DE1170087B - Sichtbares Licht emittierender Strahlungs-verstaerker in Form eines von einem elektrischen Gleichfeld beaufschlagten Leuchtschirmes - Google Patents

Sichtbares Licht emittierender Strahlungs-verstaerker in Form eines von einem elektrischen Gleichfeld beaufschlagten Leuchtschirmes

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Publication number
DE1170087B
DE1170087B DEG23150A DEG0023150A DE1170087B DE 1170087 B DE1170087 B DE 1170087B DE G23150 A DEG23150 A DE G23150A DE G0023150 A DEG0023150 A DE G0023150A DE 1170087 B DE1170087 B DE 1170087B
Authority
DE
Germany
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layer
radiation
halogen
phosphor
radiation amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEG23150A
Other languages
English (en)
Inventor
Dominic Anthony Cusano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE1170087B publication Critical patent/DE1170087B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K4/00Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H05B33/145Arrangements of the electroluminescent material

Description

  • Sichtbares Licht emittierender Strahlungsverstärker in Form eines'von einem elektrischen Gleichfeld beaufschlagten Leuchtschinnes Zusatz zum Patent: 1 J6 429 Die Erfindung bezieht sich auf einen durch einfallende unsichtbare oder sichtbare Strahlungsenergie anregbaren, sichtbares Licht emittierenden Strah-Jungsverstärker in Form eines Leuchtschirmes, auf dessen eine Breitseite die zu verstärkende Strahlung gerichtet ist, dem ferner eine elektrisches Gleichfeld aufgeprägt ist, das von der genannten Breitseite aus in das Schichtinnere hinein gerichtet ist, und dessen Leuchtschicht aus einem zusammenhängenden, homogenen, kornfreien Leuchtstoff besteht, nach dem Hauptpatent 1136 429.
  • Dieser im Hauptpatent vorgeschlagene Strahlungsverstärker wird dadurch verbessert, daß die Leuchtschicht gemäß der Erfindung kristallin ist.
  • Die aus Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Zinkselenid oder Cadmiumselenid bestehende oder diese Stoffe enthaltende Leuchtschicht kann gemäß der Erfindung mit einem Halogen und Mangan, Arsen oder Phosphor aktiviert sein. Vorzugsweise können die Aktivatoren gemäß der Erfindung in folgenden Mengen enthalten sein: 1. je 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Mangan und Halogen oder 2. je 0,01 bis 1 Gewichtsprozent Arsen und Halogen oder 3. je 0,01 bis 1 Gewichtsprozent Phosphor und Halogen.
  • Zur Verstärkung von Röntgenstrahlen kann die Dicke der Leuchtschicht gemäß der Erfindung 25 bis 100 #t und zur Verstärkung von ultravioletten und sichtbaren Strahlen 1 bis 25 li betragen.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung seien die Figuren näher erläutert.
  • F i g. 1 zeigt schematisch einen angestrahlten Leuchtschirm; F i g. 2 ist eine Auftragung der Helligkeit des erregten Leuchtschirms in Abhängigkeit von der Feldstärke des anliegenden Gleichfeldes (Abszisse in V/cm; Ordinate in Fuß Lambert); F i g. 3 ist ein Querschnitt durch deia Leuchtschirin während des Betriebes.
  • Die in den F i g. 1 und 3 dargestellte Anordnung enthält wie im Hauptpatent eine durchsichtige Grundplatte 3, die z. B. aus Glas, Glimmer, Quarz oder einem anderen durchsichtigen Material bestehen kann und als Träger dient. Auf dieser Grundplatte befindet sich eine durchsichtige leitende Schicht 4, dann eine Leuchtstoffschicht 5 und schließlich eine dünne, metallisch leitende Schicht 6. An der Leuchtstoffschicht 5 liegt ein elektrisches Gleichfeld, das durch die Batterie 7 erzeugt wird.
  • Die leitende Schicht 4 kann z. B. aus Zinnoxyd bestehen, vorzugsweise wird jedoch eine dünne Schicht Titandioxyd verwendet. Die Schicht 4 kann eine Dicke von etwa 0,1 bis 1 #t haben, jedoch ist die Dicke nicht sehr kritisch. Sie soll so dünn sein, wie dies mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit vereinbar ist, und höchstens so dick sein, daß die Durchsichtigkeit noch ausreicht. Eine Titandioxydschicht, die an sich nicht sehr stark leitet, kann durch Niederschlag einer fotoelektrischen Leuchtstoffschicht leitend gemacht werden, oder sie kann auch durch ein Verfahren leitend gemacht werden, das in der USA.-Patentschrift 2 717 844 beschrieben ist.
  • Die Leuchtstoffschicht 5 kann aus einem Leuchtstoff bestehen, der die Erscheinung der Elektrofotolumineszenz zeigt. Diese Erscheinung ist z. B. in dem Aufsatz »Unique Phosphors that amplify Light« von D. A. Cusano und F. E. Williams in der Zeitschrift »General Electric Review« vom September 1956, S. 20, beschrieben.
  • Die Erscheinung der Elektrofotolumineszenz wird z. B. bei einer zusammenhängenden homogenen, kristallinen und kornfreien Leuchtstoffschicht aus einem ZinkeadmiumsulfoselenkUeuchtstoff beobachtet, der mit einem Aktivator aktiviert ist. So kann z. B. die Leuchtstoffschicht 5 ein Sulfid oder ein Selenid von Zink, Cadmium oder eine Mischung von Zink und Cadmium sein, die mit etwa 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Mangan und einem Halogen, vorzugsweise Chlor, aktiviert ist; der Leuchstoff kann auch 0,01. bis 1 Gewichtsprozent Phosphor und ein Halogen, vorzugsweise Chlor, oder Arseri und ein Halogen, vorzugsweise Chlor, enthalten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Schicht 5 aus einem zusammenhängenden kristallinen, homogenen, durchsichtigen, komfreien Leuchtstoff aus Zinksulfid, das entweder mit 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Mangan und Chlor, mit 0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent Phosphor und Chlor oder nüt 0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent Arsen und Chlor aktiviert ist.
  • Die Schicht 5 kann durch die chemische Reaktion von Dämpfen der Leuchtstoffkationen und der Aktivatoren mit einem Gas, welches Leuchtstoffanionen enthält, hergestellt werden, wie es in der USA.-Patentschrift 2 685 530 beschrieben ist.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens wird die Grundplatte, 3 mit einer dünnen Schicht 4 aus Titandioxyd versehen und in einer Reaktionskammer aufgehängt. Sie wird in der evakuierten Kammer auf eine Temperatur zwischen 500 und 700' C, vorzugsweise auf etwa 620' C, erhitzt. Ein Material, das die Leuchtstoffkationen enthält, z. B. Zink, einer halogenhaltigen Zinkverbindung, z. B. Zinkchlorid, und ein Leuchtstoffaktivator, z. B. Manganchlorid, werden kontinuierlich in die Verdampfungskammer, in der sich der Schirm befindet, eingeführt, wobei diese Materialien in der Kammer verdampft werden. Die Dämpfe der Leuchtstoffkationen, des Halogens und des Leuchtstoffaktivators steigen auf und mischen sich mit Dämpfen eines Gases, welches die Leuchtstoffanionen enthält. Das Gas und die Dämpfe reagieren chemisch an der Oberfläche der erhitzten Grundplatte und schlagen sich in Form einer dünnen, durchsichtigen, zusammenhängenden, kristallinen, kornfreien 1-P-uchtstoffschicht nieder.
  • Der Vorgang des Abdampfens der Leuchtstoffschicht 5 wird mit vorgeschriebener Geschwindigkeit während einer bestimmten Zeit durchgeführt, so daß die, gewünschte Dicke der Schicht auf der Grundplatte 3 entsteht. Die Leuchtstoffschicht 3 kann eine Dicke von 1 bis 25 g haben, wobei für Bestrahlung mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht eine Dicke von 10 bis 15 #t wünschenswert ist, obwohl auch andere Schichtdicken verwendet werden können. Wenn die Strahlungsquelle 1 in F i g. 1 Röntgenstrahlen aussendet., kann die Dicke der Leuchtstoffschicht etwa 25 bis 100.ut betragen.
  • Bezüglich der Bedampfungszeiten und der Herstellung der leitenden Schicht 5 wird auf das Hauptpatent verwiesen.
  • Beim Betrieb der Vorrichtung wird eine Gleichspannungsquelle an die Klemmen 8 und 9 angeschlossen, die zu den Schichten 6 bzw. 4 führen. Beim Betrieb mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht und einer Schichtdicke des Leuchtstoffes von 10 u hat die Spannungsquelle 7 etwa 100 Volt. Beim Betrieb mit Röntgenstrahlen, bei dem die Schicht 5 eine Dicke von 100 ' tt. hat, kann die Spannungsquelle eine Spannung von etwa 1000 Volt liefern. Diese Spannungen liegen wesentlich niedriger als die bei der elektronischen Bildverstärkung.
  • Die elektrofotolumineszenten Leuchtstoffschichten gemäß der Erfindung unterscheiden sich von elektrolumineszenten Zellen, die gewöhnlich andere Aktivatoren benutzen und bei denen gewöhnlich ein Leuchtstoffpulver in einem Dielektrikum suspendiert ist. Die elektrofotolumineszente Schicht 5 zeigt nur ein schwaches Leuchten. wenn das elektrische Feld angelegt wird und keine Strahlung auf die Schicht auftrifft. Dies wurde bis zu Feldstärken von 10-5 Volt/cm festgestellt. Eine solche Leuchtstoffschicht wird durch auffallende Strahlung zum Leuchten gebracht. Das Leuchten ist stets schwächer als die Intensität der einfallenden Strahlung. Wenn jedoch ein elektrisches Gleichfeld der richtigen Polarität in der ober beschriebenen Weise an die elektrofotolumineszierende Schicht angelegt wird, dann nimmt das Leuchten wesentlich zu; es wurde festgestellt, daß es die Intensität derjenigen Leuchtwirkung um mehrere Größenordnungen übertrifft, die sich ohne elektrisches Feld ergeben würde. Wichtiger ist aber noch, daß die Intensität der Emission um eine Größenordnung größer als die Intensität der einfallenden Strahlung ist. Man erhält daher tatsächlich eine wirksame Verstärkung der Strahlungsenergie Das in F i g. 2 dargestellte Diagramm entspricht der F i g. 3 des Hauptpatentes. Die Verstärkungswirkung des Schirmes, die gemäß der Erfindung eintritt, kann aus einer Betrachtung der Kurven B und D in F i g. 3 abgeleitet werden. Die Kurve B stellt die Helligkeit des Schirmes 2 dar, wenn dieser bei 3650 A erregt wird. Wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, ergibt sich für den Helligkeitswert die gestrichelte Linie A. Die Kurve D zeigt den Wert für die voll wiedergewonnene einfallende Energie, wenn die betreffende Vorrichtung mit einer Wellenlänge von 3650A erregt wird. Die Tatsache, daß die Kurve A bei angelegten Feldstärken von mehr als etwa 3 - 101 Volt/cm diesen Betrag wesentlich übersteigt, zeigt graphisch, daß tasächlich eine Bildverstärkung eintritt.
  • Die Lichtverstärkungsschirme gemäß der Erfindung sind also keine einfachen elektrolumineszenten Zellen oder einfache fotolumineszente Schirme. sondern es handelt sich um Schirme, welche die in Strahlungsform aufgenommene Information verstärken, wenn sie gleichzeitig der Strahlung und einem elektrischen Gleichfeld ausgesetzt sind.
  • Dabei kommt es auf die Beschaffenheit der Schicht 5 an. Besonders günstige Eigenschaften ergeben sich, wenn die Schicht kristallinen Charakter hat. Da die Schicht vollständig aus dem Leuchtstoffniaterial besteht, kommt es zu einer innigen Berührung zwischen dem Leuchtstoff und den Elektroden 4 und 6, Es wird angenommen, daß die lichtverstärkenden Eigenschaften des Schirmes gemäß der Erfindung auf eine Photonenvervielfachung zurückzuführen sind. Man nimmt an, daß die einfallende Strahlung die bereits bestehende elektrische Feldstärke in der Nähe der Kathode erhöht, so daß eine große Zahl von freien Elektronen von der Kathode her injiziert werden, d. h. von der negativen Metalielektrode, die mit dem Leuchtstoff in Berührung steht. Diese Elektroden erregen unter der Einwirkung des starken elektrischen Feldes Aktivationszentren in dem Leuchtstoff, so daß eine weit größere Zahl von Photonen frei gemacht werden als auffallen. Eine solche Photonenvervielfachung kann mit den üblichen in einem Dielektikum suspendierten Leuchtstoffen nicht erzeugt werden, weil dort keine bomogene, kristalline Schicht mit gleichmäßigen elektrischen Eigenschaften vorhanden ist, und weil auch keine innize Berühruniz zwischen den Elektroden und den Leuchtstoffteilchen stattfindet. Die üblichen Leuchtstoffschichten, bei denen ein Pulver in einem Dielektrikum suspendiert ist, haben daher bisher nicht die lichtverstärkenden Eigenschaften des Schirmes der Erfindung gezeigt.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Durch einfallende unsichtbare oder sichtbare Strahlungsenergie anregbarer, sichtbares Licht emittierender Strahlungsverstärker in Form eines Leuchtschirmes, auf dessen eine Breitseite, die zu verstärkende Strahlung gerichtet ist, dem ein elektrisches Gleichfeld aufgeprägt ist, das von der genannten Breitseite aus in das Schichtinnere hinein gerichtet ist, und dessen Leuchtschicht aus einem zusammenhängenden, homogenen, komfreien Leuchtstoff besteht, nach dem Patent 1136 429, dadurch gekennzeichnet, daßdieLeuchtschicht kristallin ist.
  2. 2. Strahlungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Zinkselenid, Zinksulfid, Cadmiumselenid oder Cadmiumsulfid bestehende oder diese Stoffe enthaltende Leuchtschicht sowohl mit einem Halogen als auch mit Mangan, Arsen oder Phosphor aktiviert ist. 3. Strahlungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator in folgenden Mengen enthalten ist: 1 . je 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Mangan und Halogen oder 2. je 0,01 bis 1 Gewichtsprozent Arsen und Halogen oder 3. je 0,01 bis 1 Gewichtsprozent Phosphor und Halogen. 4. Strahlungsverstärker nach Ansprüchen 1 bis 3 zur Verstärkung von Röntgenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht etwa 25 bis 100 #t dick ist. 5. Strahlungsverstärker nach Ansprüchen 1 bis 3 zur Verstärkung von sichtbaren und ultravioletten Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht etwa 1 bis 25 li dick ist.
DEG23150A 1956-10-17 1957-10-16 Sichtbares Licht emittierender Strahlungs-verstaerker in Form eines von einem elektrischen Gleichfeld beaufschlagten Leuchtschirmes Pending DE1170087B (de)

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