DE1489118A1

DE1489118A1 - Bildverstaerker zur Sichtbarmachung einer unsichtbaren Einstrahlung

Info

Publication number: DE1489118A1
Application number: DE19641489118
Authority: DE
Inventors: Tadao Kohashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1963-08-02
Filing date: 1964-08-03
Publication date: 1969-05-14
Also published as: GB1080641A; NL6408728A; US3388256A; DE1489118B2

Description

Bildverstärker zur Sichtbarmachung einer unsichtbaren

Einstrahlung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildverstärker zur Sichtbarmachung einer unsichtbaren Einstrahlung von hoher Durchdringungsfähigkeit, mit - zwischen zwei strahlungsdurchlässigen flächigen Elektroden angeordnet - einer auf die einfallende Strahlung ansprechenden Fluoreszenzschicht, einem in durchgehenden Vertiefungen in der Fluoreszenzschicht angeordneten photoleitenden Körper, der auf die Fluoreszenz-Ausgangsstrahlung der Fluoreszenzschicht anspricht, und mit einer elektrolumineszierenden Schicht, die in -Reihenschaltung mit dem photoleitenden Körper im Stromweg zwischen den Elektroden liegt.

Es sind Bildverstärker oder Bildschirme bekannt (USA-Patentschrift 2 975 294), deren photoleitender Körper direkt

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....... o,· 1 s-'z 3 cl^A-.

iuierlagen (Art.- * 1 ■ - ...... 1 s·. ζ j a.-

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ss. V. 4.9.J9671,

auf die sichtbar zu machende Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, anspricht. Photoleitende Körper absorbieren jedoch im allgemeinen. Strahlungen von hoher Durchdringungsfähigkeit nur schlecht, so daß solche bekannten Bildschirme nur einen kleinen Teil der Einstrahlung ausnützen.

Es sind auch Bildverstärker bekannt (deutsche Patentschrift 1 033 812), bei denen diese Schwierigkeit dadurch umfangen ist, daß die Einstrahlung von einer Fluoreszenzschicht aufgefangen wird, die mit ihrer dabei entstehenden Ausgangsstrahlung die photoleitenden Körper erregt. Der Bildschirm dieses bekannten Bildverstärkers zur Sichtbarmachung von Röntgenstrahlen weist zwischen zwei strahlungsdurchlässigen Schichtelektroden strahlungseingangsseitig. die Fluoreszenzschicht und strahlungsausgangsseitig die elektrolumineszierende Schicht auf. Die Fluoreszenzschicht weist zahlreiche zylinderförmige Löcher auf. die sie ihrer ganzen Dicke nach durchsetzen und in denen sich der photoleitende Körper befindet, der somit die strahlungseingangsseitige Elektrode mit der elektrolumineszierenden Schicht verbindet. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß bei der Herstellung.auf überaus genaue Maßhaltigkeit des Schichtenschirms und ein-

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wandfreie Kontaktberührung der Elektrode mit jedem Element des photoleitenden Körpers geachtet werden muß, so daß die Herstellung des Bildschirms verhältnismäßig teuer ist.

Dieser lachteil wird bei einem Bildverstärker der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der photoleitende Körper als zusammenhängende Schicht die gesamte, der Einstrahlung zugewandte Oberfläche der Fluoreszenzschicht einschließlich der Vertiefungen überdeckt und die einstrahlungsseitige Elektrode als auf den die volle Dicke aufweisenden Teilen der Fluoreszenzschicht angeordnete Gitterelektrode ausgebildet und in die den photoleitenden Körper darstellende Schicht eingebettet ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ergibt sich ein einwandfreier Kontakt von selbst, da die photoleitende Schicht im Verlauf der Herstellung des Films erst nach der Anbringung der gitterartigen Elektrode aufgebracht wird und diese in sich einbettet. Das Aufbringen dieser Schicht erfordert -keine überdurchschnittliche Sorgfalt.

Darüber hinaus ergibt sich durch die Erfindung noch der Vorteil, daß die gitterartige Elektrode, die etwa bei nuten-

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förmigen Vertiefungen ein .reines Paralleldrahtgitter dar-• stellt, im Vergleich zu einer die gesamte Oberfläche abdeckenden Schichtelektrode eine erheblich verminderte Kapazität des Schirms zur Folge hat, was beim Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden von Vorteil ist.

* Die durch die Fluoreszenzschicht hindurchgehenden Vertiefungen, an deren Oberfläche der photoleitende Körper als Strompfad zwischen der strahlungseingangsseitigen Elektrode und der elektrolumineszierenden Schicht liegt, sind vorteilhaft als Nuten oder Poren ausgebildet; Vertiefungen dieser Form sind leicht in der nötigen Feinheit herzustellen, die zur Erzielung einer ausreichenden Feinkörnigkeit des Bilds notwendig ist.· Eine mechanische Bearbeitung des photoleitenden Körpers ist nicht erforderlich; hierdurch wird die wegen der Brüchigkeit der photoleitenden Materialien bestehende Gefahr von kleinen Schichtschäden vermieden.

Die photoleitende Schicht und die Fluoreszenzschicht bestehen aus verschiedenen Werkstoffen, wodurch der- Schirm mit einer hohen Dunkelimpedanz ausgebildet werden kann. Die photoleitende Schicht, die etwa zu QOft aus photoleitendem

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Pulver besteht, kann an sich nur mit einer verhältnismäßig hohen Dielektrizitätskonstante hergestellt werden, die im allgemeinen höher als 10 ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung trägt diese hohe Dielektrizitätskonstante jedoch kaum zu einer Erhöhung der Kapazität des Schirms bei, da die Kapazität im wesentlichen von den dielektrischen Eigenschaften der Fluoreszenzschicht bestimmt wird, deren Dielektrizitäts-

konstante durch entsprechende Bemessung des Volumenanteils an fluoreszierenden Partikeln kleingehalten werden kann. Eine niedrige Schirmkapazität führt zu einem niedrigen Leerlaufstrom "und trägt damit zu einer niedrigen Leuchtdichte der Ausgangsstrahlung an Stellen fehlender Eingangsstrahlung bei. Auch hinsichtlich des Ohm'sehen Widerstandes führt die erfindungsgemäße Ausbildung zu einem guten Schwarz-Weiß-Verhältnis, da die Fluoreszenzpartikel in der Fluoreszenzschicht 'J mit einem sehr hohen spazifischen Widerstand gewählt werden können, während die photoleitenden Materialien demgegenüber einen niedrigeren Dunkelwiderstand aufweisen.

Weitere Einzelheiten, Yorteile und Merkmale der Er- I findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der i

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Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Bildverstärker

gemäß der Erfindung, uijd

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, deren Innenaufbau teilweise freigelegt ist.

Ein Bildvers täi"ker gemäß Fig. 1 weist eine lichtdurchlässige Trägerplatte 1 auf, die z.B. aus bleihaltigem Glas, das die eingestrahlten Eöntgenstrahlen absorbiert, bestehen kann. Weiterhin umfaßt der Bildverstärker eine transparente Elektrode 2 aus einem Metalloxydfilm, z.B. Zinnoxyd, der auf die Trägerplatte 1 aufgesprüht ist, sowie eine elektrolumineszierende Schicht 3 aus beispielsweise ZnS:Cu, Al-Bilver, das mit einem Bindemittel, z.B. Epoxyharz, vermischt ist und eine Dicke von ungefähr 40 η aufweist; das ZnS;Cu,Al Iuminesziert als Reaktion auf die Änderung des elektrischen Feldes grün. An die Schicht 3 schließt sich eine isolierende oder halbleitende opake Schicht 41 aus schwarzer Farbe od. dgl. mit einer Stärke von ca. 5 bis 10 μ an, die dazu dient, die elektrolumineszierende Schicht 3 gegenüber einer photolei-

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tenden Schicht 7 optisch zu isolieren, wie nachstehend beschrieben ist. Auf der Schicht 41 liegt eine Schicht 42, die eine Stromdiffusionsschicht ist und dazu dient, die mechanische Bearbeitung von nutenförmigen Vertiefungen 52 einer im folgenden beschriebenen Fluoreszenzschicht 50 zu erleichtern und auch die Diffusion des Photostroms zwecks Vermeidung eines Streifigwerdens des Ausgangsbildes L zu bewirken. Diese Schicht 42 ist aus einem pulverförmigen nichtlinearen Widerstandsmaterial, wie z.B. CdssCl, gefertigt, das mit einem Bindemittel, wie z.B. Epoxyharz, vermischt ist und eine Stärke von rund 100 bis $00 μ aufweist.

Die Fluoreszenzschicht 50, die bei Strahlungserregung aufleuchtet, ist mit den Vertiefungen 52 in Form V-förmiger paralleler Nuten versehene an den Oberseiten der verbleibenden Stege sind durch Metallaufdampfung, Silberhaftfarbe od. dgl. Elektroden 6 angeordnet. Die photoleitende Schicht' 7 überdeckt die Fluoreszenzschicht 50 auf der Fläche 51 und steht gleichzeitig in elektrischem Kontakt mit den Elektroden 6.

In der dargestellten Ausführungsform kann die dünne, photoleitende Schicht 7 durch Vakuumaufdampfung oder durch

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Aufsprühen eines Gemisches aus einem photoleitenden Pulver .· und einem Bindemittel, wie Epoxyharz, hergestellt sein, das mit einem Lösungsmittel, wie Diacetonalkohol, verdünnt ist.

Es sei angenommen, daß die photoleitende Schicht 7 aus einem photoleitenden Material der durch Cu,Cl aktivierten *CdS-Serie besteht. Diese Materialien sind selbst für Röntgenstrahlen empfindlich und haben auch eine hohe lichtelektrische Empfindlichkeit gegenüber einer Erregung durch optische Strahlung, insbesondere eine Wellenlänge im Bereich von 500 bis 900 nyi. Die Fluoreszenzschicht 50 wandelt Röntgenstrahlen in optische Strahlen um und erregt die photoleitende Schicht 7, die dabei ihre Impedanz verändert. Folglich sollte die spektrale Verteilung der Ausgangsstrahlung der Fluoreszenzschicht 50 diejenige der Lichtempfindlichkeit der * photoleitenden Schicht 7 zumindest teilweise überlappen.

Liegt also die spektrale Lichtempfindlichkeitsverteilung im Bereich von 500 bis 900 mu, dann sollte die optische Strahlung der Schicht 50 zumindest teilweise im Spektralbereich von 500 bis 900 mu liegen. Im Idealfall liegen die Charakteristiken der Spektralenergieverteilung im Bereich derjenigen der Spektrallichtempfindlichkeitsverteilung, und

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der maximale Integralwert wird erzielt, wenn das Produkt des jeweiligen Empfindlichkeitswertes (verteilter Wert) für jede Wellenlänge über den Wellenlängen integriert worden ist.

Bei den photoleitenden Materialien der CdS-CuCl-Serie erfüllt ein röntgenstrahlenlumineszierender Phosphor (Cd, Zn)S (feste lösung aus CdS und ZnS), der mit Ag aktiviert ist, die vorstehende Bedingung. Wenn beispielsweise die Schicht 7 durch Aufsprühen einer Suspension von pulverförmigem CdS:CuCl, das hochempfindlich gegenüber Orangelicht ist, in einem Bindemittel, wie Epoxyharz usw., gebildet ist, dann kann die Schicht 50 aus einem Pulver des röntgenstrahlenlumineszierenden, orangefarben aufleuchtenden Phosphors (Cd, Zn)StAg, das mit einem Klebemittel, wie Epoxyharz, Polystyrolharz usw. vermischt ist, bestehen. Die Schicht 50 muß dick genug sein, um eine hohe -Impedanz im Vergleich zu derjenigen der Schicht 3 zu ergeben, so daß deren -Ausgangsstrahlung auf einen sehr niedrigen Wert absenkbar ist und sich ein günstiges Schwarz-Weiß-Verhältnis (Kontrastverhältnis) des Ausgangsbildes L einstellt.

So kann beispielsweise die Schicht 50 eine Stärke von rund JOO bis 400 jx aufweisen} auf ihre eine Seite wird ein

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leitendes Klebemittel in einer Stärke von rund 20 bis 40 ^i aufgebracht. Anschließend werden V-förmige Nuten unter einem Teilungsabstand von rund 600 u eingeschnitten, so daß Vertiefungen 52 entstehen. Bei einem derartigen Aufbau ist der Raumfaktor der Elektroden 6 niedriger als 1; die ''Schicht

50 hat aufgrund der Vertiefungen 52 eine hohe Impedanz. Mach einer solchen Fertigung der Fluoreszenzschicht 50 und der Elektroden 6 wird die photoleitende Schicht 7 aufgesprüht.

Die Elektroden 6 sind mit einem Leiter 8 parallelgeschaltet, während die transparente Elektrode 2 mit einem Leiter 10 verbunden ISt₁. Die Leiter 8 und 10 sind über eine Wechselstromquelle 9 verbunden.

Fällt ein Söntgenstrahlenbild X gemäß den dargestellten Pfeilen auf den Verstärker, dann nimmt der Widerstand der photoleitenden Schicht 7 durch die Eöntgenstrahlenerregung ab. Da die Röntgenstrahlen ein hohes Durchdringungsvermögen besitzen, dringen sie durch die Schicht 7 und durch die Seiten

51 und die Elektroden 6 hindurch und ..erregen die Schicht 50, _; die ihrerseits Orangelieht L„ ausstrahlt. Das Licht L₀ erregt die die Seiten 51 überdeckende photoleitende Schicht 7.

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Da die Schicht 7 eine niedrige Durchlässigkeit für Lieht besitzt und die Schicht 50 sich als eine Art Lichtintegrant verhält, werden die in der Schicht 50 erzeugten optischen ■Strahlen mit Ausnahme derjenigen in der Schicht 50 selbst absorbierten von der Schicht 7 völlig absorbiert. Der Strom fließt von den Elektroden 6 an den Seiten 51 entlang, diffundiert durch die Schicht 42 und bringt die Schicht 3 zum Aufleuchten. Das Röntgenstrahlenbild X ist auf diese Weise in ein sichtbares Bild L umgewandelt und verstärkt worden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 weisen die Vertiefungen 52 die Ausbildung von parallelen, unter dem gleichen Abstand angeordneten Nuten auf, können jedoch auch in einer anderen Form ausgebildet sein, wie z.B. als konzentrische Kreise oder Spiralen, und brauchen nicht unbedingt einen V-förmigen, sondern können ebensogut einen kreisrunden oder rechtwinkligen Querschnitt aufweisen.

Weiterhin liegt gemäß Fig. 1 die photoleitende Schicht 7 über den Seiten 51 und überdeckt diesen, . jedoch können Röntgenstrahlen, ~}f -Strahlen oder andere Strahlungen von hohem Durchdringungsvermögen die Schicht 7 auch dann durchsetzen, wenn sie recht stark ist; die Vertiefungen 52 können des-

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halb -auch vom photoleitenden Material ausgefüllt sein. Obgleich nach Fig. 1 die photoleitende Schicht 7 die Elektroden 6 überdeckt, ist dies nicht erforderlich} die einzige Vorbedingung ist, daß sie elektrisch mit den Elektroden 6 verbunden ist. Die Elektroden 6 können also über die Schicht 7 hinaus vorstehen.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, beider die Vertiefungen in Form von Poren ausgebildet sind. In dieser Figur sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Hierbei bestehen die Vertiefungen aus regelmäßig verteilten konischen Poren, deren Spitzen in die Stromdiffusionsschicht 42 reichen. · Die photoleitende Schicht 7 füllt die konischen Poren aus, überdeckt ihre Seiten 51 und überdenkt auch die GitteieLektrode 6.

Die Form der Poren braucht nicht konisch zu sein, sondern kann auch zylindrisch, prismatisch, halbkugelförmig od. dgl. ausgebildet sein.

In beiden Fällen erstrecken sich die nutenförmigen oder konischen Vertiefungen bis in die Stromdiffusionsschicht 42; dies ist für eine wirksame Ausnützung des Impedanzwechsels in

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der photoleitenden Schicht 7 wünschenswert und auch, um durch die Diffusion des Photostroms ein Streifig- oder Fleckigwerden des Ausgangsbildes zu verhindern. Die Vertiefungen können aber notfalls auch nur bis zu den mittleren Teilen der Fluoreszenzschicht 50 oder zu deren Berührungsebene mit der Schicht 42 reichen. Auch kann die Stromdiffusionsschicht 42 notfalls weggelassen werden.

Vorteilhaft sind die Elektroden 6 für die einfallende Strahlung durchlässig, jedoch ist die Erfindung auch mit undurchlässigen Elektroden ausführbar. In diesem Fall wird nur die durch die photoleitende Schicht 7 hindurchtretende Eingangsstrahlung ausgenützt.

Die photoleitende Schicht 7 kann eine gesinterte Schicht sein, wenn Emailglas oder ein anderes Klebemittel, das gegenüber hohen Temperaturen beständig ist, in der Fluoreszenzschicht verwendet ist. Auch die Fluoreszenzschicht kann durch Sintern hergestellt werden; Weiterhin kann, falls die z.B. aufgedampfte elektrolumineszierende Schicht durch Gleichstrom zum Leuchten gebracht wird, diese an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden.

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Claims

1483118 Patentansprüche :

1. Bildverstärker zur Sichtbarmachung einer unsichtbaren Einstrahlung von hoher Durchdringungsfähigkeit, mit - zwischen zwei strahlungsdurchlässigen flächigen Elektroden angeordnet - einer auf -die einfallende Strahlung ansprechenden Fluoreszenzschicht, einem in durchgehenden Vertiefungen in der Fluoreszenzschicht angeordneten photoleitenden Körper, der auf die Fluoreszenz-Ausgangsstrahlung der Fluoreszenzschicht anspricht, und mit einer elektrolumineszierenden Schicht, die in Reihenschaltung mit dem photoleitenden Körper im Stromweg zwischen den Elektroden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der photoleitende Körper als zusammenhängende Schicht (7) die gesamte, der Einstrahlung zugewandte Oberfläche der Fluoreszenzschicht (50) einschließlich der Vertiefungen überdeckt und die einstrahlungsseitige Elektrode (6) als auf den die volle Dicke aufweisenden Teilen der Fluoreszenzschicht (50) angeordnete Gitterelektrode ausgebildet und in die den photoleitenden Körper darstellende Schicht (7) eingebettet ist.

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(Art. / si -—·'- ■··■' ^3ri'^{z3 ü}- ••--.^'u 9O&82O/0475

2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

, zeichnet, daß die durchgehenden Vertiefungen in der Fluoreszenzschicht als Nuten ausgebildet sind.

3. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Vertiefungen in der Fluoreszenzschicht als Poren ausgebildet sind.

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