DE1564331C3 - Festkörperbildwandler - Google Patents
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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.
3 4
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 VA, der
das bei anliegender Wechselspannung luminesziert eine Gleichspannung VB überlagert ist, beaufschlag
und einen hohen Eigenwiderstand hat. gen. Im Dunkelzustand wird VB 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 VA 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 VB 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-
* = KVm 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
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 VB 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 VAl
und Vβ , sind zwischen der ersten Elektrode 20 und
der zweiten Elektrode 50 einander überlagert, während die Spannungen VA2 und V82 zwischen der
ersten Elektrode 20 und der dritten Elektrode 100 einander überlagert sind.
Wird die Phasen- und Amplitudenbeziehung zwischen den Spannungen VA Λ und VA 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 VAi und VA., (einschließlich
desjenigen Falls, in dem eine der beiden Null ist) und deren Phasen, und der Beziehung zwi-
sehen den Spannungswerten von ΥΒλ und VB2 (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 (5)
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.
Applications Claiming Priority (2)
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