DE1489110C - Vorrichtung zum Umwandeln von Strahlung hoher Quantenenergie in sichtbares Licht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln von Strahlung hoher Quantenenergie in .sichtbares Licht mit einer plattenförmigen Elektrode, xiner bei Bestrahlung mit Strahlen hoher Quantenenergie elektrisch leitenden Schicht, einer lichtundurchlässigen Schicht, einer lichtreflektierenden Isolierstoffschicht, einer elektrolumineszierenden Schicht und einer lichtdurchlässigen Elektrode, die in dieser Reihenfolge aufeinandergestapelt angeordnet sind.

Es ist eine strahlenempfindliche Zelle zur Bestimmung der Intensität von Röntgen- und ähnlichen kurzwelligen Strahlen, also Strahlen hoher Quantenenergie bekannt (deutsche Patentschrift 142 871), bei der die Zelle aus einem Material wie Selen od. dgl. besteht, dem lumineszierende Substanzen beigemengt werden können. Treffen die kurzwelligen Strahlen auf feste Körper, wie beispielsweise die Zelle selbst auf, so wird dadurch eine Ultraviolettstrahlung hervorgerufen, die die lumineszierenden Substanzen zur Lumineszenz anregt. Diese wird von der Selenzelle zusätzlich registriert, die dadurch eine besonders hohe Empfindlichkeit bei der Bestimmung der Intensität von Strahlen hoher Quantenenergie hat.

Bekannt ist auch eine lichtverstärkende Zelle, die eine Schicht aus photoleitfähigem Material und eine Schicht lumineszierenden Materials aufeinandergestapelt aufweist. Dabei kann statt der Verwendung zweier getrennter Schichten verschiedenen Materials auch eine einzige Schicht aus einer Mischung lumineszierenden und photoleitfähigen Materials verwendet werden.

Diese Schicht ist dann die lichtemittierende Ausgangsschicht der Zelle. . ■ '¥. ; \ >

Auch Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt (französisches Zusatzpatent 70 038 zur französischen Patentschrift 1138 324, französisches Zusatzpatent 73 219 zur französischen Patentschrift 1107 561). Diese bekannten: Festkörperbildwandler weisen zwei getrennte Schichten auf, von denen die

; eine aus photoleitfähigem und die andere aus lumineszierendem Material besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten bekannten Bauart so zu gestalten, daß die in sie eintretenden oder in ihr erzeugten Strahlungen möglichst gut genutzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bei Bestrahlung mit Strahlen hoher Quantenenergie elektrisch leitende Schicht eine Mischung von Teilchen aus tumineszierenden und photoleitfähigen Materialien ist, daß die plattenförmige Elektrode

ao sichtbares Licht reflektiert, für Strahlung hoher Quantenenergie jedoch durchlässig ist, und daß zusätzlich eine weitere lichtreflektierende Schicht vorgesehen ist, die aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante besteht und zwischen der Mischungsschicht und der lichtundurchlässigen Schicht angeordnet ist.

Da die der Bestrahlung mit Strahlen hoher Quantenenergie ausgesetzte elektrisch leitende Schicht als Mischung von Teilchen aus lumineszierenden und photoleitfähigen Materialien ausgebildet ist, wird hierbei eine besonders einfache Steuerung der durch diese Schicht punktweise gebildeten Impedanz durch die Strahlen hoher Quantenenergie ermöglicht. Die lumineszierenden Teilchen der Mischung sprechen nämlich mit hoher Empfindlichkeit auf die Strahlen hoher Quantenenergie an und werden durch diese zur Lumineszenz erregt. Diese Lumineszenz hat nun wieder eine Rückwirkung auf die benachbarten photoleitfähigen Teilchen, deren elektrischer Widerstand durch die Belichtung abnimmt. Dadurch nimmt aber an der jeweiligen, von Strahlen hoher Quantenenergie getroffenen Stelle der elektrisch leitenden Schicht auch die Impedanz in Richtung der Schichtdicke ab, was dazu führt, daß an die elektrolumineszierende Schicht über die plattenförmige und die lichtdurchlässige Elektrode eine ausreichende Spannung zur Erregung der Lumineszenz der elektrolumineszierenden Schicht angelegt wird. Man erhält also eine Vorrichtung, die auch durch Strahlen hoher Quantenenergie wirkungsvoll gesteuert werden kann und ein entsprechendes Intensitätsmuster optisch sichtbar macht. Die Wirkung könnte aber verfälscht werden, wenn die Teilchen aus photoleitfähigem Material in der elektrisch leitenden Schicht auch von Licht getroffen werden könnten, das durch die plattenförmige Elektrode in die elektrisch leitende

55"Schicht der Mischung von Teilchen aus lümineszieren- ■ den und photoleitfähigen Materialien eindringt. Durch Verwendung einer sichtbares Licht reflektierenden plattenförmigen Elektrode, die also sichtbares Licht nicht durchläßt, wohl aber für Strahlung hoher Quantenenergie durchlässig ist, wird erreicht, daß ausschließlich die Strahlung hoher Quantenenergie und nicht zufällig vorhandenes Umgebungslicht das Bildmuster der elektrolumineszierenden Schicht bzw. die dieses steuernde Impedanzveränderung der elektrisch leitenden Schicht hervorruft. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung könnte noch ungünstig durch Oberflächenerscheinungen beeinflußt werden, da die von den Strahlen hoher Quantenenergie in der elektrisch leiten-

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den Schicht hervorgerufene Lumineszenz der Teilchen schicht 100 geformt. Die Teilchen Ium ineszierenden aus'lumineszierendem Material, anstatt die Teilchen Materials -bestehen beispielsweise aus mit Silber aktiphotoleitfähigen Materials zu treffen und deren Wider- vierten CdS-ZnS-Festpartikeln, die bei Röntgenbestrahstand zu vermindern, aus der elektrisch leitenden lung im Wege der Lumineszenz sichtbares Licht abSchicht austreten könnte. Es wird deshalb auch zwi- 5 geben. Die photoleitfähigen Teilchen bestehen aus mit sehender Mischungsschicht und der lichtundurchlässi- Kupfer oder Chlor aktiviertem CdS, das gut auf die gen Schicht, die die Zufuhr von Strahlungsenergie aus von den Röntgenstrahlen hervorgerufene Abstrahlung dem sichtbaren Spektrum von der elektrisch leitenden der lumineszierenden Teilchen im sichtbaren Spek-Schicht zur elektrolumineszierenden Schicht und um- trum anspricht. Zweckmäßig werden Materialien ausgekehrt verhindert, eine weitere lichtreflektierende i₀ gewählt, bei denen die spektroskopische Verteilung Schicht vorgesehen, wodurch die Oberflächenverluste der von den Röntgenstrahlen hervorgerufenen Lumivermieden und die Empfindlichkeit weiter erhöht ist. neszenz der lumineszierenden Teilchen in der Mi-Damit durch diese Schicht hindurch eine Spannung an schungsschicht 100 möglichst weitgehend mit der spekdie elektrolumineszierende Schicht gelegt werden troskopischen Verteilung der Ansprechempfindlichkeit kann,, wird für die lichtreflektierende Schicht ein ₁₅ der Teilchen photoleitfähigen Materials in der Mi-Material hoher Dielektrizitätskonstante verwendet. schungsschicht 100 zusammenfällt. Als Bindemittel Man erhält so eine Vorrichtung, die Strahlung hoher wird gegebenenfalls ein Epoxyharz verwendet, das Quantenenergie mit hoher Empfindlichkeit in ein sieht- einen genügend hohen spezifischen Widerstand und bares Bildmuster umsetzen kann. Die Vorrichtung ist eine große Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen und dabei einfach aufgebaut und zu handhaben. Sie ist für ₂₀ Strahlen sichtbaren Lichtes hat. Die Teilchengröße in Umgebungslicht relativ unempfindlich. der Mischungsschicht 100 kann etwa 20 Mikron be-Die Mischungsschicht erhält zweckmäßig eine Dicke tragen. Zur Gewährleistung eines ausreichenden gevon 200 bis 300 Mikron, die zusätzliche lichtrcflektie- genseitigen Kontaktes der photoleitfähigen Teilchen rende Schicht eine Dicke von 10 bis 20 Mikron, die untereinander soll der Bindemittelanteil in der Milichtundurchlässige Schicht eine Dicke von 5 bis 10Mi- ₂₅ schungsschicht 100 auf 20% gehalten werden, wähkron, die lichtreflektierende Isolierstoffschicht eine rend die restlichen 80% Völumensanteü von den Dicke von 10 bis 20 Mikron und die elektrolumines- Teilchen lumineszierenden und photoleitfähigen Matezierende Schicht eine Dicke von 30 bis 40 Mikron.' rials eingenommen werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise Die auffallenden Strahlen 23 hoher Quantenenergie veranschaulicht, und zwar zeigt die einzige Figur einen ₃₀ erregen die Teilchen aus lumineszierendem Material in Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung. der Mischungsschicht 100 zur Lumineszenz. Die Lumi-Strahlen23 hoher Quantenenergie, wie Röntgen- neszenz setzt wieder den Widerstand der benachbarten strahlen oder Gammastrahlen, sollen zum Zwecke der photoleitfähigen Materialien herab, so daß der Spaneinfachen Beobachtung in Strahlen 24 sichtbaren Lieh- ' nungsabfall an der Mischungsschicht 100 vermindert, tes umgesetzt werden. Dabei soll die flächenmäßige 35 an dieser Stelle die elektrolumineszierende Schicht 111 Intensitätsverteilung der Strahlen hoher Quantenener- zur Lumineszenz erregt und entsprechend Strahlen 24 gie ein Bildmuster entsprechender Intensität an der sichtbaren Lichtes durch die lichtdurchlässige Elek-Vorrichtung ergeben. ■■ , trode 45 und den beispielsweise aus Glas bestehenden Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, bei der Träger 110 der gesamten Vorrichtung beobachtet werzwischen eine plattenförmige Elektrode 44 und eine 40 den können. Die lichtdurchlässige Elektrode 45 besteht lichtdurchlässige Elektrode 45, die über Verbindungs- aus transparentem Metalloxid, wie Zinnoxid, das auf »leiter65 bzw. 66 mit einer Stromquelle74 verbunden den Träger 110 aus durchsichtigem Glas aufgebracht sind, eine elektrolumineszierende. Schicht 111. und ist. Die plattenförmige Elektrode 44 auf der anderen mehrere andere Schichten, von denen eine eine Iiripe- Seite der Vorrichtung besteht aus einem auf die danzschicht ist, aufeinandergestapelt angeordnet sind. 45 Mischungsschicht 100 aufgedampften Aluminiumfilm, Zwischen den einzelnen, einander gegenüberliegenden der für Strahlen hoher Quantenenergie gut durchlässig Elektrodenpunkten liegt also jeweils eine Reihen- ist, für sichtbares Licht aber ein hohes Reflexionsschaltung der Impedanzschicht mit der elektrolumines- vermögen hat. .Dadurch wird erreicht, daß an der zierenden Schicht. Sinkt beim Ayftreffen von Strahlen Oberfläche der .Mischungsschicht 100. durch, Strahlen der Widerstandswert der Impedanzschicht stellenweise 50 23 hoher Quantenenergie angeregte Teilchen juminizieab, so vermindert sich dadurch der Spannungsabfall renden Materials nicht zil· einem Empfindlichkeitsveran der Impedanzschicht, und es liegt eine entsprechend lust führen, da die von ihnen abgestrahlte Lichthöhere Spannung an, der elektrolumineszierenden energie an der Elektrode 44 reflektiert und wieder in _ Schicht 111. Diese wird damit zur Elektrolumineszenz . die Mischungsschicht 100 zurückgeführt wird. Der erregt, und zwar gerade an den Stellen, die denjenigen 55 Wirkungsgrad und die Empfindlichkeit der..Vorrichentsprechen, an denen die Impedanzschicht von Strah- tung wird dadurch angehoben. Außerdem kann auch len getroffen wurde. ' . von außen auf die Elektrode .44 fallendes sichtbares Um eine auch bei Strahlen hoher Quantenenergie Licht; das seinen Ursprung nicht in den Strahlen 23 für diese Funktion ausreichende Widerstandsänderung ,- hoher .Quantenenergie hat, nicht zu einen Verfälschung der Impedanzschicht zu erzielen, wird diese als 60 der Impedanzininderung in der Mischungsschicht Mischungsschicht 100 ausgebildet, die eine Mischung führen. Die Verbindungsleitcr 65 und 66 verbinden die von Teilchen aus lumineszierenden und photoleitfähi- Elektroden 44 bzw. . 45 mit einer . Wechsclstrbingen Materialien ist. Es werden dabei pulverförmige quelle.74. . ^r ■ ^: ·■ :'. . Teilchen eines bei Röntgenbestrahlung lumineszieren- Die sich an die plattenförmige Elektrode 44 aiiden Materials und eines unter Einwirkung der von den 65 schließende Mischungsschicht 100 weist eine Dicke Röntgenstrahlen erzeugten Lumineszehzstrahlung von 200 bis 300 Mikron auf: An ihrer der plattenphotoleitfähigen Materials gemischt und gegebenen- förmigen Elektrode 44 gegenüberliegenden Seilt; falls mit Hilfe eines Bindemittels zur Mischlings- schließt sich an die Mischungsschicht 100 eine licht-

reflektierende Schicht 83 an, die hinsichtlich ihrer lichtreflektierenden Wirkung der oben erläuterten Wirkung der plattenförmigen Elektrode 44 entspricht: Oberflächen Verluste an durch Röntgenbestrahlung hervorgerufener Lumineszenzenergie werden vermieden und die -Empfindlichkeit der Vorrichtung erhöht. Die lichlrcflektierende Schicht 83 besteht aus einem pulverförmigen Material hoher Dielektrizitätskonstante, wie TiO₂ oder BaTiO.,, das mit einem Bindemittel, wie Epoxyharz, zu einer lichtreflcktierehden Schicht weißer Farbe verbunden wird. Auf Grund der hohen Dielektrizitätskonstante erlaubt die lichtreflektierende Schicht 83 das Anlegen der von der Stromquelle 74 gelieferten Spannung an die elektroluminesziercnde Schicht 111. Die Stärke der liehlrefiektierenden Schicht 83 beträgt 10 bis 20 Mikron.

An die lichtrerlektierende Schicht 83 schließt sich auf ihrer der Mischungsschicht 100 gegenüberliegenden Seite eine liclilundurchlässige Schicht 113 einer Stärke von 5 bis 10 Mikron an, die aus schwarzer Farbe od. dgl. besteht und eine Rückkopplung des von der elcktrolumineszicrcnden Schicht 111 erzeugten Lichtes auf die Mischlingsschicht 100 verhindert.

An-die lichtundurchlässige Schicht 113 schließt sich eine weitere lichtreflektierende isolierstofTschicht 112 an, die weitgehend der lichtrcflektierenden Schicht 83 entspricht und die Ausbeute an Strahlen 24 sichtbaren Lichtes, die sich an der elektrolumineszicrenden Schicht 111 ergibt, erhöht. Die lichtreflektierende Isolierstoffschicht 112 kann eine Dicke von 10 bis 20 Mikron aufweisen. .,.■■·.<:■. ■

Die sich anschließende elektrolumineszierende Schicht 111 besteht aus einem elektrolumineszierenden Pulver wie ZnS:Cu> Al und einem Bindemittel wie Epoxyharz. Sie hat eine Dicke von 30 bis 40 Mikron. Die Lumineszenz der elektrolumineszierenden Schicht 111, die mit den oben beschriebenen Schichten in Reihe zwischen den Elektroden 44 und 45 liegt, wird in Abhängigkeit von der jeweils an der elektrolumineszierenden Schicht 111 liegenden Spannung auf die oben beschriebene Weise gesteuert. Die Auslegung kann so getroffen werden, daß dann, wenn auf die Mischungsschicht 100 keine Strahlen 23 hoher Quantenenergie auffallen, auch keine oder nur eine sehr geringe Lumineszenz der elektrolumineszierenden Schicht 111 auftritt. Sobald jedoch durch das Auffallen von Strahlen 23 hoher Quantenenergie auf die Mischlingsschicht 100 deren elektrische Leitfähigkeit erhöht und damit der Spannungsabfall vermindert wird, kommt es in der elektrolumineszierenden Schicht 111 zum Erzeugen von Strahlen 24 sichtbaren

ίο Lichtes, die durch den durchsichtigen Träger 110 und die lichtdurchlässige Elektrode 45 hindurch leicht beobachtet werden können^ Die Strahlen sichtbaren Lichtes 24 können gegenüber dem auffallenden Muster aus Strahlen 23 hoher Quantenenergie erheblich, und zwar je nach gewählten Materialien und Anordnung 10- bis 40 OOOfach vergrößert .werden. Gleichzeitig ist auch eine Kontrastverstärkung des sichtbaren Bildmusters gegenüber dem Röntgenstrahlmuster erzielbar. Selbstverständlich muß darauf geachtet. werden, daß die Sirahlen hoher Quantenenergic auf die in der Figur angedeuteten Weise senkrecht zur Quererstrekkung der Vorrichtung auf diese auffallen, damit nicht durch einen schrägen Verlauf der Strahlen durch die Mischungsschicht 100 hindurch eine Verfälschung des optisch sichtbaren Bildes eintritt.

Zwischen die Mischungsschicht 100 und die lichlrcfiektierende Schicht 83 kann gegebenenfalls noch eine zusätzliche Kunststoffschicht eingebracht werden, die für die von den Teilchen aus lumineszierendem Material erzeugte Lichtenergie durchlässig ist. Bindemittel sind in den verschiedenen Schichten dann nicht erforderlich, wenn die Teilchen auch ohne ein Bindemittel miteinander verbunden werden können. Das ist dann der Fall, wenn sie schon an sich ein Bindevermögen aufweisen. Auch kann die Mischungsschicht 100 beispielsweise als Sinterschicht ausgebildet werden. Die Mischungsschicht 100 kann auch durch gleichzeitiges Aufdampfen der Teilchen lumineszierenden und photoleitfähigen Materials erhalten werden.

Schließlich ist es möglich, diese Teilchen und/oder das Bindemittel auch in gasförmigem oder flüssigem Zustand zu verwenden. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Umwandeln von Strahlung hoher Quantenenergie in sichtbares Licht mit einer plattenförmigen Elektrode, einer bei Bestrahlung mit Strahlen hoher Quantenenergie elektrisch leitenden Schicht, einer lichtundurchlässigen Schicht, .einer lichtreflektierenden Isolierstoffschicht, einer elektrolumineszierenden Schicht und einer lichtdurchlässigen Elektrode, die in dieser Reihenfolge aufeinaridergestapelt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Bestrahlung mit Strahlen hoher Quantenenergie elektrisch leitende Schicht (100) eine Mischung von Teilchen aus lumineszierenden und fotoleitfähigen Materialien ist, daß die plattenförmige Elektrode (44) sichtbares Licht reflektiert, für Strahlung hoher Quantenenergie jedoch durchlässig ist, und daß zusätzlich eine weitere lichtreflektierende Schicht (83) vorgesehen ist, die aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante besteht und zwischen der Mischungsschicht (100) mit der lichtundurchlässigen Schicht (113) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungsschicht (100) eine Dicke von 200 bis 300 Mikron, die zusätzliche lichtreflektierende Schicht (83) eine Dicke von 10 bis 20 Mikron, die lichtundurchlässige Schicht (113) eine Dicke von 5 bis 10 Mikron, die lichtreflektierende Isolierstoffschicht (112) eine Dicke von 10 bis 20 Mikron und die elektrolumineszierende Schicht (111) eine Dicke von 30 bis 40 Mikron aufweist.