DE1614176C3

DE1614176C3 - Festkörper-Infrarotbildwandler

Info

Publication number: DE1614176C3
Application number: DE19671614176
Authority: DE
Inventors: Tadao Yokohama Kohashi; Tadao Kawasaki Nakamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1966-08-15
Filing date: 1967-08-14
Publication date: 1975-01-02
Also published as: GB1195236A; DE1614176B2; NL141346B; DE1614176A1; BE702671A; NL6711148A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper-Infrarotbildwandler mit einem Schirm aus einer zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode liegenden Reihenschaltung aus einer ein sichtbares Ausgangsbild liefernden elektrolumineszierenden Schicht und einer mit Infrarotstrahlen bestrahlbaren photoleitenden Schicht aus einem Material, das durch Vorbeleuchtung in einem gegebenen Spektralbereich leitfähig wird und dessen Leitfähigkeit durch Infrarotstrahlung wieder gelöscht werden kann.

Unter der Erscheinung der Infrarotlöschung der Photoleitfähigkeit durch Infrarotstrahlen, die bei Verbindungen von Elementen der Gruppen II und V des periodischen Systems, wie beispielsweise CdS oder CdSe, oder bei Verbindungen von Elementen der Gruppen III und V, so beispielsweise GaAs und ähnlichen, zu beobachten ist, versteht man den Effekt, daß ein durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder auch unsichtbarer Strahlung angeregter Photostrom bei einer Bestrahlung mit Infrarot in Überlagerung zu den sichtbaren Strahlen geschwächt wird. Allgemein wird die einen Photostrom bewirkende Beleuchtung mit sichtbarem Licht als »Vorbeleuchtung« bezeichnet. Bedient man sich in Verbindung mit einer elektrolumineszierenden Substanz des Effekts der Infrarotlöschung der Photoleitfähigkeit, so kann eine Festkörperanordnung zum Umwandeln eines Infrarotbildes in ein sichtbares Bild geschaffen werden.

Es sind verschiedene Infrarot-Bildwandler bekannt, die die Infrarotlöschung der Photoleitfähigkeit in der photoleitenden Schicht ausnutzen. Beispielsweise ist ein Infrarotschirm bekannt (deutsche Patentschrift 1002 481), dessen photoleitende Schicht durch eine äußere UV-Strahlungsquelle oder alternativ durch in die photoleitende Schicht eingebrachtes radioaktives Material gleichmäßig so »beleuchtet« wird, daß der Schirm gleichmäßig leitfähig wird und dann durch die Infrarotstrahlen in seiner Leitfähigkeit stellenweise wieder gelöscht wird. Bei einer ähnlichen bekannten Anordnung (deutsche Patentschrift 1021099) mit einer äußeren Bestrahlungsquelle zur Vorbeleuchtung der photoleitenden Schicht ist im Schirm eine Zwischenschicht zwischen der das Ausgangsbild liefern-

den elektrolumineszierenden Schicht und der photoleitenden Schicht vorgesehen, um eine Rückstrahlung auf die photoleitende Schicht zu vermeiden, da dies die Empfindlichkeit der Vorrichtung erheblich herabsetzen würde.

Das Prinzip der Infrarotlöschung ist auch im Zusammenhang mit einem Infrarot-Nachweisgerät bekannt (USA.-Patentschrift 2 995 660) mit einer photoleitenden Schicht, deren durch eine Ultraviolettstrahlung angeregte Leitfähigkeit durch die Infrarotstrahlung gelöscht wird. Die Ultraviolettstrahlung kann durch eine zur photoleitenden Schicht parallele Elektrolumineszenzschicht erzeugt werden, die räumlich günstig ohne äußere Strahlungsquelle eine gleichmäßige Vorbeleuchtung der photoleitenden Schicht bewirkt.

Bei Festkörper-Bildwandlern, bei denen die photoleitende Schicht auf Grund der nachzuweisenden Strahlung leitfähig gemacht wird, sind zahlreiche Schichtanordnungen bekannt. Insbesondere ist es bekannt (deutsche Patentschrift 1 107 846), das Licht der das Ausgangsbild liefernden elektrolumineszierenden Schicht oder einer besonderen elektrolumineszierenden Schicht auf die photoleitende Schicht rückzukoppeln, um so eine Verstärkung der Reaktion auf die Eingangsstrahlung zu erzielen. Solche Bildwandler können sowohl monostabil, also mit einem großen stetigen Halbtonbereich, als auch bistabil, also in einen Sättigungsbereich kippend, betrieben werden (Proc. IRE, Dezember 1955, S. 1879 bis 1906). Weiterhin wird bezüglich eines Überblicks über den Stand der Technik von derartigen Festkörper-Bildwandlern verwiesen auf Brit. Applied Physics, Band 12, Dezember 1961, S. 660 bis 667.

Als Festkörper-Infrarotbildwandler haben sich solche mit Infrarotlöschung als günstig erwiesen. Als Nachteil ergibt sich jedoch, daß mit steigender Vorbeleuchtungsstärke zwar der Stromfluß und damit die Ausgangshelligkeit erhöht wird, jedoch zugleich der Löschungseffekt abnimmt. Wird also durch starke Vorbeleuchtung ein helles Ausgangsbild angestrebt, so nimmt auch der Dunkelstrom erheblich zu und der Kontrast ab. Zur wirksamen stetigen Ausnutzung des Infrarot-Löscheffekts ist daher vorteilhaft, eine geringe Vorbeleuchtung zu wählen. Hierdurch nimmt auch die Impedanz der photoleitenden Schicht zu und verbraucht dann anteilig nahezu die Hälfte der angelegten Spannung, was sowohl für die Ausgangshelligkeit als auch für die Bildumwandlungscharakteristik nachteilig ist. Diese Erscheinung erweist sich besonders ungünstig im Fall von insgesamt kontrastreichen Bildern, bei denen sowohl in hellen als auch in dunklen Partien noch Einzelheiten erkannt werden sollen.

Dieser Nachteil der Umwandlungscharakteristik soll durch die Erfindung behoben werden. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die Vorbeleuchtung der photoleitenden Schicht von Punkt zu Punkt den Anforderungen gemäß gestalten zu. können, also je nach dem jeweils erforderlichen Kennlinienbereich eine hohe oder eine niedrige Vorbeleuchtungsstärke für unterschiedliche Bildorte oder -zeiten zu bewirken. ^i: ■ '

..Diese Aufgabe wird bei dem Infrarot-Festkörperbildwandler der eingangs genannten Art, bei- dem das die leitfähig machende Vorbeleuchtüng liefernde Strahlungsmaterial im Schirm angeordnet ist, dadurch gelöst, daß das die Vorbeleuchtung liefernde Strahlungsmaterial durch die durch die örtliche Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht zweidimensional moduliert leuchtende elektrolumineszierende Schicht gebildet ist. Alternativ wird sie bei einem Festkörper-Bildwandler der eingangs genannten Art, bei dem zwischen der elektrolumineszierenden Schicht und der photoleitenden Schicht eine trennende opake Schicht eingebaut ist, dadurch gelöst, daß das die Vorbeleuchtung liefernde Strahlungsmaterial durch

ίο eine zweite, durch die örtliche Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht zweidimensional moduliert leuchtende elektrolumineszierende Schicht gebildet ist.

Es wird also das Licht für die Vorbeleuchtung

durch das Infrarotbild zweidimensional moduliert, so daß die Vorbeleuchtung in dem den infrarot bestrahlten Teilen entsprechenden Bereich abgeschwächt wird. Der Wirkungsgrad der Infrarot-Photoleitfähigkeitslöschung steigt mit abnehmender Vorbeleuchtungsstärke. Es kann somit ein Gerät zur Umwandlung von Infrarotbildern mit hohem Kontrast des sichtbaren Ausgangsbilds und mit verbesserter Empfindlichkeit geschaffen werden.

Die Erfindung liefert sowohl positive als auch negative Bilder. Es kann hierbei zweckmäßig sein, das die Vorbeleuchtung bewirkende Licht zu dämpfen. Dadurch kann vermieden werden, daß die Vorrichtung in einen stabilen Sättigungsgrad umkippt, wenn die Vorbeleuchtung so stark ist, daß eine Löschung in diesem Bereich nur noch in kleinem Prozentsatz möglich ist. Eine solche Dämpfung kann einerseits durch eine lichtschluckende Zwischenschicht oder durch spektrale Fehlanpassung zwischen der elektrolumineszierenden Schicht und der photoleitenden Schicht bewirkt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 die Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad der Infrarotlöschung und der Vorbeleuchtungsstärke und

F i g. 2 bis 7 Schnittansichten jeweils einer Ausführungsform des Festkörper-Infrarotbildwandlers.

Allgemein sinkt der Wirkungsgrad der Infrarotlöschung mit zunehmender Vorbeleuchtungsstärke. Diese Beziehung ist in F i g. 1 für pulverisiertes CdS, das mit Cu und Ga dotiert ist, wiedergegeben. Das pulverisierte Material wird mit einem Kunstharz gebunden, und als Vorbelichtungsquelle wird das Licht einer mit einem zum Ausfiltern von Infrarotstrahlen geeigneten Filter versehenen Glühlampe benutzt. In dieser Figur ist mit »prozentuale Löschung« der Prozentanteil des einer Infrarotbestrahlung entsprechenden Stromabfalls gegenüber einem Vorbeleuchtungsphotostrom bezeichnet. Die Angabe »prozentuale Löschung« stellt somit den Wirkungsgrad der Infrarotlöschung dar. Aus dieser Figur geht hervor, daß der Wirkungsgrad der Infrarotlöschung im Bereich einer geringen Vorbeleuchtungsstärke hoch ist.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, die ein Negativbild des Infrarotbilds liefert. Eine tragende Glasplatte 1 ist mit einer lichtdurchlässigen Elektrode 2 in Form eines Zinndioxidfilms beschichtet, an der sich in dieser Reihenfolge eine erste elektrolumineszierende Schicht 3 mit einer Stärke von etwa 40 μΐη, die aus einem mit einem Kunstharz gebundenen Gemisch von Zinksulfid mit Kupfer- und Aluminiumpulver besteht, eine licht-

reflektierende Isolierschicht 4 mit einer Stärke von etwa 10 μΐη, die aus BaTiO₃ besteht, das gleichfalls mit einem Kunstharz gebunden ist, eine lichtunterbrechende, opake Schicht 5 aus Ruß mit einer Stärke von etwa 10 μΐη, eine zweite, zur Erzeugung einer Vorbeleuchtung dienende elektrolumineszierende Schicht 6, die etwa 40 μΐη stark ist und aus einem Gemisch von Zinksulfid mit Kupfer- und Aluminiumpulver besteht, das mit einem Kunstharz gebunden ist, eine durch Infrarotbestrahlung in ihrer Photoleitfähigkeit löschbare photoleitende Schicht 7 mit einer Stärke von etwa 50 μηι, die aus einem mit einem Kunstharz gebundenen Cadmiumsulfidpulver besteht, und eine zweite für Infrarot durchlässige Elektrode 8, die aus Wolframdrähten mit einem Durchmesser von 10 μΐη besteht, die in Abständen von jeweils 400 μΐη angeordnet sind, anschließen. Die Elektrode 8 könnte auch eine aus Drähten bestehende maschenartig ausgebildete Elektrode, eine plattenförmige Elektrode mit parallel zueinander angeordneten Schlitzen oder eine Plattenelektrode, die durch Ablagerung von Metall in einer solchen Stärke ausgebildet ist, daß sie für Infrarotstrahlen durchlässig ist, sein. Eine Wechselspannungsquelle 9 dient zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen den Elektroden 2 und 8. Die Beschaffenheit der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 ist so gewählt, daß sich die spektrale Verteilung ihrer Lumineszenz mindestens in einem Teil des Wellenlängenbereichs mit der spektralen Photoleitfähigkeitsempfindlichkeit der photoleitenden Schicht 7 deckt.

Wird Wechselspannung an die Elektroden 2 und 8 angelegt, so kommt es in den elektrolumineszierenden Schichten 3 und 6 zu Lumineszenzerscheinungen, und das von der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 ausgesandte Licht wird im Wege einer Rückkopplung in die photoleitende Schicht 7 eingestrahlt, wodurch deren Impedanz erniedrigt wird. Hierdurch wird die Lichtstärke des von den elektrolumineszierenden Schichten 3 und 6 abgegebenen Lichts weiter erhöht, wodurch die Impedanz der photoleitenden Schicht 7 weiter abnimmt. Hierbei stellt sich jedoch, wenn die untere Grenze der Impedanz der photoleitenden Schicht 7 oder der Sättigungspunkt der Lichtemission der elektrolumineszierenden Schicht 6 erreicht ist, ein Gleichgewichtszustand ein. Unter diesen Bedingungen sendet die erste, der Erzeugung eines Ausgangsbilds dienende elektrolumineszierende Schicht ein verhältnismäßig helles Licht aus. Durch Bestrahlen der photoleitenden Schicht 7 mit Infrarotstrahlen wird ihre Impedanz infolge des Infrarotlöschungseffekts wieder erhöht, so daß im infrarot bestrahlten Bereich die Lichtstärke des von den elektrolumineszierenden Schichten 2 und 6 ausgesandten Lichts verringert wird und hierdurch wiederum die Vorbeleuchtungsstärke der photoleitenden Schicht 7 erniedrigt wird. Wie unter Bezugnahme auf die F i g. 1 erläutert wurde, führt eine solche Verringerung der Vorbeleuchtungsstärke zu einer Verstärkung des Infrarotlöschungseffekts, wodurch die Impedanz der photoleitenden Schicht 7 an diesen Stellen weiter erhöht wird. Hierdurch ergibt sich also eine Impedanzänderung der Schicht 7 im Sinne einer noch weitergehenden Schwächung der Vorbeleuchtung. Damit sinkt auch die Lichtemission in demjenigen Bereich der elektrolumineszierenden Schicht 3, auf den die Infrarotstrahlen gerichtet sind, im Vergleich zu denjenigen Teilen dieser Schicht 3, die nicht der Wirkung der Infrarotstrahlung ausgesetzt sind, stark ab. So kann an der elektrolumineszierenden Schicht 3 ein umgewandeltes sichtbares Bild mit ausgezeichnetem Kontrast beobachtet werden.

Die durch die Rückkopplungswirkung des Lichts der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 bewirkte stetige Lichtemission der ersten elektrolumineszierenden Schicht 3 kann plötzlich in einen Sättigungszustand umkippen, der nur mit erheblicher

ίο Hysterese in den normalen, stetigen Zustand zurückkippt. Diese Kippunkte können durch angelegte Spannung gesteuert werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel wird der Übergang in den hell leuchtenden Sättigungszustand schnell hervorgerufen, wenn die Wechselspannung 350 V und 1 kHz hat. Hierbei wird ein sehr helles Ausgangsbild mit ausgezeichnetem Kontrast erhalten. Doch bedingt in diesem Fall der Kippzustand oder photoelektrisch bistabile Zustand, dessen man sich hierbei bedient, eine Instabilität des erhaltenen Bilds, die zu einer leichten Abnahme der Auflösung des Bilds führt. Ist dagegen eine hohe Auflösung erwünscht, so ist die Vorrichtung durch Anlegen einer geringeren Spannung in einem unter dem Kippunkt bleibenden monostabilen Zustand zu betreiben. In diesem Fall ist das resultierende Bild nicht so hell wie das mit höherer Spannung erzeugte, jedoch ist die Auflösung stark verbessert und eine ausgezeichnete Halbtondarstellung ermöglicht. Außerdem ist auch eine Betriebsweise möglich, bei der mit einem niedrigen Spannungswert gearbeitet wird und gleichzeitig eine zusätzliche äußere Vorbeleuchtungsquelle benutzt wird, so daß die Stärke der Lichtemission verändert werden kann. Auch in diesem Fall kann die Auflösung erheblich verbessert werden, und es kann ein umgewandeltes Ausgangsbild von mittlerer Helligkeit erzeugt werden.

Ausführungsbeispiel 2

Hier ist die im Ausführungsbeispiel 1 vorgesehene zweite elektrolumineszierende Schicht 6 fortgelassen, und die erste elektrolumineszierende Schicht 3 erfüllt die Funktionen beider Schichten. Der Aufbau der diesem Beispiel entsprechenden Anordnung ist in F i g. 3 dargestellt, wobei Werkstoff und Zusammensetzung der Schichten und Teile 1, 2, 3, 7, 8 und 9 jeweils denen nach F i g. 2 entsprechen. Eine Lichtrückkopplungs-Isolierschicht 10 zwischen der elektrolumineszierenden Schicht 3 und der photoleitenden Schicht 7 erlaubt eine Lichtrückkopplung und erhöht die dielektrische Durchschlagsfestigkeit. Die lichtunterbrechende opake Schicht 5 und die zweite elektrolumineszierende Schicht 6 nach Fig. 2 sind fortgelassen, und die einzige elektrolumineszierende Schicht 3 liefert das Licht für die Vorbeleuchtung der photoleitenden Schicht 7 und dient gleichzeitig als Ausgangsbildschirm. Diese Ausführungsform der Erfindung liefert ein Negativbild. Die angelegte Spannung kann niedriger sein als beim Ausführungsbeispiel 1, und es läßt sich eine bessere Auflösung erzielen. Bei 300 V und 1 kHz liegt der Kippunkt.

Auch im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels können bei einer niedrigeren Spannung die Auflösung verbessert und durch die Verwendung einer zusätzlichen äußeren Vorbeleuchtungsquelle wie im Ausführungsbeispiel 1 die Auflösung und Helligkeit gesteigert werden.

Ausführungsbeispiel 3

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, die ein Positivbild des Infrarotbildes liefert. In der Darstellung dieser Figur entsprechen das Material und die Zusammensetzung der Schichten und Bauteile 1 bis 5, 7 bis 9 jeweils denen nach F i g. 2. Die zweite elektrolumineszierende Schicht 6 aus einem in einem Silikonharz dispergierten Gemisch von Zinksulfid mit Kupfer- und Aluminiumpulver liefert das Licht für eine Vorbeleuchtung und ist für die einfallenden Infrarotstrahlen durchlässig. Hierzu sind das Zinksulfid, das Kupfer- und das Aluminiumpulver fein und gleichmäßig dispergiert. Die Schicht 6 liegt zwischen einer für die einfallenden Infrarotstrahlen durchlässigen Elektrode 11 aus Zinndioxid, das als Schicht auf eine tragende Platte 12 aus Quarz oder Glas aufgetragen ist, und einer für die einfallenden Infrarotstrahlen durchlässigen Impedanzschicht 13, bei der es sich beispielsweise um eine aus Polyester ausgeformte, transparente dielektrische Schicht handeln kann. Diese Schicht hat eine Stärke von etwa 25 μπι und haftet an der photoleitenden Schicht 7 durch Vermittlung eines Klebemittels wie beispielsweise Silikonharz fest, das für die einfallenden Infrarotstrahlen durchlässig ist.

Wird nun durch die Wechselspannungsquelle 9 eine Spannung angelegt, so wird hierdurch die zweite elektrolumineszierende Schicht 6 zu einer schwachen Lichtemission angeregt, welche die Impedanz der photoleitenden Schicht 7 herabsetzt, so daß ein überbrückend durch die Wolframdrahtelektrode 8 abgenommener Strom zunimmt. Dadurch wird eine weitere Steigerung der Lichtemission der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 bewirkt. Schließlich tritt ein ähnlicher Gleichgewichtszustand ein, wie er bereits beschrieben wurde. In diesem Betriebszustand wird der Strom im wesentlichen überbrückend durch die Elektrode 8 abgenommen und durchfließt nicht die erste elektrolumineszierende Schicht 3. Diese Schicht liefert daher keine Lichtemission. Erfolgt nun in diesem Betriebszustand eine Infrarotbestrahlung der photoleitenden Schicht 7, so wird die Impedanz dieser Schicht infolge des Infrarotlöschungseffekts erhöht. Demgemäß wird der durch die Elektrode 8 abgenommene Strom geschwächt und die Lichtemission der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6, die als Vorbeleuchtungsquelle dient, verringert. Der Wirkungsgrad der Infrarotlöschung wird hierdurch weiter erhöht.

Durch die Erhöhung der Impedanz der photoleitenden Schicht 7 wird eine Schwächung des überbrückend durch die Elektrode 8 abgenommenen Stroms bewirkt und gleichzeitig eine Zunahme des die erste elektrolumineszierende Schicht 3 durchfließenden Stroms hervorgerufen. Die Schicht 3 wird daher zur Lichtemission angeregt, wodurch man ein umgewandeltes sichtbares Bild mit ausgezeichnetem Kontrast erhält, das in bezug auf das aufgeprägte Infrarotbild positiv ist. Die Vorrichtung kann sowohl in einem Betriebszustand mit dem Kippunkt im Arbeitsbereich als auch in einem Betriebszustand, bei dem die Spannung für das Auftreten des Kippens in die Sättigung zu niedrig ist (wie dies für die Ausführungsbeispiele 1 und 2 beschrieben wurde) betrieben werden, wobei gleichzeitig eine äußere Vorbeleuchtungsquelle verwendet werden kann. Mit der Kipperscheinung wird ein Bild mit einem hohen Kontrast erzeugt, dessen Auflösung etwas zu wünschen übrig läßt, das jedoch eine geringere Dunkelleuchtdichte aufweist, und im kippfreien Bereich und mit der zusätzlichen Vorbeleuchtungsquelle werden Bilder mit einer verbesserten Auflösung und mit hohem Kontrast sowie mit Halbtönen erhalten. Bei welchem Spannungsbetrag starke Kipperscheinungen hervorgerufen werden, hängt von dem Dispersionsgrad des gepulverten elektrolumineszierenden Ma- terials in der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 ab. In diesem Ausführungsbeispiel traten Kipperscheinungen bei 1300 V und 1 kHz auf.

Die Schichten 6 und 13 bilden gemeinsam eine zusammengesetzte elektrolumineszierende Impedanzschicht von hoher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit. Die wechselseitige Anordnung der Schichten 6 und 13, die gemeinsam diese zusammengesetzte Schicht bilden, kann dabei auch gegenüber der gezeigten Anordnung vertauscht sein. Die Schicht 13 kann auch fortgelassen und lediglich die Schicht 6 vorgesehen sein.

Wenngleich zum Betrieb der Anordnung lediglich die Wechselspannung der Wechselspannungsquelle 9 notwendig ist, so kann eine weitere Hilfswechsel-Spannungsquelle 14 von gleicher Frequenz wie die Spannungsquelle 9 an die Elektroden 2 und 11 ohne Kurzschließen dieser Elektroden angeschlossen werden. In diesem Fall ist die Lichtemission der Schicht 3 eine zunehmende Funktion der Amplitude

KsI = l'i + '2!

eines zusammengesetzten Stroms

/3 .= I₁ + I₂

aus einem Wechselstrom I₁, der zu der an die Schicht 3 angelegten Spannung der Wechselspannungsquelle 9 und zur Impedanz der Schicht 7, in einer Beziehung steht, und einem Wechselstrom I₂, der zu der Spannung der zusätzlichen Wechselspannungsquelle in einer Beziehung steht. Durch Einstellen oder Verändern des Amplituden- oder Phasenverhältnisses der beiden Spannungen können die Betriebsdaten gewählt werden. Hierin liegt ein erheblicher Vorteil. Eine solche Art der Spannungszuführung läßt sich auch bei den in den F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen realisieren, indem man die Elektrode 8 in Form einer durchbrochenen Elektrode ausbildet, an der Schicht 7 durch die infrarotdurchlässigen Impedanzschichten hindurchgeführte infrarotdurchlässige Elektroden vorsieht und an die Elektrode 2 und die infrarotdurchlässige Elektrode die Spannung einer Wechselstromquelle anlegt, welche die gleiche Frequenz wie die Wechselstromquelle 9 aufweist. In diesen Fällen in die Lichtemission der Schicht 3 eine zunehmende Funktion der Amplitude

'si =

des zusammengesetzten Stroms aus einem Wechselstrom I₁, der zu der Spannung der Spannungsquelle 9

und zu der Impedanz der Schicht 7 in einer Beziehung steht, und aus einem Wechselstrom I₂, der zu der Spannung der zusätzlichen Spannungsquelle in einer Beziehung steht. Durch eine entsprechende Wahl der Amplituden- und Phasenverhältnisse der Spannungen so, daß

I und I₁ und/.

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phasenverschieden werden, können der Kontrast- und Helligkeitsbereich des Ausgangsbildes eingestellt werden. Außerdem lassen sich die Betriebsdaten in einem breiten Bereich einstellen oder verändern, indem man zumindest entweder das vorerwähnte Amplituden- oder das Phasenverhältnis entsprechend einstellt oder verändert.

Im obigen Fall wurde der Fall zugrunde gelegt, daß die Lichtrückkopplung durch unmittelbare Einstrahlung aus der elektrolumineszierenden Schicht in die photoleitende Schicht erfolgt. Indessen kann aber auch eine dünne, lichtdurchlässige Schicht zur Steuerung der Lichtrückkopplung zwischen diese beiden Schichten eingefügt sein, um so die Stärke der Lichtrückführung zu beeinflussen.

Falls die zur Beeinflussung der Lichtrückkopplung dienende Schicht auf derjenigen Seite der photoleitenden Schicht 7 vorgesehen werden soll, auf welche die Infrarotstrahlen bei der Einstrahlung auftreffen, so wird ihre spektrale Durchlässigkeitsverteilung so gewählt, daß sie für Infrarotstrahlen durchlässig ist. Die Schicht kann dabei auch als Schichtenkomponente der zusammengesetzten elektrolumineszierenden Impedanzschicht dienen, so beispielsweise an Stelle der für die einfallenden Infrarotstrahlen durchlässigen Schicht 13.

Ausführungsbeispiel 4

Es soll nun an Hand von F i g. 5 der Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, bei der die Lichtrückkopplungswirkung des von der elektrolumineszierenden Schicht an die photoleitende Schicht abgegebenen Lichts einer Beeinflussung unterliegt, wodurch das Auftreten eines bistabilen Zustands infolge der Kipperscheinungen verhindert werden soll, so daß eine Bildumwandlung mit verbessertem Kontrast bei hoher Helligkeit ermöglicht wird. Bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird die Bildumwandlung im wesentlichen in der gleichen Weise vorgenommen wie beim Betrieb der vorbeschriebenen Ausführungsformen, wobei im monostabilen Betriebszustand eine zusätzliche Vorbeleuchtung von außen einsetzt oder hierauf verzichtet werden kann und wobei eine hohe Stabilität und eine hervorragende Auflösung erzielt werden.

Wie bei der Ausführungsform nach F i g. 4 weist der Bildwandler nach F i g. 5 die zusätzliche infrarotdurchlässige Elektrode 11 auf, bei der es sich um eine auf die (in F i g. 5 nicht dargestellte) Glas- oder Quarzplatte aufgebrachte Zinndioxidschicht, eine maschenartig durchbrochene Elektrode oder einen dünnen Metallfilm handeln kann. Hieran schließt sich die dielektrische Schicht oder Impedanzschicht 13, die für Infrarotstrahlen durchlässig ist, aus Polyester oder einem ähnlichen Material besteht und eine Stärke von etwa 30 μΐη aufweist, weiterhin die Elektrode 8 aus Wolframdrähten mit einem Durchmesser von etwa 10 μπι und Abständen von etwa 400 μηι in paralleler oder maschenartiger Anordnung, die infrarotempfindliche photoleitende Schicht 7 mit einer Stärke von etwa 50 μΐη, die aus einem zur Löschung der Photoleitfähigkeit geeigneten gepulverten Cadmiumsulfid besteht, das mit Elementen der Gruppen Ib und VIIb oder III b aktiviert und mit einem Kunstharz gebunden ist, und die zweite Elektrolumineszenzschicht 6, die die photoleitende Schicht 7 vorbeleuchtet und aus einem Material mit einer spektralen Strahlungsverteilung besteht, welche den spektralen Empfindlichkeitsbereich der Infrarotlöschung aufweisenden photoleitenden Schicht 7 nur wenig überdeckt, wodurch somit die Lichtrückkopplungswirkung abgeschwächt wird. Falls als photoleitendes Material für die Schicht 7 Cadmiumsulfid verwendet wird, kann hierfür beispielsweise ein elektrolumineszierendes Material mit Blaulichtemission benutzt werden, so zum Beispiel ZnS, das Cu und Cl enthält, in einer Stärke von etwa 30 μΐη

ίο und mit einer Kunststoffmasse gebunden. Es kann sich auch die spektrale Empfindlichkeit mit der Spektralverteilung der Lumineszenzenergie decken und ein gepulvertes, elektrolumineszierendes Material mit einer niedrigen Emissionsleistung verwendet werden.

Der Bildwandler enthält weiterhin die opake Schicht 5, die hier aus schwarzer Anstrichfarbe besteht und einen hohen Widerstand aufweist, die lichtreflektierende Isolierschicht 4 und die erste elektrolumineszierende Schicht 3 zur Erzeugung des Ausgangsbildes, wobei diese Schicht aus einem elektrolumineszierenden Material wie beispielsweise einem Zinksulfid, das Kupfer und Aluminium enthält, oder aus einem ähnlichen Material besteht, das zur Grünlichtemission befähigt, mit einem Kunstharz gebunden und in einer Stärke von etwa 30 μπι vorgesehen ist, und die lichtdurchlässige Elektrode 2 aus Zinndioxid od. dgl., die auf die (nicht dargestellte) tragende Platte aus Glas oder einem ähnlichen Material aufgebracht ist.

Die Schaltung dieses Bildwandlers enthält zwei Wechselspannungsquellen 9 und 14. Durch die Wechselspannungsquelle 9 wird an die Elektroden 2 und 8 eine Betriebsspannung V₁ angelegt, und durch die Hilfs-Wechselspannungsquelle 14 wird eine Spannung V₂ zwischen die Elektroden 2 und 11 gelegt, wodurch die zweite elektrolumineszierende Schicht 6 zur Vqrbeleuchtung erregt werden kann. Die Spannung V₉ der Spannungsquelle 14 ist so gewählt, daß sie die gleiche Frequenz wie die Spannung F₁ der Spannungsquelle 9 hat und mit dieser gleichphasig ist.

Hieran ist bedeutsam, daß das mit Rückkopplungswirkung aus der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 in die photoleitende Schicht 7 eingestrahlte Licht abgeschwächt wird und daß an die letztgenannte Schicht eine mit der Betriebsspannung gleichphasige Hilfsspannung angelegt wird. Bei einer solchen Anordnung ist die rückgekoppelte Beleuchtungsstärke so gering, daß selbst dann, wenn die zweite elektrolumineszierende Schicht 6 durch Erhöhen der Spannung V₁ bis auf einen Wert, bei dem die erste elektrolumineszierende Schicht 3 Licht abgibt, zu einer Lichtemission angeregt wird, das Ausgangslicht der Schicht 6 nur geringfügig in die photoleitende Schicht 7 eingestrahlt wird und es demgemäß zwischen der photoleitenden Schicht 7 und der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 nicht zu einem Kippbetrieb kommt. Ausgehend von diesem Betriebszustand kann nun durch Anlegen der gleichphasigen Spannung V₁, der Hilfs-Spannungsquelle 14 an die Elektroden 2 und 11 die Lichtemission der zweiten elektrolumineszierenden Schicht 6 verstärkt werden, so daß nunmehr die photoleitende Schicht 7 der stärkeren Vorbeleuchtung ausgesetzt ist und eine stärkere Lichtemission der ersten elektrolumineszierenden Schicht 3, also des Ausgangsbildschirms, bewirkt wird. Selbst bei einem solchen Betriebszustand wird

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der Lichtausgang der zweiten elektrolumineszieren- weist und mit den Spannungsquellen 9 und 14 be-

den Schicht nicht in einem zum Kippen in die Sätti- schaltet ist. Der Unterschied besteht darin, daß das

gung hineinreichenden Maß in die. photoleitende die photoleitende Schicht 7 vorbeleuchtende Licht

Schicht 7 eingespeist, so daß sich kein bistabiler Zu- dadurch geschwächt wird, daß man die zur Darstel-

stand ergibt. 5 lung des Ausgangsbildes vorgesehene erste elektro-

In diesem Betriebszustand wird durch das Proji- lumineszierende Schicht 3 so ausbildet, daß sie gleichzieren eines Infrarotbildes auf die photoleitende zeitig die Vorbeleuchtung bewirkt, und zwischen der Schicht 7 die durch die Vorbelichtung mittels der elektrolumineszierenden Schicht 3 und der photozweiten elektrolumineszierendeen Schicht 6 hervor- leitenden Schicht 7 die zur Beeinflussung zur Steuegerufene Photoleitfähigkeit verringert, was dazu io rung der Lichtkopplungswirkung dienende halb-opak führt, daß die Lichtemission einer jeden der beiden opake Schicht 5 diesem Zweck entsprechend halbelektrolumineszierenden Schichten 3 und 6 abnimmt opak ausbildet. Die Schicht 5 kann ein Material mit und somit auch die Vorbeleuchtung der photoleiten- geeigneter geringer Lichtdurchlässigkeit wie beispielsden Schicht geringer wird. Der Wirkungsgrad der weise etwa Ruß oder schwarze Anstrichfarbe ent-Infrarotlöschung wird somit weiter erhöht, die Photo- 15 halten. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist leitfähigkeit nimmt weiter ab, und es wird ein noch ähnlich wie die nach dem Ausführungsbeispiel 4.
stärkerer Rückgang der Lichtemission der elektrolumineszierenden Schichten 3 und 6 bewirkt. Dieser Ausführungsbeispiel 6
Vorgang spielt sich auf ein gleichbleibendes Niveau

ein, das der Beleuchtungsstärke durch die Infrarot- 20 In F i g. 7 ist noch eine weitere Ausführungsform bestrahlung entspricht. Auf Grund der beschränkten der Erfindung dargestellt, die wiederum die Teile internen Lichtrückkopplung ergibt sich also ein bzw. Schichten 2, 3, 4, 7, 8, 11 und 13 umfaßt und monostabiler Betriebszustand, so daß im Unterschied mit den Spannungsquellen 9 und 14 beschaltet ist.
zum bistabilen Betriebszustand eine Halbton-Bilddar- Die elektrolumineszierende Schicht 3 dient sowohl stellung ermöglich wird. Dem Ausführungsbeispiel 25 zur Darstellung des Ausgangsbildes als auch zur liegen als Betriebswerte 300 V und 1 kHz für F₁ so- Vorbeleuchtung der photoleitenden Schicht 7, und wie 0 bis 800 V und 1 kHz für F₂ gleichphasig zu- der Grad der Lichtrückkopplung wird über eine gegrunde. Ist die Spannung V₂ zu niedrig, so wird die eignete Wahl der spektralen Empfindlichkeit der Vorbeleuchtungsstärke unzulänglich, und die Hellig- photoleitenden Schicht 7 sowie der spektralen Verkeit des erhaltenen Ausgangsbildes läßt zu wünschen 30 teilung des Lichts der elektrolumineszierenden übrig, während für den Fall, daß der Betrag der Schicht 3 beeinflußt. Bei dieser Ausführungsform bespannung V₂ so hoch ist, daß er den von der Span- steht die elektrolumineszierende Schicht 3 aus Zinknungsquelle 9 über die Elektroden 2 und 8 angeleg- sulfid als elektrolumineszierendem Material, das ten Spannung V₁ überschreitet, die durch die Infra- Kupfer und Aluminium enthält und grünes Licht rotbestrahlung hervorgerufenen Spannungsschwan- 35 emittiert, wobei das Maximum der Lichtemission bei kungen in der elektrolumineszierendeen Schicht 3 einer Wellenlänge von etwa 530 μΐη liegt, und die durch die Spannung V₂ maskiert werden. Hieraus photoleitende Schicht 7 aus einem Infrarotlöschung geht hervor, daß es einen optimalen Spannungs- aufweisenden Material, das auf eine Wellenlänge bereich gibt. über 600 μΐη anspricht und dessen Hauptbestandteil

Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels wurde die 40 CdS-Se ist. Ähnlich gute Resultate werden erzielt,

Spannung F₂ in dem Bereich von 200 bis 500 V ge- wenn die elektrolumineszierende Schicht 3 wie im

wählt, wodurch ein helles Ausgangsbild mit hohem Ausführungsbeispiel 1 aus Zinksulfid mit Cu und Cl

Kontrast erzeugt wurde. besteht, das blaues Licht emittiert und für die photo-

Durch diese Ausführungsform werden die mit dem leitende Schicht 7 wie im Ausführungsbeispiel 4

Helligkeitsabfall infolge Anlegens einer äußerst 45 Cadmiumsulfid verwendet ist.

hohen Spannung an die Elektrolumineszenzschicht Gemäß der in den Ausfuhrungsbeispielen 4, 5 verbundenen Schwierigkeiten vermieden. Weiterhin und 6 beschriebenen Betriebsweise werden die Spanist auch die Wichtigkeit einer geeigneten Wahl von nungen V₁ und V₂ der Spannungsquellen 9 und 14 so V₂ zu betonen. Es können nämlich der Kontrast, das gewählt, daß sie die gleiche Frequenz aufweisen und Gamma und die Helligkeit in einer erwünschten 50 gleichphasig sind. Im Rahmen eines alternativen Be-Weise eingestellt werden, indem man eine geeignete triebs können jedoch für V₁ und V₂ auch unterAuswahl der Amplitude der Spannung F₂ in dem schiedliche Frequenzen vorgesehen sein. Hiermit optimalen Bereich vornimmt. kann ein helles sichtbares Ausgangsbild mit einem

hohen Kontrast und mit Halbtondarstellung erzeugt

. 55 werden, indem man lediglich die Amplituden der

Austunrungsbeispiel 5 Spannungen F₁ und F₂ steuert, ohne ihrer wechselseitigen Phasenlage Beachtung zu schenken. Außer-

Die F i g. 6 zeigt noch eine weitere Ausführungs- dem sind der Kontrast, das Gamma und die Heiligform der Erfindung, die ebenso wie gemäß F i g. 5 die keit durch die entsprechende Auswahl der Ampli-Schichten bzw. Bauteile 2 bis 5, 7, 8, 11 und 13 auf- 60 tuden der Spannungen F₁ und F₂ frei steuerbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Infrarotbildwandler mit einem Schirm aus einer zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode liegenden Reihenschaltung aus einer ein sichtbares Ausgangsbild liefernden elektrolumineszierenden Schicht und einer mit Infrarotstrahlen bestrahlbaren photoleitenden Schicht aus einem Material, das durch Vorbeleuchtung in einem gegebenen Spektralbereich leitfähig wird und dessen Leitfähigkeit durch Infrarotstrahlung wieder gelöscht werden kann, und mit die leitfähig machende Vorbeleuchtung lieferndem Strahlungsmaterial im Schirm, dadurch gekennzeichnet, daß das die Vorbeleuchtung liefernde Strahlungsmaterial durch die durch die örtliche Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht (7) zweidimensional moduliert leuchtende elektrolumineszierende Schicht (3) gebildet ist.

2. Festkörper-Infrarotbildwandler mit einem Schirm aus einer zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode liegenden Reihenschaltung aus einer ein sichtbares Ausgangsbild liefernden elektrolumineszierenden Schicht und einer mit Infrarotstrahlen bestrahlbaren photoleitenden Schicht aus einem Material, das durch Vorbeleuchtung in einem gegebenen Spektralbereich leitfähig wird und dessen Leitfähigkeit durch Infrarotstrahlung wieder gelöscht werden kann, und mit einer zwischen der elektrolumineszierenden und der photoleitenden Schicht eingebauten opaken Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß das die Vorbeleuchtung liefernde Strahlungsmaterial durch eine zweite, durch die örtliche Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht (7) zweidimensional moduliert leuchtende elektrolumineszierende Schicht (6) gebildet ist.

3. Infrarot-Bildwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich einstrahlungsseitig an die photoleitende Schicht (7) eine infrarotdurchlässige Impedanzschicht (13) und an diese eine dritte Elektrode (11) anschließt und daß zwischen die erste, bildausgangsseitige Elektrode (2) und die zweite Elektrode (8) sowie zwischen die erste und die dritte Elektrode je eine Wechselspannungsquelle (9,14) gelegt ist.

4. Infrarot-Bildwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur positiven Bilddarstellung die an der einstrahlungsseitigen Seite der photoleitenden Schicht (7) anliegende, zweite Elektrode (8) eine Gitterelektrode ist und daß sich einstrahlungsseitig an diese Elektrode gegebenenfalls über eine für Infrarot und für die leitfähig machende Beleuchtung durchlässige Impedanzschicht (13) die die leitfähig machende Beleuchtung liefernde, zweite elektrolumineszierende Schicht (6) anschließt, die infrarotdurchlässig ist und an der einstrahlungsseitig eine infrarotdurchlässige dritte Elektrode (11) angeordnet ist.

5. Infrarot-Bildwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (2) und die zweite (8) Elektrode miteinander verbunden sind.

6. Infrarot-Bildwandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Elektrode einerseits und zwischen der ersten und der dritten Elektrode andererseits angelegte Spannungen (V₁, V₂) frequenzgleich sind und in ihrer Phasen- und/oder Amplitudenbeziehung veränderbar sind.

7. Infrarot-Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der photoleitenden Schicht (7) und der die leitfähig machende Beleuchtung bewirkenden elektrolumineszierenden Schicht (3, 6) eine die Ausgangsstrahlung der elektrolumineszierenden Schicht (3, 6) dämpfende Zwischenschicht (5) angeordnet ist (F i g. 6).

8. Infrarot-Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der spektrale Emissionsbereich der die leitfähig machende Beleuchtung bewirkenden elektrolumineszierenden Schicht (3, 6) und die spektrale Empfindlichkeit der photoleitenden Schicht (7) nur teilweise überlappen (F i g. 5).