DE1564331C3

DE1564331C3 - Festkörperbildwandler

Info

Publication number: DE1564331C3
Application number: DE19661564331
Authority: DE
Inventors: Tadao Yokohama; Tanaka Kazunobu Kawasaki; Kohashi (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1965-06-04
Filing date: 1966-06-03
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperbildwandler, bestehend aus einem Schichtkörper mit einer hintereinanderliegenden Anordnung einer ersten Elektrode, einer Schicht, die aus einem elektrolumineszierenden Material besteht, das mit Widerstandsmaterial vermischt und in einem Bindemittel fein verteilt ist, einer auf Strahlung ansprechenden Schicht aus photoleitendem Material und einer zweiten Elektrode, bei dem in den Schichtkörper ein unlineares Widerstandsmaterial eingelagert ist und eine Gleichspannungsqueile und eine Wechselspannungsquelle an die erste und die zweite Elektrode angelegt sind.

Es ist bekannt (DT-AS 10 45 569), an den Schichtkörper des Bildwandlers überlagert eine Gleichspannung und eine Wechselspannung anzulegen und in den Schichtkörper eine Schicht aus einem unlinearen Widerstand einzubauen, deren Arbeitspunkt durch den von der photoleitenden Schicht bestimmten Gleichstrom festgelegt wird und den Wechselstromfluß bestimmt,. wodurch die an der Schicht aus dem elektrolumineszierenden Material anliegende Wechselspannung gesteuert wird. Diese Steuerung erweist sich als günstiger, als eine Steuerung des Wechselstroms allein durch die Änderungen des Ohmschen

ίο Widerstands in der photoleitenden Schicht, da diese Änderungen nur einen begrenzten Widerstandsbereich durchlaufen und die photoleitende Schicht ohnehin weitgehend kapazitiv überbrückt ist. Jedoch ergibt sich auch ein gewisser kapazitiver Uberbrükkungseffekt an der unlinearen Widerstandsschicht, so daß diese Steuerung auch bei hoher Überlinearität noch nicht optimal ist. Außerdem bereitet der Aufbau des bekannten Schichtkörpers konstruktive Schwierigkeiten, da er aus zahlreichen Schichten zu-

ao sammengesetzt ist und in der elektrolumineszierenden Schicht noch einen Ableitwiderstand für den fließenden Gleichstrom aufweisen muß.

Es sind auch elektrolumineszierende Zellen bekannt (GB-PS 8 11 087), in deren elektrolumineszierender Schicht das lumineszierende Material mit feinverteiltem Metallpulver oder einem Halbleitermaterial gemischt ist, um es elektrolumineszierend zu machen. Für elektrolumineszierende Zenen unu tSilciwandler ist auch ein als »WGE-Material« bezeichnetes elektrolumineszierendes Material bekannt (DT-AS 10 87 698), dessen Lumineszenz durch die anliegende Wechselspannung erregt und durch die gleichzeitig anliegende Gleichspannung gesteuert wird. Eine hierfür verwendete WGE-Schicht enthält elektrolumineszierendes Material, dem etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent eines lichtdurchlässigen isolierenden Materials mit angemessener Dielektrizitätskonstante beigemischt sind. Die Ausnützung des »WGE-Effekts« eröffnet zwar viele Möglichkeiten für günstige Kennlinien des Bildwandlers, sie läßt jedoch insbesondere noch die unter Umständen erwünschte sehr steile Abhängigkeit der Ausgangsstrahlung von der Eingangsstrahlung offen. Schließlich ist es auch bekannt (NL-OS 2 72 880), den Schichtkörper eines Bildverstärkers, der drei Elektroden aufweist, mit zwei hinsichtlich Spannung und Phase unabhängig voneinander veränderlichen Wechselspannungen zu speisen. Während einer der auftretenden Wechselströme deutlich vom Widerstand der photoleitenden Schicht beeinflußt wird, ist der andere der auftretenden Wechselströme im wesentlichen konstant. Die Wechselströme überlagern sich an der elektrolumineszierenden Schicht, die aus einem elektrolumineszierenden Material in einem dielektrischen Bindemittel besteht, und der resultierende Wechselstrom kann durch Änderung der Phasen und Spannungen beeinflußt werden. Der bekannte Bildverstärker kann auch so beschrieben werden, daß die photoleitende Schicht wie ein Abschirmgitter wirkt, das einen der beiden Wechselströme ganz oder teilweise vor dem Erreichen der elektrolumineszierenden Schicht ableitet. Hierbei erweist sich jedoch als nachteilig, daß der kapazitive Scheinleitwert der photoleitenden Schicht die Beeinflussung des Wechselstroms durch den parallelliegenden Ohmschen Widerstand der photoleitenden Schicht vermindert. Die resultierende Veränderung der Wechselstromimpedanz ist also nicht mehr sehr hoch.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die lieh nimmt der Widerstand gegenüber dem elek-

Empfindlichkeit des Bildwandlers der eingangs ge- trischen Gleichfeld nichtlinear ab.

nannten Art zu erhöhen. Der Wert m soll möglichst groß sein, daher wird

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch vorzugsweise CdS : Cl verwendet. Die Volumprogelöst, daß das aus einer Verbindung der Gruppe 5 zente des Bindemittels 33 und des pulverförmigen II-VI oder einem Metalloxid, wie z. B. SnO₂, be- elektrolumineszierenden Materials 31 zum Unterstehende unlineare Widerstandsmaterial mit dem mischen mit dem Widerstandsmaterial 32 sind derart elektrolumineszierenden Material und dem Binde- gewählt, daß sie kleiner sind als das Volumen des mittel in einer gemeinsamen Schicht gemischt ist. pulverförmigen nichtlinearen Widerstandsmaterials 32.

Hierdurch wird erreicht, daß der unlineare Wider- io Die Dicke der Schicht 30 soll derart sein, daß

stand dem elektrolumineszierenden Material parallel sowohl der Gleichstrom-Widerstand als auch die

geschaltet ist, so daß nicht nur der resultierende Wechselstromimpedanz einen guten Kontrast des

Wechselstrom Einfluß auf die Lichtstärkeänderung Ausgangslichtbilds L₂ bewirken, z.B. 50 bis 200 μπι

nimmt, sondern auch der Gleichstrom. Die angegebe- auf der Basis des nachstehend beschriebenen Ver-

nen Materialien haben eine hohe Unlinearität. Ins- 15 hältnisses zu der photoleitenden Schicht 40.

besonders sind CdS-Verbindungen der Gruppe II-VI, Diese photoleitende Schicht 40 ist eine gesinterte

die Verunreinigungen enthalten, günstig. Darüber Schicht aus CdS, CdSSe oder CdSe, die mit Cu, Cl

hinaus ergibt sich, daß im Vergleich zum Stand der aktiviert wurde, oder sie besteht aus einer pulver-

Technik eine Schicht eingespart wird, was sowohl förmigen photoleitenden Masse, die mit einem Binde-

hinsichtlich des Herstellungsaufwandes als auch hin- 20 mittel wie Epoxidharz mit einem hohen elektrischen

sichtlich der Bildauflösung von Vorteil ist. Eigenwiderstand vermischt ist. Die Schicht 40 hat bei

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von fehlender Eingangsstrahlung L₁ einen hohen Wider-

vier Längsschnitten beispielsweise dargestellt. stand. Ihre Dicke kann in einem großen Bereich ge-

Nach Fig. 1 besteht der Bildwandler aus einer wählt werden und beträgt unter gleichzeitiger Belichtdurchlässigen Trägerplatte 10, z. B. einer Glas- 25 rücksichtigung des Gleichstrom-Widerstands und der platte; einer ersten Elektrode 20 in Form eines licht- Wechselstromimpedanz der Schicht 30 beispielsweise durchlässigen, elektrisch leitenden Überzugs aus 10 bis 500 μπι.

einem Metalloxid wie Zinnoxid; einer Schicht 30, die Besteht die Eingangsstrahlung L₁ aus Lichtstrah-

ein pulverförmiges elektrolumineszierendes Material len, so kann die zweite Elektrode 50 ein lichtdureh-

31 und ein nichtlineares Widerstandsmaterial 32 in 3° lässiger, elektrisch leitender Film sein, der Zinnoxid

einem Bindemittel 33 enthält; einer Schicht 40 aus enthält; im Fall eines Elektronenbündels od. dgl.

einem photoleitenden Material, das auf Grund einer kann die Elektrode ein durch Aufdampfen eines

Eingangsstrahlung L₁ seine Leitfähigkeit ändert; und Metalls, wie Aluminium, gebildeter Film sein,

aus einer für die Eingangsstrahlung L₁ durchlässigen Eine Wechselspannungsquelle 60 und eine Gleich-

zweiten Elektrode 50. 35 Spannungsquelle 70 sind derart zwischen der ersten

Die Schicht 30 enthält als das pulverförmige, Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 50 geschal-

elektrolumineszierende Material 31 z.B. ZnS : Cu,Al, tet, daß sie diese mit einer Wechselspannung V_A, der

das bei anliegender Wechselspannung luminesziert eine Gleichspannung V_B überlagert ist, beaufschlag

und einen hohen Eigenwiderstand hat. gen. Im Dunkelzustand wird V_B derart eingestellt,

Das Bindemittel 33 ist lichtdurchlässig und hat 40 daß er größer oder nahezu gleich der Amplitude von

einen höheren Eigenwiderstand und eine niedrigere V_A ist und daß die Ausgangsstrahlung L₂ der Schicht

spezifische Dielektrizitätskonstante als das pulver- 30 klein ist.

förmige elektrolumineszierende Material 31. Durch eine Erhöhung der Eingangsstrahlung L₁

Das pulverförmige, nichtlineare Widerstandsmate- wird die elektrische Leitfähigkeit der Schicht 40 er-

rial 32 besteht aus einer oder mehreren Substanzen 45 höht und durch den resultierenden Gleichstrom wird

und ist z. B. eine II-VI-Verbindung mit einem Me- die Lichtstärke der Ausgangsstrahlung L₂ des elek-

tallsulfid, das η-Verunreinigungen wie CdS : Cl auf- trolumineszierenden Materials 31 erhöht,

weist, ein Material mit einem Metalloxid wie SnO₂, Andererseits bewirkt die Zunahme der elektrischen

einem Metallsulfid oder -oxid, dem Verunreinigun- Leitfähigkeit der Schicht 40 eine Erhöhung des An-

gen wie Sb zugegeben sind, oder besteht aus einer 50 teils der Gleichspannung V_B an der Schicht 30, wo-

Verbindung der Gruppe II-VI. Es kann ein Licht- durch der nichtlineare elektrische Widerstand der

reflexions- oder Lichtdurchlaßvermögen haben. Schicht 30 vermittels des Gleichfelds gesteuert wird.

Seine Dielektrizitätskonstante ist gleich oder höher Es nehmen also die am pulverförmigen nicht-

als diejenige des Materials 31. Der nichtlineare spe- linearen Widerstandsmaterial 32 liegende Gleich-

zifische Widerstand ist so groß wie möglich. 55 spannung zu und dessen Widerstand ab. Anderer-

Die elektrischen Charakteristiken dieser Materia- seits ist die Stärke des am elektrolumineszierenden

lien lassen sich durch die Formel Material 31 anliegenden Wechselfelds eine Funktion

der Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Ma-

* ⁼ KV^m terials 32. Die Nichtlinearität des pulverförmigen

60 Materials 32 ist hoch. Dementsprechend nimmt bei

ausdrücken, wobei V die anliegende Gleichspan- sehr geringem Ansteigen' der Stärke des Gleichfelds

nung, / den Strom und m den Nichtlinearitätskoef- die elektrische Leitfähigkeit des Materials 32 außer-

fizienten bedeutet. ordentlich zu. Die Erregung der photoleitenden

Falls das nichtlineare Widerstandsmaterial aus Schicht 40 durch die Eingangsstrahlung L₁ bewirkt CdS : Cl besteht, hat der Nichtlinearitätskoeffizient ⁶5 also ein Ansteigen der elektrischen Leitfähigkeit und einen Wert m> 1,0, derjenige von SiC, SnO₂ od. dgl. gleichzeitig eine Verminderung der Wechselstromdagegen einen Wert von m > 3. Der Widerstand R impedanz,
ist durch die Formel R ^ F⁽¹~^m) ausgedrückt; folg- Folglich nimmt die an die Schicht 30 durch die

Spannungsquelle V _A angelegte Wechselspannung zu. Auch von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet ergibt sich eine Zunahme der Erregung des elektrolumineszierenden Materials 31 im Wechselfeld.

Da sich die Lumineszenz des elektrolumineszierenden Materials 31 sowohl in Gleich- als auch in Wechselfeldern erhöht, kann die von der Schicht 30 herrührende Ausgangsstrahlung L₂ durch eine sehr kleine Zunahme von L₁ erhöht werden.

Die Eingangsstrahlung L₁ — ein Lichtbild, ein Röntgenstrahlenbild od. dgl. — wird als positives, sichtbares, lumineszierendes Abbild als Ausgangsstrahlung L₂ auf der Schicht 30 sichtbar.

Die Volt(F)-Ampere(/)-Kennlinie des photoleitenden Materials der Schicht 40 ist durch die Formel / 2ü V" ausgedrückt, wobei η den Nichtlinearitätskoeffizienten bedeutet. Um einen hochempfindlichen Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten, ist der Wert von η derart gewählt, daß er kleiner ist als der Nichtlinearitätskoeffizient m der Schicht 30. Von diesem Standpunkt aus betrachtet, liegt der n-Wert der vorstehend beschriebenen, gesinterten photoleitenden Schicht bei 1 < η < 1,5, also sehr günstig nahe dem Wert des unlinearen Widerstandsmaterials 32.

Besteht die Eingangsstrahlung L₁ aus Lichtstrahlen, so können sowohl auf der zweiten Elektrode 50 als auch auf der abgelagerten photoleitenden Schicht 40 in gleichmäßigen Abständen V-förmige oder runde Rillen und Öffnungen vorgesehen sein, so daß die Schicht 40 auch im Innern vollständig erregt wird.

In der Ausführungsform gemäß F i g. 2, die eine strahlungseingangsseitige zweite Trägerplatte 90 aufweist, besteht die verwendete Eingangsstrahlung L₁ aus die zweite Trägerplatte 90 durchdringenden Lichtstrahlen, Röntgenstrahlen od. dgl.

Die photoleitende Schicht 40 besteht aus der oben beschriebenen gesinterten Schicht. Sie ist durch etwa 20 Minuten dauerndes Sintern eines Materials, wie CdS, CdSSe, CdSe od. dgl., mit Verunreinigungen, wie Cu oder Cl, in einer Atmosphäre von N₂ bei etwa 600° C hergestellt. Die zweite Elektrode 50 mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film aus Zinnoxid od. dgl. ist auf der zweiten Trägerplatte 90, z. B. eine Quarzplatte, aufgebracht; darauf wurde Sintermaterial in Form einer Schicht aufgetragen und das Ganze gesintert.

Dieser Bildwandler umfaßt Schichten 81 und 82. Die Schicht 81 ist eine Lichtabschirmschicht, die den Rückfluß des Lichts von der Schicht 30 verhindert. Diese Schicht wird durch Vermischen von feinpulverisiertem Kohlenstoff in einem Epoxidharz od. dgl. hergestellt; ihre Dicke beträgt etwa 5 bis 20 μΐη.

Die Schicht 82 ist lichtreflektierend und ist durch Vermischen von pulverförmigem Material, wie TiO₀, BaTiO.,, oder von lichtreflektierendem, pulverförmigem, weißem Material, wie ZnS, mit einem widerstandsfähigen Bindemittel, wie denaturiertem Epoxidharz od. dgl., hergestellt und bildet eine Schicht mit einer Dicke von etwa 10 bis 30 [im. Diese Schichten 81 und 82 können in sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden.

Es muß darauf geachtet werden, daß die erste Elektrode 20 Öffnungen hat, und daß der von dieser Elektrode eingenommene Bereich in bezug auf den der zweiten Elektrode 50 klein ist. Dadurch wird diese Elektrode einer Überlagerung sowohl der Gleich- als auch der Wechselströme unterworfen, dadurch die Lichtstärke der Schicht 30 erhöht und die Betriebsspannungen V _A und V_B verringert. Die erste Elektrode 20 kann die Form eines parallelen Gitters oder eines Netzes haben und derart angeordnet sein, daß ein Teil oder die gesamte Schicht 30 zwischen der Schicht 40 und der Schicht 20 liegt. Deshalb kann die erste, die Öffnungen aufweisende Elektrode 20 entweder im Innern der Schicht 30 eingelagert sein, wobei ein Teil der Elektrode in der

ίο der Schicht 40 gegenüberliegenden Oberfläche bloßliegt, oder auf die Oberfläche der Schicht 40 aufgebracht sein.

Die erste Elektrode 20 besteht aus Metalldrähten, wie Wolfram, einer Größenordnung von 10 bis 30 μπι in Form eines Gitters mit Teilungen von etwa 200 bis 700 μΐη oder in Form eines Netzes (40 bis 100 Mesh).

In der Ausführungsform gemäß F i g. 3 besteht die zweite Elektrode 50 aus einzelnen Leiterzügen, um die Leitfähigkeit in Seitenrichtung zwischen den Leiterzügen nutzbar zu machen. Da also in dieser Ausführungsform die seitlich auftretende lichtelektrische Leitfähigkeit ausgenützt ist, ist die photoleitende Schicht 40 unmittelbar durch die Eingangsstrahlung L₁ erregt. Die zweite Elektrode 50 kann lichtdurchlässig sein. Sie kann entweder in der photoleitenden Schicht 40 eingelagert sein oder — wie in der Zeichnung wiedergegeben — stellenweise bloßliegen oder auch fest an der Oberfläche anhaften und kann entweder die Form eines parallelen Gitters oder die eines Netzes haben. Sie besteht aus Metalldrähten, wie Wolframdrähten oder Molybdändrähten, der Größenordnung von 10 bis 100 μπι in Form eines Gitters mit Teilungen von etwa 200 bis 700 μπι oder in Form eines Netzes (40 bis 100 Mesh).

In der Ausführungsform gemäß F i g. 4 ist zusätzlich zur Anordnung gemäß Fig. 3 eine die Eingangsstrahlung L₁ durchlassende Widerstandsschicht 110 zwischen eine ebenfalls die Eingangsstrahlung L₁ durchlassende dritte Elektrode 100 und die photoleitende Schicht 40 eingebracht. Hierbei wird die seitlich auftretende elektrische Leitfähigkeit der Schicht 40 nutzbar gemacht. Die elektrische Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht 40 ist ohne Lichteinstrahlung ziemlich groß und die elektrische Leitfähigkeit der Schicht 110 ist ihr gegenüber kleiner. Der spezifische Widerstand des Materials der Schicht 110 liegt in der Größenordnung von 10⁸ bis 10⁹ Ohm cm.

Falls L₁ ein Lichtstrahlenbild ist, besteht die Schicht 110 aus einem lichtdurchlässigen Widerstandsmaterial, das beispielsweise einen denaturierten Epoxidharz enthält. Ist L₁ das Bild einer Strahlung wie Röntgenstrahlen, so kann diese Schicht aus Epoxidharz od. dgl. bestehen, das mit einer pulverförmigen, elektrisch leitenden oder einen Widerstand aufweisenden Substanz, wie fein pulverisiertem Kohlenstoff, vermischt ist. Diese Schicht hat eine Dicke von etwa 25 bis 150 μπι. Die erste Elektrode 20, die zweite Elektrode 50 und die dritte Elektrode 100 sind jeweils mit einer Spannungsquelle 120 verbunden und die Wechsel- und Gleichspannungen V_Al und Vβ , sind zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 50 einander überlagert, während die Spannungen V_A2 und V₈₂ zwischen der ersten Elektrode 20 und der dritten Elektrode 100 einander überlagert sind.

Wird die Phasen- und Amplitudenbeziehung zwischen den Spannungen V_{A Λ} und V_A ₂ innerhalb dieser

Extrempunkte verändert, so können auch die Neigung γ der Kennlinie einschließlich einer V-förmigen Kennlinie und das Schwarz-Weiß-Verhältnis willkürlich eingestellt werden.

Durch Einstellen der Beziehung zwischen den Amplituden der Spannungen V_Ai und V_A., (einschließlich desjenigen Falls, in dem eine der beiden Null ist) und deren Phasen, und der Beziehung zwi-

sehen den Spannungswerten von Υ_Βλ und V_B2 (einschließlich desjenigen Falls, in dem einer der beiden Null ist) und deren Polung, ist ein Ausgangsstrahlungsbild erzielbar, das relativ zum Bild der Eingangsstrahlung L₁ positiv, negativ oder gemischt positiv-negativ ist, und zu gleicher Zeit ist ein großer Einstellungs- oder Änderungsbereich von Gamma und dem Schwarz-Weiß-Verhältnis erhältlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

6Q9 683/13

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörperbildwandler, bestehend aus einem Schichtkörper mit der hintereinanderliegenden Anordnung einer ersten Elektrode, einer Schicht, die aus einem elektrolumineszierenden Material besteht, das mit Widerstandsmaterial vermischt und in einem Bindemittel fein verteilt ist, einer auf Strahlung ansprechenden Schicht aus photoleitendem Material und einer zweiten Elektrode, bei dem in den Schichtkörper ein unlineares Widerstandsmaterial eingelagert ist und eine Gleichspannungsquelle und eine Wechselspannungsquelle an die erste und die zweite Elektrode angelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Verbindung der Gruppe II-VI oder einem Metalloxid, wie z. B. SnO₂, bestehende unlineare Widerstandsmaterial (32) mit dem elektrolumineszierenden Material (31) und dem Bindemittel (33) in einer gemeinsamen Schicht (30) gemischt ist.

2. Festkörperbildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht (40) aus einem gesinterten photoleitenden Material aus der Gruppe CdS, CdSe und deren festen Lösungen besteht.

3. Festkörperbildwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das das pulverförmige elektrolumineszierende Material (31) matrixartig umgebende unlineare Widerstandsmaterial (32) lichtdurchlässig ist.

4. Festkörperbildwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige elektrolumineszierende Material (31) matrixartig umgebende unlineare Widerstandsmaterial (32) lichtreflektierend ist.

5. Festkörperbildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der mit der zweiten Elektrode (50) versehenen und der Schicht (30) aus dem elektrolumineszierenden Material und dem unlinearen Widerstandsmaterial gegenüberliegenden Oberfläche der photoleitenden Schicht (40) eine die Eingangsstrahlung (L₁) durchlassende Wechselstrom-Widerstandsschicht (110) angeordnet ist, auf deren der photoleitenden Schicht (40) abgewandter Oberfläche eine dritte Elektrode (100) angeordnet ist.