesetzt. Bei dem üblichen Aufbau einer Zelle mit pulverisierten Leuchtstoffen nähert man sich im allgemeinen dann dem elektrischen Durchschlag zwischen, den Elektroden der Zelle, wenn der Effektivwert der gewählten Wechselspannung ungefähr 0>,5 des Wertes der gewählten Gleichspannung beträgt, wobei das Gleichstrompotential immer eine solche Größe besitzen sollte, daß zwischen den Elektroden der Zelle ein elektrisches Feld, von mindestens ungefähr 2 · 10⁶ V · m-¹ im Mittel erzeugt wird. Im Falle, daß die Zelle die Leuchtstoffe als dünne Folie enthält, nähert man sich dem elektrischen Durchschlag im allgemeinen dann, wenn der Effektivwert der Wechselspannung ungefähr 1,5 der gewählten Gleichspannung beträgt. Natürlich können diese Verhältniswerte von

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effektivgemessener Wechselspannung zu Gleichspan- bereich der Zellen in dem Bereich der i?-Kurven mit

nung auch etwas überschritten werden, ohne daß ein negativer Steigung liegt, ist die Dauer der Lichtver-

elektrischer Durchschlag zwischen den Elektroden der Stärkung sehr kurz und kann beispielsweise 0,01 Se-

Zelle eintritt, wenn der Aufbau der Zelle speziell dar- künden betragen. Auf diese Weise kann die »An-

auf ausgerichtet ist; z. B. kann eine zusätzliche 5 sprechzeitkonstante« des Leuchtstoffes innerhalb eines

Zwischenschicht aus schwach leitfähigem Material weiten Bereiches, z. B. von 0',Ol bis 30 Sekunden,

zwischen die Elektroden der Zelle angeordnet werden, durch Änderung der Gleichspannung variiert werden,

um der Neigung zu einem elektrischen Durchschlag Diese Möglichkeit, die Zeitkonstante des Leuchtstoffes

entgegenzuwirken. durch Veränderung der angelegten Gleichspannung in

Im Falle von dünnen Leuchtstoffolien wird kein io bezug auf die angelegte Wechselspannung zu variieren,

Auslöscheffekt des Lichtverstärkungsfaktors (R) be- ist für einige weiter unten zu beschreibenden Anwen-

obachtet, wenn das Gleichfeld in bezug auf das düngen sehr nützlich. Zusammenfassend sei nochmals

Wechselfeld sehr klein wird, wie dies bei pulverisier- betont, daß ein Lichtverstärkungsfaktor (R) bei dem

ten Leuchtstoffen der Fall wäre; jedoch nähert sich vorliegenden Vorgang dann beobachtet werden kann,

das Verhältnis »i?« dem Wert 1 und hat damit keinen 15 wenn die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen

praktischen Wert mehr. Damit bei· Leuchtstoffen aus gleichzeitig an die Elektroden der Zelle angelegt wer-

dünnen Folien ein geeignetes »R« erhalten wird, muß den und auch dann, wenn diese Spannungen nicht

die an die Elektroden angelegte Gleichspannung von gleichzeitig angelegt werden, nämlich dann, wenn die

ausreichender Größe sein, um zwischen den Elektro- Wechselspannung erst nachdem die Gleichspannung

den ein elektrisches Feld mit einer mittleren Intensi- 20 abgeschaltet worden ist, an die Elektroden angelegt

tat von mindestens 2 · 10⁶V-m-¹ aufzubauen, ebenso wird. Die sogenannte »Ansprechzeitkonstante« des

wie im Fall der pulverisierten Leuchtstoffe. Leuchtstoffes kann mit der Gleichspannung variiert

In den vorangehenden Darstellungen, wurden die ge- werden, indem das Verhältnis der Werte von

wählten Wechsel· und Gleichspannungen gleichzeitig Wechsel- zu Gleichspannung an den Elektroden der

an die Elektroden der Zelle angelegt, damit die Er- 25 Zellen ausgewählt wird.

scheinung der Wechselspannungs-Gleichsspannungs- Der Wechselspannungs - Gleichspannungs - Elektro-Elektrolumineszenz beobachtet werden konnte. Es ist lumineszenzeffekt ist zur Schaffung einer Lichtquelle jedoch nicht notwendig, diese Spannungen gleichzeitig geeignet. Es gibt außerdem noch viele andere Anwenan die Elektroden der Zelle anzulegen. Zur Erklärung düngen, z. B. können Zellen mit pulverisierten Leuchtsei auf den beschriebenen Mechanismus der Wechsel- 30 stoffen zum Nachweis für sehr geringe Wechselspanspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenz hin- nungen dienen. In Fig. 18 sind die Arbeitskennlinien gewiesen. Wird zuerst die Gleichspannung an die derselben Zelle dargestellt, wie sie auch bei der AufElektroden der Zelle angelegt, so besteht ihre Wir- nähme der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Kurven benutzt kung auf den elektrolumineszenten Leuchtstoff darin, wurde. Jedoch betrug hier die an die Elektroden der eine Vorsensibilisierung dadurch zu bewirken, daß die 35 Zelle angelegte Gleichspannung 65 Volt. Unter der als Leuchtstoffzentren in dem nahe der negativen Elek- Ordinate in willkürlichen Einheiten aufgetragenen trode liegenden Bereich des Kristalls geleert werden. Lichtstärke ist die modulierte Komponente der Licht-Danach kann die angelegte Gleichspannung wieder emission bei gleichzeitigem Anlegen von Wechselabgeschaltet werden. Wird nun die Wechselspannung spannung und Gleichspannung zu verstehen. Auf der an die Elektroden der Zelle angelegt, so· werden ein- 4° Abszisse sind die Wechselspannungswerte aufgetragen, mal in jeder vollen Periode die eingefangenen Elek- Der Schwellenwert der Lichtemission wurde bei einer tronen in den Bereich des Kristalls getrieben, der die Wechselspannung von 7 mV, wie sie auf der Ordinate freien Leuchtstoffzentren enthält. Daraus resultiert in Fig. 18 eingezeichnet ist, beobachtet. Da bei eine verstärkte Lichtausbeute mit einem Verhält- Wechselspannungs-Elektrolumineszenz dieser Schwelnis »R«, das dem bei gleichzeitigem Anlegen von 45 lenwert bei etwa 2 Volt liegt, kann das vorliegende VerWechsel- und Gleichspannung entspricht. Die Dauer fahren zum Betrieb einer elektrolumineszenten Zelle der verstärkten Lichtergiebigkeit hängt sowohl von zum Nachweis sehr geringer- Wechselspannungen der Frequenz der angelegten Wechselspannung als dienen. Diese kleinen Wechselspannungswerte können auch von dem Verhältnis der relativen Stärke der mit Hilfe einer gebräuchlichen optischen Meßvorrich-Wechsel- und Gleichspannungen ab. Ist die angelegte 50 tung gemessen werden, die nach Spannungseinheiten Wechselspannung im Vergleich zu der angelegten geeicht ist. Auch kann die Vorrichtung als optisches Gleichspannung klein, d. h. der Lichtverstärkungs- Anzeigegerät für sehr niedrige Wechselspannungen faktor (R) liegt auf dem Ast der gezeigten Kurven dienen. Außerdem stellt die entstehende Lichtemission mit positiver Steigung, dann ist die Lichtverstärkung eine mit einem Wechselstromsignal modulierte elektrovon relativ großer Dauer. Ist die angelegte Wechsel- 55 lumineszente Lichtquelle dar. Bei der vorliegenden spannung sehr klein gegenüber der vorsensibilisieren- Wechselspannungs - Gleichspannungs - Elektroluminesden Gleichspannung, dann kann man Lichtverstär- zenz wird nämlich während einer vollen Periode der kungsfaktoren (R) von einer beachtlichen Größe (noch angelegten Wechselspannung nur ein einziger Lichtlänger als 30 Sekunden, nachdem die Wechselspannung blitz emittiert, so daß die Modulation genau reproan die vorsensibilisierte elektrolumineszente Zelle an- 60 duziert wird. Wird die Gleichspannung konstant gegelegt wurde) beobachten. Auch hält die Vorsensibi- halten, dann lassen sich mit Hilfe des erfindungslisierung des elektrolumineszenten Leuchtstoffes nach gemäßen Verfahrens (zum Betrieb einer elektrolumi-Anlegen einer Gleichspannung eine gewisse Zeit an, neszenten Einrichtung) Lichtimpulse erzeugen, deren wenn die Wechselspannung nicht gleich an die*Elek- Abklingzeit weniger als 2 Mikrosekunden beträgt, so troden der Zelle gelegt wird. Es wird sogar noch eine 65 daß die so betriebenen¹ Zellen sogar Hochfrequenzgewisse Lichtverstärkung (R) nach einer mehr als signale nachweisen können. Die genaue Abklingzeit lOstündigen Pause zwischen der Vorsensibilisierung der Lichtblitze, die bei der Wechselspannungs-Gleichmit Gleichspannung und dem Anlegen der Wechsel- spannungselektrolumineszenz erzeugt wurden, ist spannung erhalten. Für den Fall dagegen, daß die an- nicht bestimmt worden, da die hier verwendete Hochgelegte Wechselspannung so groß ist, daß der Arbeits- 70 frequenzquelle auf 50OkHz begrenzt war.

Wird eine elektrolumineszente Zelle als Nachweisgerät für sehr geringe Wechselspannimgen verwendet, so soll die angelegte Gleichspannung eine solche Größe haben, daß sie zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld von einer Intensität von mindestens 2 · 10⁶V- m-¹ erzeugt, wenngleich eine etwas höhere Gleichspannung geeigneter ist. Die an die Elektroden der Zelle angelegte Wechselspannung soll Effektivwerte von mindestens ungefähr 0,0002 der angelegten Gleichspannung haben. Beträgt der Wert der Wechselspannung 0,03 der angelegten Gleichspannung, dann nähert sich die Wechselspannung solchen Werten, die auch von einer elektrolumineszenten Zelle nachgewiesen werden können, die mit der üblichen Wechselspannungs-Elektrolumineszenz allein arbeitet. Die Vorrichtung zum Nachweis geringer Wechselspannungen kann auch so betrieben werden, daß die an die Elektroden angelegten Wechsel- und Gleichspannungen nicht gleichzeitig angelegt werden, wie bereits näher ausgeführt wurde. In diesem Falle soll die Wechselspannung erst nach Entfernung der Gleichspannung an die Elektroden der Zelle angelegt werden.

Faßt man die in den Fg. 5 bis 18 gezeigten Kurven zusammen, so sieht man, daß bei Verwendung pulverisierter Leuchtstoffe das Verhältnis L_ws/L_os zwischen 0,0001 und 100, vorzugsweise zwischen 0,01 und 5, liegt, wenn größere Lichtverstärkungswirkungen verlangt werden. Bei gewissen Anwendungen der Lichtverstärkungswirkungen ist es erwünscht, Effektivwerte der Wechselspannungen zwischen 0,03 und 0,5 der Werte der gewählten Gleichspannungen zu haben. Wird die elektrolumineszente Zelle zum Nachweis von sehr kleinen Wechselspannungen verwendet, dann soll der Effektivwert der Wechselspannung an den Elektroden der Zelle zwischen 0,0002 und 0,03 der angelegten Gleichspannung betragen. Bei gewissen besonderen Bedingungen kann sogar die angegebene obere Grenze dieser Wechselspannung von ungefähr 0,5 der Gleichspannung noch überschritten werden. Falls pulverisierte Leuchtstoffe verwendet werden, kann also die Wechselspannung an den Elektroden der Zelle zwischen 0,0002 des Wertes der gewählten¹ Gleichspannung und einem Wert, der gerade noch unterhalb des Wertes liegt, der zu einem elektrischen Durchschlag führt, liegen. Bestehen die Leuchtstoffe aus dünnen Folien, so sollen die Wechselspannungen in bezug auf die gewählten Gleichspannungen an den Elektroden eine solche Größe haben, daß das Verhältnis L_WS/L_GS zwischen 0,001 und ungefähr 20, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 5 liegt, um die Zelle bei empfindlichen Lichtverstärkungsfaktoren (I?) zu betreiben. Um auch bei mit dünnen Leuchtstoffolien ausgestatteten Zellen einen geeigneten Lichtverstärkungsfaktor zu bekommen, soll der Effektivwert der Wechselspannung ungefähr 0,1 bis 1,5 der angelegten Gleichspannung betragen. Bei besonders konstruierten Zellen, bei denen erst bei höheren Spannungen ein. elektrischer Durchschlag eintritt, sollen die an die dünnen Leuchtstoffolien angelegten Wechselspannungen Werte haben, die zwischen ungefähr 0,1 des Wertes der Gleichspannung und gerade unterhalb des Wertes, der einen elektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden verursachen würde, liegen. In jedem Falle, sowohl bei Verwendung von Leuchtstoffolien als auch pulverisierten Leuchtstoffen soll die Gleichspannung eine solche Höhe haben, daß zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld von mindestens 2 · 10⁶V ■ m-¹ erzeugt wird.

In der USA.-Patentschrift 2 768 310 ist ein elektrolumineszenter Bildwandler beschrieben. Im wesentlichen weist diese Vorrichtung Elektroden in Form eines Gitters auf, ähnlich der in Fig. 4 gezeigten Form, die mit einer Schicht überzogen sind, und einen Leuchtstoff, der eine photoleitende Substanz enthält. Ein Element 70 einer derartigen Vorrichtung ist in Fig, 19 dargestellt. Es besteht aus dem Träger 71, z. B. aus lichtdurchlässigem Glas, auf dem sich voneinander getrennte Elektroden¹72 in Form eines Gitters befinden. Diese Elektroden können beispielsweise aus Zinnoxyd hergestellt sein. Über den Elektroden 72 ist eine Schicht aus pulverisiertem Leuchtstoff 74 angebracht. Diese Schicht kann jedoch auch aus einer dünnen Leuchtstoffolie hergestellt sein. Wird ein pulverisierter Leuchtstoff verwendet, so hat die Schicht beispielsweise eine Stärke von 10 Mikron und besteht aus demselben Leuchtstoff, wie er für die Messung der Kurven der Fig. 5 bis 7 verwendet wurde.

ao Die Schaltungsanordnung zur Energieversorgung dieser Vorrichtung kann verschieden, ausgeführt sein, wird aber im allgemeinen der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ähnlich sein. Man kann auch eine geringe Menge dielektrischen Materials mit dem Leuchtstoffpulver vermischen. Über der Leuchtstoffschicht 74 liegt eine weitere Schicht 76 aus photoleitendem Material. Diese kann beispielsweise aus pulverisiertem Cadmiumsulfid bestehen, das mit kleinen Mengen, z. B. 5 Gewichtsprozent, dielektrischem Material vermischt sein kann, entsprechend dem für den pulverisierten Leuchtstoff beschriebenen Fall. In einem solchen Elementarbereich einer Bildwandlervorrichtung werden der Abstand und die Größe der Elektroden durch das für die Anordnung geforderte Auflösungsvermögen bestimmt; z.B.kann eine Elektrode 72 eines Elementarbereiches eine Breite von 4 Mikron haben und sich in einem Abstand von 20 Mikron von der nächsten Elektrode befinden. Bei dem Betrieb des Elementes nach Fig. 19 dient der dargestellte Teil der photoleitenden Schicht 76 dazu, einen Teil der von dem zu verstärkenden Bild ausgesandten Strahlung aufzunehmen. Trifft diese Strahlung auf die photoleitende Schicht 76, so verringert sich deren Gleich- und Wechselstromwiderstand, und sie führt ent-

4-5 sprechend der von dem Bildbereich empfangenen Lichtintensität einen Gleichstrom. Fließt in den elektrolumineszenten Teilen der Zelle kein Gleichstrom, oder allein der Dunkelstrom des Photoleiters (i?=l), dann wird die Lichtausbeute sehr klein, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Wird der Photoleiter jedoch bestrahlt, so fließt nach Maßgabe der Bestrahlungsintensität des Bildes ein Strom, und die gleichzeitig an die Elektroden 72 angelegten Wechsel- und Gleichspannungen regen den Elementarbereich 70 des Bildverstärkers an, Licht zu emittieren, dessen Intensität mit der aus dem betreffenden Teil des Bildes auf den Photoleiter 76 auftreffenden Lichtintensität variiert. Die an die Elektroden 72 angelegte Wechselspannung ist so groß, daß der Leuchtstoff ständig Licht emittiert, wenn diese Spannung allein in dem aus der einen Elektrode, den Schichten 72 bis 76 und der anderen. Elektrode gebildeten Stromkreis liegt und der Photoleiter einen verringerten Scheinwiderstand hat. Ebenso ist die an die Elektroden 72 angelegte Gleichspannung so groß, daß, falls der Photoleiter einen verminderten Ohmschen Widerstand aufweist, der elektrolumineszente Leuchtstoff fortwährend Licht aussendet. Die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen an den Elektroden der Zelle können sehr verschieden sein, werden aber zweckmäßig so gewählt, daß dann, wenn der Photo-

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leiter eine verminderte Leitfähigkeit aufweist, das Verhältnis der emittierten Lichtintensität bei der gewählten Wechselspannung zu der emittierten Lichtintensität bei der gewählten Gleichspannung zwischen ungefähr 0,0001 und 100 und vorzugsweise 0,01 und 5 liegt. Zum Beispiel können 75 Volt Gleichspannung und eine Wechselspannung von 14 Volt effektiv an die Elektroden 72 angelegt werden. Liegt der Leuchtstoff als dünne Folie vor, wie bei den für die Ermittlung der Kurven der Fig. 15 bis 17 verwendeten Zellen, so sind vorzugsweise die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen so hoch, daß, falls sie einzeln an die Elektroden des Elementes gelegt werden und der Photoleiter geringen Widerstand besitzt, das Verhältnis von emittierter Lichtintensität bei Anlegung einer Wechselspannung zur emittierten Lichtintensität bei Anlegung einer Gleichspannung zwischen ungefähr 0,001 und 20 und vorzugsweise 0,05 und 5 liegt. Die genannten Werte der gewählten Wechsel- und Gleichspannungen, ausgedrückt in Einheiten des erzeugten Lichts, können in manchen Fällen überschritten werden und werden nur durch das Eintreten des elektrischen Durchschlags begrenzt. Auch brauchen die Wechsel- und Gleichspannungen nicht gleichzeitig an die Elektroden angelegt zu werden. Für einen derartigen Fall erfolgt das Anlegen der Wechselspannung an die Elektroden nach Entfernen der gewählten Gleichspannung. Die günstigsten Werte der anzulegenden Gleich- und Wechselspannungen können ohne weiteres aus den Fig. 5 bis 17 entnommen werden.

Die auf die photoleitende Schicht 76 eingestrahlte und verstärkte Bildstrahlung kann stetig oder unstetig mit einer solchen Frequenz zerhackt sein, daß das Auge die verstärkte Bildwiedergabe verschmilzt und so einen stetigen Bildeindruck erhält. Beispielsweise sind dazu 40Hz als Zerhackerfrequenz geeignet. Im Falle einer zerhackten Bildstrahlung soll die Frequenz der an die Elektroden des Bildwandlers angelegten Wechselspannung viel größer als die Zerhackerfrequenz sein, z. B. 1000 Hz. Ein Bildverstärker aus einer Vielzahl von Elementarbereichen 70, wie sie oben beschrieben wurde, besitzt eine hohe Empfindlichkeit auf Grund der Steilheit der Kurve von »R« in Abhängigkeit von der Wechselspannung, wie z. B. aus den Fig. 5 bis 7 entnommen werden kann. Die Empfindlichkeit kann ausgewählt werden, indem man den Leuchstoff so verändert, daß ein maximaler i?-Wert erhalten wird, oder indem man verschiedene Gleichspannungen wählt, um veränderliche Steigungen der Kurven von »i?« nach Fig. 5 bis 17 zu erhalten. Auch kann die Vorrichtung so eingestellt werden, daß sie in jedem gewünschten Kurventeil arbeitet. Auch kann man durch Wahl der angelegten Wechsel- und Gleichspannungen die Zeitkonstante oder Abklingzeit der Lichtemission des elektrolumineszenten Leuchtstoffes so festlegen, daß nach Wunsch eine Bildspeicherung eintritt oder vermieden werden kann.

Wird eine höhere Auflösung verlangt, so kann der zwischen den Elektroden vorhandene Zwischenraum verkleinert werden, so daß die Fläche eines Elementarbereiches des Bildverstärkers kleiner wird. Zwei Elemente einer solchen Alisbildungsform 70a sind in Fig. 20 vergrößert dargestellt. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, noch zusätzlich isolierende Teile 78 zwischen den einzelnen Elektroden 72 α und dem über der Elektrode 72a liegenden Leuchtstoff 74a anzuordnen. Werden die elektrischen Eigenschaften des photoleitenden Materials durch die Lichtemission des elektrolumineszenten Leuchtstoffes beeinflußt, so kann eine lichtabschirmende Schicht 80 zwischen den elektrolumineszenten Leuchtstoff 74 a und die photoleitende Schicht 76a gebracht werden. Eine derartige lichtabschirmende Schicht 80 soll für Gleichstrom in einer zu der photoleitenden Schicht 76 a und zu dem elektrolumineszenten Leuchtstoff 74 a querverlaufenden Richtung leitend sein. Sie muß außerdem einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand in der zu dem Leuchtstoff und der photoleitenden Schicht parallelen Richtung besitzen, um die Bildung einheitlicher Potentialunterschiede auf eine Fläche, die nicht größer ist als die durch jede Elementarelektrode 72 a bestimmten Bereiche, zu beschränken. Dies wird leicht dadurch erreicht, daß man auf jeden Leuchtstoffbereich 74 a Quadrate 81, z. B. aus Aluminium, im Vakuum aufdampft und zwischen diese Quadrate 81 lichtundurchlässiges, isolierendes Material 82 bringt. Ein solcher lichtundurchlässiger Isolator ist z. B. lichtundurchlässiges Polyesterharz. In -den beiden Ausfjührungsbeispielen der Fig. 19 und 20 sind die photoleitende Substanz und das Leuchtstoffmaterial zwischen den Elektroden, die die Bereiche 70 und 70 a des Bildverstärkers umfassen, in Reihe geschaltet. Wird die photoleitende Schicht bestrahlt, so daß ihr Gleich- und Wechselstromwiderstand kleiner wird, so fließt ein Strom von einer Elektrode zur anderen. Obwohl bereits spezielle Beispiele von photoleitenden Materialien und lichtabschirmenden Mitteln aufgezeigt wurden, werden noch weitere Ausführungsbeispiele eingehend im folgenden behandelt, darunter auch photoleitende Materialien mit einer kurzen Abklingzeit.

Für den Fall, daß die elektrischen Eigenschaften der photoleitenden Materialien durch das von dem elektrolumineszenten Leuchtstoff emittierte Licht merklich beeinflußt werden und der Photoleiter eine kurze Abklingzeit hat, kann eine optische Rückkopplung dadurch verhindert werden, daß sowohl Wechsel- und Gleichspannung oder auch nur eines von beiden abwechselnd oder pulsierend angelegt wird, so daß die Vorrichtung zwischen jedem lichtanregenden Potentialimpuls wieder zur Ruhe kommen kann. Bei diesem Vorgehen kann auf zusätzliche lichtabschirmende Vorrichtungen, wie sie oben beschrieben wurden, verzichtet werden. Die Impulszahl kann 25 bis 40 Hz für die angelegten Potentiale betragen. Wird eine pulsierende Gleichspannung angelegt, so sollte der Leuchtstoff an einem Arbeitspunkt arbeiten, -der in dem abfallenden Teil der Kurven von Fig. 5 bis 17 liegt, so daß die Abklingzeit des Leuchtstoffes kurz ist. Die Frequenz der Wechselspannung soll dabei groß gegenüber der Pulsfrequenz sein und beispielsweise 1000 Hz betragen.

In Fig. 21 ist ein Lichtverstärker gezeigt, der etwa den in der USA.-Patentschrift 2 650 310 beschriebenen entspricht. Die Vorrichtung 84 besteht aus einem Glasträger 86, der mit einer lichdurchlässigen, elektrisch leitenden Elektrodenschicht 88, z. B. Zinnoxyd, überzogen ist. Diese Elektrodenschicht 88 ist mit einer Schicht 90 aus elektrolumineszentem Leuchtstoff überzogen. Dieser Leuchtstoff kann beispielsweise einem Leuchtstoff in dem zur Ermittlung der Kurven nach den Fig. 5 bis 17 verwendeten Zellen gleich sein. Liegt der Leuchtstoff in pulverisierter Form vor, so ist vorteilhafterweise eine geringe Menge dielektrischen Materials, z. B. 5 Gewichtsprozent, beigemischt, und er hat eine Dicke von beispielsweise 10 Mikron. Über dieser dielektrischen Leuchtstoffschicht 90 befindet sich eine Schicht 92 aus photoleitendem Material, das mit einer kleinen Menge aus dielektrischem Material, z. B. 5 Gewichtsprozent, gemischt sein kann. Über der photoleitenden Schicht 92 befindet sich eine

zweite Elektrodenschicht 94, die für die zu verstärkende Bildstrahlung durchlässig ist. Diese zweite Elektrode 94 kann aus Kupferiodid oder einem weiteren Glasträger bestehen, der mit einem lichtdurchlässigen Überzug auf Zinnoxyd versehen ist. Die Schaltungsanordnung für die Energieversorgung des Bildverstärkers kann verschieden sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht sie der in Fig. 1 gezeigten.

Die Schicht 92 kann aus verschiedenen photoleitenden Materialien bestehen, deren Auswahl nach den gewünschten Arbeitskennlinien geschieht. Zum Beispiel ändert Cadmiumsulfid seinen Ohmschen Widerstand bei Bestrahlung mit langwelligem sichtbarem Licht oder mit Röntgenstrahlen. Cadmiumselenid und Cadmiumtellurid verhalten sich ähnlich wie Cadmiumsulfid. Pulverisiertes Zinkcadtniumsulfid ist als Photoleiter nicht so empfindlich wie Cadmiumsulfid allein, kann aber durch Veränderung des Verhältnisses von Zink zu Cadmium für verschiedene Wellenlängen weitgehend empfindlich gemacht werden. Ein derartiger Photoleiter kann bekanntlich innerhalb eines breiten Bereiches von 3650 bis 7000 Ä und auch für Röntgenstrahlen empfindlich sein. Auch bei relativ dünnen photoleitenden Schichten sind die Abklingzeiten der genannten pulverisierten anorganischen Photoleiter bei Bestrahlung mit geringer Intensität, wie sie bei Verwendung in einem Bildverstärker im allgemeinen üblich ist, relativ groß. Die Abklingzeiten der genannten anorganischen, photoleitenden Materialien liegen im allgemeinen in der Größenordnung von Sekunden. Diese photoleitenden Materialien können auch als dünne, zusammenhängende Folien nach bereits zur Herstellung von dünnen elektrolumi'neszenten Leuchtstoffolien genannten Verfahren aufgedampft werden. Diese photoleitenden Folien aus anorganischem Material sind ziemlich empfindlich und haben eine etwas kürzere Abklingzeit als die pulverisierten Materialien. Ebenso ist es möglich, organische photoleitende Materialien zu verwenden. Organisches Material hat im allgemeinen eine sehr kurze Ansprech- und Abklingzeit, ist aber weniger empfindlich als pulverisierte Materialien. Bei der vorliegenden Vorrichtung jedoch ist diese nicht besonders nachteilig, da die Schicht 92 aus photoleitendem Material außerordentlich dünn gemacht werden kann, um die effektive Empfindlichkeit des Photoleiters zu verstärken. Beispielsweise spricht das photoleitende Material Anthracen auf ultraviolette Strahlung durch Verringerung seines Widerstandes an. Bei relativ geringen Bestrahlungsintensitäten hat es eine Abklingzeit in der Größenordnung von 0,01 Sekunden. Tetracen spricht auf Strahlungen vom ultravioletten bis zum gelben Teil des sichtbaren Spektrums an: Diese Strahlungen verursachen eine Abnahme des Widerstandes des Photoleiters. Die Abklingzeit bei Anregung mit geringen Intensitäten ist etwas länger als bei Anthracen, und zwar liegt sie in der Größenordnung von 0,05 Sekunden. Pentacen spricht auf alle sichtbaren Strahlen durch Änderung des Widerstandes an und hat eine relativ kurze Abklingzeit, etwa wie Tetracen. Werden organische Photoleiter verwendet, so ist es erforderlich, daß der positive Pol der angelegten Gleichspannung mit derjenigen Elektrode verbunden wird, die der Photoleiteroberfläche anliegt und die von der zu verstärkenden Bildstrahlung bestrahlt werden kann. Werden anorganische Photoleiter verwendet, so ist es gleichgültig, welcher Pol der angelegten Gleichspannung mit der an der photoleitenden und zu bestrahlenden Oberfläche anliegenden Elektrode verbunden ist".

Alle obengenannten anorganischen photoleitenden Materialien verringern ihren Ohmschen Widerstand und ihren Blindwiderstand, wenn sie Strahlungen ausgesetzt werden, für die sie empfindlich sind. Die organischen photoleitenden Materialien jedoch verändern dabei nur ihren Ohmschen Widerstand. Natürlich führt eine Abnahme des Ohmschen Widerstandes auch zu einer Abnahme des Scheinwiderstandes. Es ist auch möglich, die Photoleitfähigkeit bei verschiedenen

ίο Photoleitern zu sensibilisieren, um damit die Strahlungsarten, für die die Photoleiter empfindlich sind, zu verändern. Das wird dadurch erreicht, daß andere Materialien mit dem photoleitenden Material vermischt werden. Ein solches Verfahren ist in dem Aufsatz von

R. C. Nelson in »Journal of the Optical Society of America«, Bd. 46 (Januar 1956), S. 13 bis 16, beschrieben.

Bei den in der USA.-Patentschrift 2 650 310 beschriebenen Bildverstärkungsvorrichtung regt sich eine Änderung der Impedanz des Photoleiters das elektrolumineszente Leuchtstoffmaterial zur Lichtemission an. Die Bildverstärkervorrichtung 84 in Fig. 21 kann in ähnlicher Weise betrieben werden, aber es ist auch möglich, die photoleitende Schicht relativ dünn zu machen. In einer derartigen Vorrichtung ändert sich der Widerstand der photoleitenden Schicht bei Bestrahlung mit einem Bildsignal, und die an der Schicht aus elektrolumineszentem Leuchtstoff liegende Gleichspannung ändert sich so, daß der daraus folgende Lichtverstärkungsfaktor (R) nach den Fig. 5 bis 17 verändert wird. Auch der Widerstand des photoleitenden Materials kann wunschgemäß gewählt werden. Das Verfahren hierzu ist in der USA.-Patentschrift 2 742 438 umrissen. Besonders dann, wenn organische photoleitende Materialien verwendet werden, kann die photoleitende Schicht im Vergleich zur elektrolumineszenten Leuchtstoffschicht recht dünn gemacht werden. Das beruht darauf, daß normalerweise solche organischen photoleitenden Substanzen einen sehr hohen Widerstand besitzen.

In einem Beispiel besteht die photoleitende Schicht 92 aus pulverisiertem Cadmiumsulfid in einer Stärke von 5 Mikron. Zur Vervollständigung dieses Beispiels sei gesagt, daß bei einer 10 Mikron dicken Leuchtstoff schicht, wie sie für die Ermittlung der Kurven der Fig. 8 bis 10 verwendet wurde, die an die Elektroden angelegte Gleichspannung 50 Volt und die damit gleichzeitig angelegte Wechselspannung 5 Volt beträgt. Eine Abnahme des Widerstandes der photoleitenden Schicht wirkt dahingehend, daß die angelegte Gleichspannung zusammenbricht. Zum Beispiel wird der grün emittierende, mit Kupfer aktivierte und mit Chlor coaktivierte Zinksulfidleuchtstoff eine Ansprechkurve haben, die die gleiche Gestalt wie die in Fig. 10 dargestellte Kurve besitzt. Die Bildverstärkervorrichtung 84 ist recht empfindlich, und die relativ dünne Schicht des photoleitenden Materials· verbessert das Auflösungsvermögen des entstehenden verstärkten Bildes.

In Fig. 22 ist ein weiterer Bildverstärker 84 a mit einer photoleitenden Schicht 92 a aus einer dünnen Schicht aus organischem, photoleitendem Material, z. B. einer 3 Mikron dicken Schicht aus Anthracen, gezeigt. Die Leuchtstoff schicht 90 α ist so ausgewählt, daß sie in dem roten Bereich des sichtbaren Spektrums emittiert. Sie besteht z. B. aus einem Zinksulfoselenidleuchtstoff, der mit Kupfer aktiviert und mit Chlor coaktiviert ist, wie er zur Ermittlung der Kurven von Fig. 13 verwendet wurde. Sind die Anregungsspannungen nicht in der vorher beschriebenen Weise zer-

hackt, so besteht eine gewisse Neigung zur optischen Rückkopplung zwischen Leuchtstoff 90.a und Photoleiter 92 α. Um diese Möglichkeit zu eliminieren, wird eine zusätzliche Schicht 96 aus lichtabschirmendem Material zwischen die Leuchtstoffschicht- und die photoleitende Schicht gebracht. Diese lichtabschirmende Schicht 96 soll in der zur Leuchtstoffschicht und zur photoleitenden Schicht parallelen Richtung, einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand besitzen, um einem Spannungsausgleich vorzubeugen, ίο. damit ja nicht das für den Bildverstärker geforderte Auflösungsvermögen verschlechtert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß leitende Quadrate oder Flächen 98 ^,us lichtundurchlässigem, leitendem Material, z. B. Aluminium, durch Vakuumverdampfung auf die Schicht 90ß aus Leuchtstoff und die Schicht 96 aufgebracht werden, wie es in Fig. 23 vergrößert dargestellt £st. Zwischen den im Vakuum aufgedampften Quadraten aus leitendem Material 98 sind kleine Bereiche aus lichtundurchlässigem, isolierendem Mate- 20, rial.lOO, z.B. aus einem lichtundurchlässigen Polyesterharz, .angeordnet. Andere Beispiele für geeig-' riete lichtabschirmende Schichten sind Nickel- oder Wolframdrähte, die sich quer durch eine Schicht aus.. lichtundurchlässigem, isolierendem Material er- 25, strecken.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel -werden die, elektrolumineszenten Leuchtstoffe und photoleitenden Materialien so ausgewählt, daß das photoleitende Material nicht auf das von dem elektrolumineszenten Leuchtstoff ausgesandte Licht durch Veränderung seiner elektrischen Eigenschaften anspricht. Ist der benutzte Leuchtstoff beispielsweise blau emittierend, so wie er zur Ermittlung der Kurven in den Fig. 5 bis 7 verwendet wurde, und ist das photoleitende Material Anthracen, dann spricht das photoleitende Material nicht auf das von dem angeregten elektrolumineszenten .Leuchtstoff ausgesandte Licht an. In diesem Falle soll mindestens eine der Elektrodenschichten aus lichtdurchlässigem Material hergestellt sein» um die von dem erzeugten Bild ausgehende Strahlung durchzulassen. Dann ist es nicht erforderlich, eine lichtabschirmende Schicht 96 zwischen die elektrolumineszente und die photoleitende Schicht zu bringen oder die Lichtanregungsspannungen zu zerhacken.

Liegt der Leuchtstoff als dünne Folie vor, so kann jede beliebige Leuchtstoffolie, wie sie im vorgehenden beschrieben wurde, verwendet werden. Für jeden Leuchtstoff können geeignete Arbeitskennlinien ,aus den Kurven der Fig. 5 bis 17 entnommen werden. Die Bemessungsgrundsätze für die angelegten Gleich- und Wechselspannungen sind die gleichen wie früher, und zwar gelten die angegebenen Zahlenwerte für den (z. B. durch Bestrahlung) verringerten Gleich- bzw. Wechselstromwiderstand der photoleitenden Schicht.

In Fig, 24 ist ein anderer Bildverstärker- gezeigt, der auf dem erfindungsgemäßen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenzeffekt beruht. Der Verstärker 104 besteht aus einer Vielzahl einzeln anregbarer Elemente 106. Drei von ihnen 6a sind schematisch in Fig. 24 dargestellt. Die Fläche jedes Elementes 106 ist gemäß dem erforderlichen Auflösungsgrad des Bildwandlers gewählt. Jedes Element 106 besitzt getrennte Elektroden. Die untere Elektrode 108 besteht aus Zinnoxyd auf einem Glasträger 107, und ist allen Elementen 106 des Ausführungsbeispiels gemeinsam. Zwischen den getrennten Elektroden liegt eine Schicht 110 aus elektrolumineszentem Leuchtstoff. Dieser Leuchtstoff kann aus jedem beliebigen elektrolumineszenten Leuchtstoff, z. B. aus

einer 10 Mikron dicken>' Schicht aus blau emittierendem Leuchtstoff, wie er izur Ermittlung der in Fig. 5 bis 7 gezeigten Kurven;.diente, bestehen. Über"^;:die-Leuchtstoffschicht 110-ist eine Vielzahl oberer *- Elek-' troden 112, beispielsweise aus Silber oder'Küpfefjodid, aufgebracht,· die mit entsprechenden Elementarbereichen der Elektrode 108 zusammen die Fläche eines Elementes 106 darstellen.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 24 ■ können die angelegten Gleich- und Wechselspannungen variiert werden und sind gemäß den Arbeitskennlmien der speziellen elektrolumineszenten Leuchtstoffe, wie sie vorstehend angegeben sind, gewählt. Die gewählten Wechselspannungen können über Transformatoren 114 an die Elektroden 108 und 112 angelegt werden.' Die Gleichstromquellen 116 sind mit der Sekündärseite der Transformatoren 114 in Reihe geschaltet. Eitie Seite jeder Gleichstromquelle 116 ist geerdet. Die Gleichstromquellen stellen für die an der Sekundärseite der' Transformatoren 114 erzeugten Wechselspannungen'; eine kleine Impedanz dar.- Die Sekundärklemmen der · Transformatoren-.114, die den Gleichstromquellen 116-benachbart sind, sind also praktisch wechselspannungs-' mäßig geerdet. In einem speziellen Beispiel können die Wechselspannungen von 8 bis 16 Volt urfd¹ die' Gleichspannungen von 25· bis 50 Volt variiert werden. Außerdem kann die Höhe der angelegten Wechsel- und¹. Gleichspannungen je nach der relativen Lage der Elemente 106 zueinander nach Maßgabe des zu erzeugen-den vorbestimmten Musters verändert werden. Dies kann mittels mechanischer Schalteranordnungen durchgeführt werden, wenn das_ dargestellte Bild geändert werden soll. Der elektrolumineszente Leuchtstoff kann* auch als dünne Folie vorliegen, wie es bei den Zellen ■ der Fall war, die zur- Ermittlung der Kurven der Fig. 15 bis 17 verwendet worden sind. Auch hier gelten die obigen Bemessungsgrundsätze für die Gleich- und Wechselspannungen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 24 sind Schalter 118 und 120 in den Wechselstrom- und Gleichstromversorgungskreisen vorgesehen, die erlauben, die Wechsel- und Gleichspannungen auch einzeln an die Elektroden der Zelle anzulegen. Im allgemeinen werden diese Spannungen gleichzeitig an die Elektroden angelegt, werden sie jedoch nacheinander angelegt, so erfolgt das Anlegen der Wechselspannung an die Elektroden der Zellen 106 erst, nachdem die Gleichspannung abgeschaltet worden, ist. Überbrückungskonden-_: satoren 121 liegen parallel zu jedem Schalter 118 der Gleichstromversorgung. _:

Normalerweise wird die in Fig. 24 dargestellte Bildwiedergabevorrichtung so betrieben, daß entweder die Wechselspannung oder die Gleichspannung auf einem konstanten Wert ,gehalten wird. Bei dem in Fig. 25 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Effektivwert der Wechselspannung konstant gehalten, während die Gleichspannung nach Maßgabe des gewünschten Musters verändert werden kann. Kondensatoren 122 verbinden alle oberen Elektroden 112 miteinander. Die konstante Wechselspannung wird durch Drosseln 124 von den veränderlichen Gleichstromquellen ferngehalten. Günstige Wechsel- und Gleichspannungen können leicht aus den in den Fig. 5 bis 17 angegebenen Kurven entnommen werden. Die Schalter 125 liegen so in den Wechsel- und Gleichspannungs-Versorgungszuführungen, daß die Anregungsspannungen gleichzeitig oder einzeln angelegt werden können.

In Fig. 26 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Bildwandler nach Fig. .24 gezeigt, bei dem der Effektivwert der Wechselspannung veränderlich ist,

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während die Gleichspannung· konstant gehalten wird. Bei einer derartigen Ausführungsform ist die Gleichspannung an alle" oberen Elektroden 112 über eine gemeinsame Leitung 126 gelegt. Die" Schalter 127 ermöglichen, daß sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromquellen gleichzeitig als auch einzeln angelegt werden können. Ein Überbrückungskondensator 128 liegt parallel zur Gleichstromquelle 129.

In Fig. 27 ist eine Schaltungsanordnung 130 dargestellt, die zur Anzeige von Wechsel- und Gleichspannungen geeignet ist. Diese Vorrichtung besitzt voneinander getrennte Elektroden 44 und 52, zwischen denen sich ein elektrolumineszenter Leuchtstoff 48 befindet. Elektroden und Leuchtstoff sind z. B. dieselben wie bei den in Fig. 1 oder 3 beschriebenen Zellen. So wie bisher kann man Wechsel- und Gleichspannungen an die Elektroden der Zelle anlegen. Die eine dieser Spannungen hat einen bestimmten bekannten Wert, die andere Spannung ist unbekannt, jedoch zwischen bekannten Extremwerten veränderlich. Diese bekannten Extremwerte der unbekannten Spannung und die Höhe der bekannten Spannung sind so gewählt, daß die früher angegebenen Grenzen des Lichtintensitätsverhältnisses nicht überschritten werden.

Auch hier werden im allgemeinen die Spannungen gleichzeitig an die Elektroden der Zelle gelegt, andernfalls wird die Wechselspannung erst nach Abschalten der Gleichspannung an die Elektroden gelegt. Die Wechselspannung wird über den Transformator 131 angelegt. Seine Sekundärseite ist mit der Gleichstromquelle in Reihe geschaltet. Die Spannungen fallen an einem Vorwiderstand 132, der mit Erde verbunden ist, ab. In den Stromversorgungskreisen liegen Schalter 133. Der Stromkreis der Zelle wird durch die Verbindung der Elektrode 44 mit Erde geschlossen.

Beim Betrieb dieses Wechsel- und Gleichspannungsgerätes ist entweder die Wechsel- oder Gleichspannung unbekannt und jeweils die andere Spannung bekannt. Beispielsweise habe die Gleichspannung den festen Wert von 37 Volt, und der verwendete Leuchtstoff sei blau emittierend, wie er bei der Ermittlung der Kurven nach Fig. 6 verwendet wurde. In diesem Fall sind die bekannten Extremwerte der unbekannten Wechselspannung vorzugsweise 4,5 und 16 Volt. Eine zwischen den beiden Werten liegende unbekannte Wechselspannung erzeugt eine Lichtemission, deren Intensität sich gemäß der Größe der unbekannten Spannung ändert. Wird in der Zelle ein grün emittierender Leuchtstoff verwendet, wie er bei der Ermittlung der Kurven von Fig. 10 verwendet wurde, und wird die Wechselspannung auf einem konstanten Wert von 5 Volt effektiv gehalten, so kann die unbekannte Gleichspannung zwischen den Grenzen von 22 und 110 Volt liegen.

Die in Fig. 27 dargestellte Vorrichtung ist außerordentlich empfindlich für die Umwandlung relativ kleiner Spannungsänderungen in relativ große Änderungen der Lichtemission. Der Vergleich mit Fig. 6 zeigt, daß bei einer Änderung der Wechselspannung von 4,5 bis 8 Volt bei einem konstant gehaltenen Gleichstrompotential von 37 Volt sich der Lichtverstärkungsfaktor (R) der Zelle um mehr als das Fünffache für diesen speziellen Leuchtstoff verändert. Die Spannungen, die durch eine Verstärkung der Lichtemission angezeigt werden, können entweder visuell beobachtet oder über eine geeichte handelsübliche Photozelle 134, die zusätzlich mit einem geeigneten Meßinstrument 135 ausgestattet ist und unmittelbar abgelesen werden kann, gemessen werden.

Damit die beste Empfindlichkeit beim Betrieb. der in Fig. 27 dargestellten Vorrichtung erreicht wird, ist es wünschenswert, daß das Verhältnis .L_ws/Lq_S die Werte von ungefähr 100 bei pulverisiertem Leuchtstoff und 20 bei dünnen Leuchtstoffolien nicht übersteigt. Haben Wechsel- und Gleichspannung jedoch solche Werte, daß diese Verhältnisse überstiegen werden, so arbeitet die Meßvorfichfüng besser linear, und es können trotzdem noch relativ hohe Lichtverstärkungsfaktoren erhalten werden, wie z. B. Fig. 6 zeigt. Die einzige Begrenzung für den Betrieb in dem annähernd linearen Bereich der i?-Kurven ist die Neigung zum elektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zelle. Selbstverständlich soll auch hier stets in einem Bereich gearbeitet werden, in dem der Lichtverstärkungsfaktor (R) noch größer als 1 ist.

In Fig. 28 ist ein Wechselstrom- oder Gleichstromverstärker oder eine elektrische Entkupplungsvorrichtung 136 dargestellt, die auf der erfindungsgemäßen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Elektrolumineszenz beruht. Die Vorrichtung 136 besteht aus zwei Teilen, einem lichterzeugenden Teil 137 und einem lichtempfangenden Teil 138. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der lichterzeugende Teil 137 aus einer elektrolumineszenten Zelle 40, die beispielsweise mit der in Fig. 1 beschriebenen Zelle übereinstimmenkann. Der Erregerkreis kann verschieden ausgeführt sein. Hier ist die lichtdurchlässige Elektrode 44 ebenso wie die eine Klemme der veränderlichen Wechselstrom- und Gleichstromquellen geerdet. Der Energieversorgungskreis besteht hier aus einer veränderlichen Wechselstromquelle 140, die über einen Ausschalter 142 mit der Primärwicklung des Transformators 144 verbunden ist. Eine veränderliche Gleichstromquelle 146 ist mit der Sekundärseite des Transformators 144 über einen Schalter 148 in Reihe geschaltet. Die andere Klemme dieser Reihenschaltung ist über einen Vorwiderstand 149 geerdet.

Der Lichtempfänger 138 besteht hier aus einer lichtempfindlichen Vorrichtung, z. B. einer 10 Mikron starken Schicht 150 aus einer beliebigen anorganischen photoleitenden Substanz oder einer 3 Mikro'n dicken Schicht aus einer beliebigen organischen photoleitenden Substanz, wie sie oben näher beschrieben wurden.

Die photoleitende Schicht 150 ist auf einem Träger 152, z. B. aus Glas, zwischen zwei Elektroden 154 und 156 angebracht. Die erste Elektrode 154 ist für die von der photoleitenden Schicht 150 aufzunehmende Strahlung durchlässig und besteht beispielsweise aus Zinnoxyd. Die zweite Elektrode 156 kann z. B. aus im Vakuum aufgedampftem Aluminium bestehen. Eine Spannungsquelle, z. B. eine Batterie 158 verbindet die Elektroden 154 und 156 und liefert an diese einen Signalstrom. Der Photoleiter 150 führt einen Signalstrom, dessen Größe sich mit der Intensität des aufgenommenen Lichtes verändert. Außerdem enthält die Vorrichtung noch eine Einrichtung, die zur Umwandlung der Signale dient; hier besteht sie aus einem Arbeitswiderstand 160 und einem Filter 162, um am Ausgang einen Gleichstrom zu erhalten. Ist ein Wechselstromausgangssignal erwünscht, dann entfällt das Filter 162. Die Schaltungsanordnung der Fig. 28 mit einem Photoleiter kann auch durch eine einfache Photozelle wie in Fig. 27 ersetzt werden.

- Zur Erreichung der höchsten Empfindlichkeit der Vorrichtung von Fig. 28 liegen die an die Elektroden der Zelle 40 angelegten Wechsel- und Gleichspannungen wieder in den früher angegebenen Grenzen. Wenn die Wechsel- und Gleichspannungen nicht gleichzeitig

7u an die Elektroden der Zelle gelegt-werden, so wird die

empfänger, deren Ausgangsspannungen einander gleich sind, nur handelt es sich einmal um einen mit Wechselstrom überlagerten Gleichstrom und das andere Mal um einen reinen Gleichstrom. Es könnten alle Vor-5 richtungen der Fig. 28 bis 31 auch wie in Fig. 33 mit mehreren lichterzeugenden Teilen ausgestattet sein. Diese arbeiten dann entweder mit einem oder mehreren Lichtempfängern zusammen, um die Signale zu erzeugen.

In Fig. 32 ist ein Festkörperrelais mit einem lichterzeugenden Teil dargestellt, der beispielsweise mit dem lichterzeugenden Teil 137 der Fig. 28 übereinstimmt. Der Lichtempfänger ist mit dem Teil 138 von Fig. 28 gleich, nur liegt im Ausgangskreis ein Relais

meßbar größer als die Summe der sich ergebenden Lichtemissionen ist, wenn zuerst die Wechselspannung und dann die Gleichspannung einzeln an die Elektroden der Zelle gelegt wird.

In Fig. 29 ist eine andere Ausführungsform 136 a eines Wechsel- und Gleichstromverstärkers oder einer Entkopplungsvorrichtung dargestellt. Hier wird die an der elektrolumineszenten Zelle liegende Gleichspan-

Wechselspannung erst nach Abschalten der Gleichspannung an die Elektroden angelegt.

Die erwähnten Spannttngswerte, ausgedrückt in L^_s/L_GS-Einheiten, gelten für den Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 28 bei der höchsten Empfindlichkeit. Es kann aber auch zweckmäßig sein, den Arbeitspunkt in einen Teil der Ä-Kurven zu legen, in dem das Verhältnis L_wsjL_GS bei pulverisiertem Leuchtstoff größer als 100 und bei Leuchtstoffolien größer als 20 ist. Dies gilt vor allem, wenn eine lineare Abhängig- io keit gewünscht wird. Zum Beispiel zeigt Fig. 6, daß dann immer noch ein beachtlicher Lichtverstärkungsfaktor R erhalten wird, wenn auch das Verhältnis L_wsjL_GS größer als 100 ist. Jn diesem Bereich ist

dann eine lineare Abhängigkeit vorhanden. Diese an- 15 172., das als Stromnachweis vor richtung dient und auf gegebenen Verhältnisse L_WS/L_GS können demnach Ströme anspricht, die bei Lichtanregung durch denüberschritten werden, solange nicht die durch den lichterzeugenden Teil· 137 in dem lichtempfindlichen elektrischen Durchschlag besetzte Grenze überschritten Teil 150 des Gerätes fließen. Es können auch mehrere ist, vorausgesetzt, daß dann, wenn die Wechsel- und der in Fig. 31 gezeigten Lichtempfänger vorgesehen Gleichspannungen gemeinsam an die Elektroden der 20 sein, deren Ausgänge auch mehrere Relais betätigen Zelle gelegt werden, die sich ergebende Lichtemission können.

Fig. 33 zeigt eine andere Ausführungsform der Fig. 32. Hier ist die Vorrichtung mit mehreren lichterzeugenden Teilen 173 und 174 ausgestattet. Der eine 25 wird durch veränderliche Gleichspannung und konstante Wechselspannung, der andere mit veränderlicher Wechselspannung und konstanter Gleichspannung angeregt. Der eine Teil 173 ist mit dem Lichterzeuger und der Energieversorgung nach Fig. 29 nung konstant gehalten, z. B. mit Hilfe einer Batterie 30 identisch, und der andere Teil 174 entspricht der in 164. Die Wechselspannungsquelle 165 ist veränderlich Fig. 30 dargestellten Anordnung. Der Lichtempfänger und beide, sowohl Wechsel- wie auch Gleichspannung, besteht aus einer üblichen Photozelle 134 nach Fig. 27. können auch nacheinander mit Hilfe eines Schalters Durch sie wird eine Vorrichtung, die dazu dient, einen 166, der in der Stromversorgungsleitung liegt, an die Strom nachzuweisen, erregt. Im dargestellten Beispiel Elektroden der Zelle gelegt werden. Ein Über- 35 ist diese Vorrichtung zum Nachweis des Stromes ein brückungskondensator 1'67 liegt parallel zur Gleich- Relais, das über einen üblichen Verstärker 177, hier stromquelle 164. Hier ist die Eingangswechselspan- schematisch als Block dargestellt, betätigt wird, nung veränderlich. Am Ausgang tritt eine Wechsel- Wie bereits bei der Beschreibung der Fig. 28 bis 31

spannung mit Gleichspannungskompanente auf. Man ausgeführt wurde, erhält man die höchste Empfindlichkann die Ausgangsspannung aber auch mit Hilfe eines 40 keit der Vorrichtungen nach den Fig. 32 bis 33 und Filters 162 nach Fig. 28 glätten. Im übrigen sind der wieder mit Wechsel- und Gleichspannungen in den liehterzeugende Teil 137 und der Lichtempfänger 138 früher angegebenen Grenzen.

übereinstimmend mit Fig. 28. Fig. 34 zeigt schematisch einen Bildwandler, der

Fig. 30 zeigt eine geänderte Ausführungsform 136 b. dem in der USA.-Patentschrift 2 698 915 beschrie-Hier liefert die Wechselstromquelle 168 einen kon- 45 benen nachgebildet ist. Danach besteht die Vorrichtung stanten Efrektivwert, während die Gleichstromquelle aus einem ersten Elektrodengitter 178, aufgebaut aus 196 eine veränderliche Spannung zuführt. Die Aus- einer Vielzahl einander paralleler und voneinander geführungsform stimmt mit denen der Fig. 28 und 29 trennter Leiter, und aus einem zweiten Elektrodenüberein, mit der Ausnahme, daß die Eingangsgleich- gitter 180 aus einer Vielzahl paralleler und voneinanspannung veränderlich ist und am Ausgang Wechsel- 50 der getrennter Leiter, die von dem ersten Gitter 178 strom auftritt. Baut man ein Filter 162 in den Aus- getrennt angebracht sind, wobei die Achsen der Leiter gangskreis des Lichtempfängers 138, dann erhält man des zweiten Gitters in gleichem Winkel zu den Achsen ebenfalls einen Gleichstrom am Ausgang. Bei den Vor- der Leiter des ersten Gitters verlaufen. Vorzugsweise richtungen der Fig. 28 bis-30 sind Eingang und Aus- beträgt dieser Winkel 90°, er kann aber auch andere gang elektrisch vollständig voneinander entkoppelt. 55 Werte annehmen. Gewöhnlich sind die Leiter, aus Die Vorrichtungen können recht empfindlich gemacht denen mindestens eines der Gitter 178 und 180 hergewerden. Ihre Ansprecheigenschaften können dadurch stellt ist, aus lichtdurchlässigem Material, ζ. Β Zinnverändert werden, daß man den Arbeitspunkt in ver- oxyd, auf einer Glasunterlage, die nicht dargestellt ist. schiedene Teile der i?-Kurven legt. Sind die Gitter jedoch aus feinen, lichtundurchlässigen

Fig. 31 zeigt eine weitere Ausführungsform 136 c 60 Drähten hergestellt, so kann die Lichtemission aus der der in Fig. 28 dargestellten Vorrichtung. Der licht- Umgebung der feinen Drähte erhalten werden. Zwierzeugende Teil 137 stimmt mit dem der Fig. 29 über- sehen den gitterförmigen Elektroden liegt ein belieein und besitzt eine veränderliche Eingangswechsel- biger elektrolumineszenter Leuchtstoff 182. Als Beispannung und eine konstante Eingangsgleichspannung. spiel kann der Leuchtstoff, der zur Ermittlung der Der Lichtempfänger besteht aus zwei Teilen 170 und 65 Kurven in den Fig. 8 bis 10 verwendet wurde, 171. Beide sind einander gleich, nur hat der Teil 171 zwischen die Gitter in einer Dick« von 10 Mikron geein Filter 162 in seinem Ausgangskreis. Die Teile 170 bracht werden und kann, muß aber nicht, mit einer und 171 entsprechen den Lichtempfängern der Fig. 29 kleinen Menge dielektrischen Materials vermischt sein. bzw. 28. Die Vorrichtung der Fig. 31 hat einen ein- Im Ausführungsbeispiel der Fig. 34 kann nur die zigen lichterzeugenden Teil und mehrere Licht- 7° Wechselspannung in ihrem Effektivwert variiert wer-

den. Wechsel- und Gleichspannungen können entweder gleichzeitig oder nacheinander arf^die Elektrodengitter 178 und 180 angelegt werden. Werden die Potentiale z. B. mit Hilfe eingebauter Schalter 183 nicht gleichzeitig angelegt, so soll die Wechselspannung erst nach Abschalten der Gleichspannung angelegt werden. Beim Betrieb der Vorrichtung werden die veränderlichen-Wechselspannungsquellen Nr. 1 und Nr. 2 je mit bestimmten einzelnen Leitern des Gitters 178 verbunden. Die konstante Gleichspannung wird nacheinander an alleLeiter des Gitters 180 gelegt. Wird mit Hilfe einer Schaltvorrichtung 184 ein Leiter des Gitters 180 über einen Kondensator 186 wechselspannungsmäßig geef det, so werden die Wechsel- und Gleichspannungengleichzeitig an den zwischen dem geerdeten Leiter des Gitters 180 und den Leitern des Gitters 178 liegenden Leuchtstoff 182 angelegt. Dadurch wird eine Reihevon fortlaufenden Lichtblitzen erzeugt, deren Intensität von den relativen Werten der gleichzeitig miteinander angelegten Wechsel- und Gleichspannungen abhängt. Wird der nächste Leiter des Gitters 180 geerdet, dann wird eine zweite Reihe von Lichtblitzen erzeugt. Insgesamt können diese so gewählt werden, daß sie miteinander ein Bild ergeben. Eine derartige Anordnung kann äußerst empfindlich gemacht werden, da^!ldie Kurven nach den Fig. 5 bis 17 sehr steil verlaufen. Die Schalteinrichtung 184 entspricht der in der USA-Patentschrift"^ 698 915 beschriebenen.

In'Fig. 35 ist eine andere Ausführungsform eines Bildwandlers mit Elektroden in Kreüzgitterform.ähnlich der in Fig. 34 gezeigt, mit dem Unterschied,, daß die..Wechselspannung einen festen Wert hat, während nuf die Gleichspannung verändert werden kann. In Fig! 36 ist ein'weiteres Ausführungsbeispiel der in Fig. "34 gezeigten Anordnung dargestellt. Hier können sowqh! .'Wechsel- als auch Gleichspannung variiert werden. Im Betrieb der Anordnung nach Fig. 35 wird die konstante Wechselspannung über die Kondensator^ ί88 an alle Leiter der Gitter 178 und 180 gelegt und ist von den veränderlichen GleichspanhtingsqÜellen durch Drosselspülung 190 getrennt. Wird über die Schaltvorrichtung 184 a ein Leiter des Gitters 178 geerdet, dann werden die Wechsel- und Gleichspannungen'gleichzeitig an diesen Leiter und die Leiter des^: Gitters 180 gelegt, um den dazwischenliegenden Leuchtstoff zum Lfeuchteir anzuregen. In der in Fig. 36, dargestellten Vorrichtung sind zwei Schalteinrichtungeh 184 fr und 184t vorgesehen. Im Betrieb wird der Leuchtstoff zwischen den gekreuzten Leitern der Gitter 178 und 180, die gleichzeitig angeregt sind, aufleuchten. Ein Kondensator 191 dient dazu, einen Pol der Sekundärseite des Eingängstransformators 192 zu erden. Werden· bei den in den Fig. 35 und 36 dargestellten Ausführungsbeispielen die Wechsel-, und Gleichspannungen nicht gleichzeitig angelegt, wie es z. B. mit Hilfe des Schalters 194 möglich ist, so soll die Wechselspannung erst nach Abschalten der Gleichspannung an die Gitterelektroden gelegt werden.

Bei allen Ausführungsbeispielen der Fig. 34 bis 36 können die gewählten Wechsel- und Gleichspannungen in ihrer Höhe gemäß der relativen Lage der Leiter der Gitter 178 und 180 und gemäß dem gewählten Muster verändert werden. Zur Erreichung einer höchsten Empfindlichkeit sollten die angelegten Wechsel- und Gleichspannungen in den früher angegebenen Grenzwerten liegen. Eine Überschreitung derselben bis zum Durchschlag ist möglich.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß bei dem Betrieb der in den Fig. 19 bis 36 gezeigten Vorrichtungen die tatsächlich an dem Leuchtstoff liegenden Wechsel- und Gleichspannungen solche Werte haben, daß dann, wenn diese Spannungen gleichzeitig angelegt werden, die sich ergebende Lichtemission meßbar größer ist als die .Summe der sich ergebenden Lichtemissionen, wenn zuerst eine entsprechende Wechselspannung und danach eine entsprechende Gleichspannung einzeln an den Leuchtstoff gelegt wird. Werden die besten Lichtverstärkungswirkungen bei pulverisiertem Leuchtstoff gefordert, dann werden die Wechsel- und Gleichspan-

lo. nungen so gewählt, daß das Verhältnis L_wsjL_GS zwischen 0,0001 und 100 und vorzugsweise zwischen 0,01 und 5 liegt. Um brauchbare Lichtverstärkungsfaktoren zu erhalten, sollen die Effektivwerte der Wechselspan-, nung ferner zwischen .0,03 und 0,5 des Wertes der gewählten Gleichspannung liegen. Der Aufbau der Zelle kann aber so verändert werden, daß sogar der oben angegebene Wert der * Wechselspannung von 0,5 der Gleichspannung überschritten werden kann. Liegt also der Leuchtstoff in pulverisierter Form vor und werden

ao die erfindungsgemäßen Lichtverstärkungswirkungen ausgenutzt, so soll die an den Leuchtstoff angelegte Wechselspannung einen Wert haben, der zwischen. 0,03 des Wertes der angelegten Gleichspannung und einem Wert liegt, der gerade unterhalb des Wertes.

liegt, der zu einem elektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zelle führt. Werden Leuchtstofffolien verwendet, so soll dann, wenn der Betrieb der. Vorrichtungen bei den besten Lichtverstärkungsfaktoren (2?) vorgenommen werden soll, das gewählte

Wectiselstrompotential, das an dem Leuchtstoff liegt, ' in bezug auf die gewählte Gleichspannung eine solche Höhe haben, daß das Verhältnis L_Ws/L_Gs zwischen 0,001 und 20 und vorzugsweise zwischen 0,05 und 5 liegt. Um bei Zellen, die mit Leuchtstoffolien ausgestattet sind, brauchbare Lichtverstärkungsfaktoren R zu erhalten, soll der Effektivwert der Wechselspannung mindestens 0,1 der Gleichspannung betragen,und den Wert 1,5 der Gleichspannung möglichst nicht überschreiten, um elektrischen Durchschlag zu vermeir den. Haben die Zellen bei Verwendung dünner Leuchtstoffolien einen besonderen Aufbau, der einen höher gelegenen elektrischen Durchschlagspunkt gewährleistet, dann kann der Wert der an die Elektroden angelegten Wechselspannung zwischen 0,1 des Wertes

der angelegten Gleichspannung und einem Wert, der gerade unterhalb des elektrischen Durchschlags liegt, liegen. Sowohl bei. Verwendung von Leuchtstofffolien als auch von pulverisiertem Leuchtstoff soll die an die Elektroden der Zelle angelegte Gleichspannung, so hoch sein, daß eine elektrische Feldstärke von mindestens 2 · IQ⁶V · m-.¹ zwischen den Elektroden erzeugt wird. In allen Ausführungsbeispielen der Fig. 19 bis 35 können Wechsel- und Gleichspannungen gleichzeitig angelegt werden oder, falls sie nicht gleichzeitig an-.gelegt werden, dann soll die Wechselspannung erst nach 'Abschaltung der Gleichspannung von den Elektroden angelegt werden. In allen Fällen können die Wechsel- und Gleichspannungswerte leicht aus den Kurven der.

Fig. 5 bis 17 entnommen werden.

Die in den Fig. 19 bis 23 gezeigten Bildwandler können auch dazu verwendet werden, Kathodenstrahlen, in ein sichtbares Bild zu verwandeln, z. B. im Zusammenwirken mit einer Kathodenstrahlröhre. Die vorbeschriebenen photoleitenden Materialien verändern ihren Widerstand und ihre Impedanz auch bei Bestrahlung mit Kathodenstrahlen. Für einen solchen. Fall können diese Materialien als »Leiter bei Teilchenbeschuß« bezeichnet werden. Der hier gebrauchte Ausdruck »photoleitendes Material« schließt sowohl Leitfähigkeit auf Grund von Bestrahlung als auch auf

Grund von Teilchenbeschuß ein. Die Gestalt der Elektroden der Fig. 20 bis 33 kann verändert werden, wie es bei der Beschreibung der Fig. 1 bis 4 näher ausgeführt wurde.

Claims (17)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Betrieb einer elektrolumineszenten Zelle mit Gleich- und Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausnutzung des Wechsel spannungs - Gleichspannungs - Elektrolumineszenzeffektes, der durch das Verhältnis der an den Leuchtstoff angelegten Gleichspannung zur gleichzeitig angelegten Wechselspannung, und zwar einmal durch das Verhältnis der Leuchtdichten der Zelle bei reiner Wechselspannungsanregung zu reiner Gleichspannungsanregung -=■— und zum anderen durch denLichtverstärkungsfaktor

R =

Leuchtdichte bei gleichzeitiger Anregung durch Gleich- und Wechselspannung

Leuchtdichte bei reiner Gleichspannungsanregung + Leuchtdichte bei reiner Wechselspannungsanregung

bestimmt wird, der Lichtverstärkungsfaktor (R) meßbar größer als 1 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, falls der elektrolumineszente Leuchtstoff -pulverisiert ist, der Effektivwert der gewählten Wechselspannung zwischen etwa 0,0002 des Wertes der gewählten Gleichspannung und einem Wert gerade unterhalb des Wertes, der einen elektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zelle verursachen würde, liegt, und daß bei Leuchtstoffen, die in Form einer dünnen Folie vorliegen, der Effektivwert der gewählten Wechselspannung zwischen et,wa 0,1 des Wertes der gewählten Gleichspannung und einem Wert gerade unterhalb des Wertes, der einen elektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Zelle verur-Sachen würde, liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei pulverisiertem Leuchtstoff die gewählte Wechselspannung einen Effektivwert annimmt, der in den Bereich von etwa 0,0002 bis etwa 0,5 des Wertes der gewählten Gleichspannung fällt, und daß bei Leuchtstoffen in Form einer dünnen Folie die gewählte Wechselspannung einen Effektivwert hat, der in den Bereich zwischen etwa 0,1 und 1,5 des Wertes der gewählten Gleichspannung fällt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei pulverisierten Leuchtstoffen die gewählte Wechselspannung einen Effektivwert hat, der in den Bereich zwischen 0,03 und 0,5 der gewählten Gleichspannung fällt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung und die Effektivwerte der Wechselspannung gemäß den relativen Intensitäten der Lichtemissionen, die entstehen, wenn diese Wechsel- und Gleichspannungen einzeln an die Elektroden der Zelle angelegt werden, so gewählt werden, daß dann, wenn bei elektrolumineszenten pulverisierten Leuchtstoffen die gewählten Spannungen einzeln an die Elektroden der Zelle angelegt werden, das Verhältnis der durch Wechselspannung angeregten Lichtintensität zu der durch Gleichspannung angeregten Lichtintensität zwischen etwa 0,0001 und 100 und vorzugsweise zwischen etwa 0,01 und 5 liegt, und daß dann, wenn bei elektrolumineszenten Leuchtstoffen in Form einer dünnen Folie die gewählten Spannungen einzeln an die Elektroden angelegt werden, das Verhältnis der durch Wechselspannung angeregten Lichtintensität zu der durch Gleichspannung angeregten Lichtintensität zwischen etwa 0,001 und 20 und vorzugsweise zwischen etwa 0,05 und 5 liegt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Elektroden der Zelle liegende Gleichspannung eine solche Höhe hat, daß zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld mit einer Feldstärke von mindestens 2· 10⁶V-IXL-¹ erzeugt wird und daß die an die Elektroden der Zelle angelegte Wechselspannung einen Effektivwert hat, der zwischen etwa 0,0002 und 0,03 des Wertes der angelegten Gleichspannung liegt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, bestehend aus einem Bildverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildverstärker eine Vielzahl von Elementarbereichen enthält, deren Fläche durch das geforderte Auflösungsvermögen der Vorrichtung bestimmt wird und die je aus voneinander getrennten Elektroden (72) und dazwischen befindlichen, hintereinandergeschalteten, ' elektrolumineszente Leuchtstoffe (74) und photoleitende Substanzen enthaltenden Materialien (76) bestehen, wobei die photoleitende Substanz dazu geeignet ist, einen Elementarbereich des zu verstärkenden Bildes aufzunehmen und dabei ihren Gleich- und Wechselstromwiderstand gemäß der von dem Bildbereich empfangenen Intensität zu verringern, sowie daß -eine Wechselspannungsquelle und eine Gleichspannungsquelle mit den Elektroden (72) verbunden sind (Fig. 19).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, falls die elektrischen Eigenschaften der photoleitenden Substanz (76 a) von der Lichtemission des· elektrolumineszenten Leuchtstoffes (74 a) merklich beeinflußt werden, eine lichtabschirmende Vorrichtung (80) zwischen Leuchtstoff (74a) und photoleitender Substanz (76a) angebracht ist, wobei die lichtabschirmende Vorrichtung (80) einen so hohen elektrischen Widerstand in einer Richtung hat, die vorwiegend parallel zu dem Leuchtstoff und der photoleitenden Substanz verläuft, daß die Bildung einheitlicher Potentialunterschiede auf eine Fläche beschränkt bleibt, ■die nicht größer ist/ als sie durch die einzelnen Elektroden (72 a) gegeben ist (Fig. 20).

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Bildverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildverstärker eine erste Flächenelektrode (94), eine davon getrennte zweite Flächenelektrode (88), wobei mindestens eine der Elektroden lichtdurchlässig ist, und zwisch'en den beiden Elektroden eine an die zweite Elektrode angrenzende Schicht (90) aus elektrolumineszentem Leuchtstoff und eine an die erste lichtdurchlässige Elektrode (94) angrenzende Schicht aus photoleitendem Material (92) umfaßt, wobei diese Schicht aus einer photoleitenden Substanz besteht, die entsprechend der Intensität des auf die

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erste Elektrode einfallenden Bildes ihren Gleich- und Wechselstromwiderstand verringert, sowie daß eine Wechselspannungs- und eine Gleichspannungsquelle mit den Elektroden (88, 94) verbunden sind (Fig. 21).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß, falls die elektrischen Eigenschaften der photoleitenden Substanz (92 a) durch die Lichtemission des elektrolumineszenten Leuchtstoffes merklich beeinflußt werden, die zweite Elektrode (88) lichtdurchlässig ist und eine lichtabschirmende Vorrichtung (96) zwischen Leuchtstoff (90 a) und Photoleiter (92) vorgesehen ist, wobei die lichtabschirmende Vorrichtung (96) einen so hohen elektrischen Widerstand in einer Richtung hat, die vorwiegend parallel zu den den Leuchtstoff und die photoleitende Substanz enthaltenden Schichten verläuft, daß ein Spannungsausgleich, der das Auflösungsvermögen der Vorrichtung verschlechtern würde (Fig. 22), verhindert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die photoleitende Substanz enthaltende Schicht (92) eine geringere Schichtdicke als die den elektrolumineszenten Leuchtstoff enthaltende Schicht (90) hat. as

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einer Wiedergabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung (104) aus einer Vielzahl selbständig erregbarer Bereiche (106) besteht, deren Größe gemäß dem für die Vorrichtung geforderten Auflösungsvermögen gewählt ist, und daß jeder dieser Bereiche voneinander getrennte Elektroden (112, 108) besitzt, von denen mindestens eine lichtdurchlässig ist, und zwischen die elektrolumineszenter Leuchtstoff (110) eingebracht ist, sowie daß Wechsel- und Gleichspannungen ausgewählter Größe an die Elektroden der Elemente gelegt werden können, wobei mindestens eine der gewählten Spannungen in ihrer Größe gemäß der relativen Lage der Elementarbereiche zueinander und gemäß einem bestimmten Muster variiert werden kann (Fig. 24 bis 26).

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Spannungsanzeiger, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeiger (130) voneinander getrennte Elektroden (44, 52) besitzt, zwischen denen sich ein elektrolumineszenter Leuchtstoff (48) befindet, daß \¥echsel- und Gleichspannungen an die Elektroden angelegt werden können, deren eine einen unbekannten Wert hat, der zwischen zwei bekannten Extremwerten liegt, während die andere Spannung bekannt ist, und daß die bekannte Spannung einen solchen Wert im Verhältnis zu dem unbekannten Wert hat, daß dann, wenn 'der bekannte Spannungswert und einer der bekannten Extremwerte der unbekannten Spannung einzeln an die Elektroden angelegt werden, das Verhältnis der durch Wechselspannung angeregten Lichtintensität Bo zu der durch Gleichspannung angeregten Lichtintensität in die im Anspruch 5 angegebenen Grenzen fällt (Fig. 27).

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens einem lichterzeugenden Teil (137), der getrennte Elektroden, zwischen denen ein elektrolumineszenter Leuchtstoff angebracht ist, enthält, an die vorbestimmten Gleich- und Wechselspannungen angelegt werden können, wobei mindestens eine der Spannungen in der Größe veränderlich ist und die Spannungen Werte annehmen, die in die in den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Bereiche fallen, und aus mindestens einem Lichtempfänger (137) besteht, der eine lichtempfindliche Vorrichtung enthält, die sich in solcher Nähe des lichterzeugenden Teils (137) befindet, daß sie das davon erzeugte Licht empfangen und in elektrische Signale verwandeln kann (Fig. 28 bis 33).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,, daß der Lichtempfänger (138) eine Spannungsquelle (158), die mit der lichtempfindlichen Vorrichtung (150) so verbunden ist, daß sie einen Signalstrom durch diese Vorrichtung schicken kann, so daß diese lichtempfindliche Vorrichtung einen Signalstrom führt, dessen Größe sich mit der Intensität des von der lichtempfindlichen Vorrichtung, aufgenommenen Lichts ändert, und einen Signalwandler (160, 162) enthält, der zusammen mit der lichtempfindlichen Vorrichtung und der damit verbundenen Spannungsquelle dazu dient, den von der lichtempfindlichen Vorrichtung geführten Strom in ein elektrisches Signal zu verwandeln (Fig. 28 bis 31).

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strommeßvorrichtung (172) mit der lichtempfindlichen Vorrichtung (134, 138) verbunden ist, die auf den Strom anspricht, der in der lichtempfindlichen Vorrichtung bei- Lichterregung durch den lichterzeugenden Teil fließt (Fig. 32 und 33).

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus dem Bildwandler, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei unter einem bestimmten Winkel gekreuzten Gittern (178, 180) mit je parallelen, voneinander getrennten Leitern besteht, zwischen denen sich elektrolumineszenter Leuchtstoff (182) befindet, sowie daß vorbestimmte Wechsel- und Gleichspannungen an die Gitter (178, 180) gelegt werden können, wobei mindestens eine der gewählten Spannungen in ihrer Höhe gemäß der relativen Lage der die Gitter (178,180) bildenden Leiter und entsprechend einem gewählten Muster geändert werden kann (Fig. 34bis36),

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 004301.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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