DE1639329B2

DE1639329B2 - Festkörperbildwandler

Info

Publication number: DE1639329B2
Application number: DE1639329A
Authority: DE
Inventors: Tadao Yokohama Kohashi; Kazunobu Kawasaki Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1967-02-24
Filing date: 1968-02-23
Publication date: 1974-06-12
Also published as: FR1557227A; NL6802600A; DE1639329A1; DE1639329C3; GB1223153A; US3564260A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fes_tkürpu bildwandler mit einer elektrolumineszierenden Schicht, die durch anliegende Wechselspannung zur Lumineszenz erregbar ist, einer auf der elektrolumineszierenden Schicht angeordneten photoleitfähigen, aus einem photoleitenden Pulver bestehenden Schicht, deren Impedanz von der Stärke der einfallenden Energie abhängt und deren Gleichstromwiderstand bei fehlender einfallender Energie hcher ist als der Gleichstromwiderstand der elektrolumineszierenden Schicht, und mit zwei Elektroden, die die beiden Schichten flächig einschließen, von denen zumindest diejenige an der elektrolumineszierenden Schicht lichtdurchlässig ist und an die im Betrieb eine Wechselspannung und eine dieser überlagerte Gleichspannung gelegt sind.

Es sind derartige Bildwandler bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 087 698), bei der die angelegte Wechselspannung die Lumineszenz der elektrolumineszierenden Schicht bewirkt und die der Wechselspannung überlagerte Gleichspannung die Beziehung zwischen der erregenden Wechselspannung und der Ausgangslichtstärke steuert. Bei einer anderen bekannten (deutsche Auslegeschrift 1 045 569) Vorrichtung, die mit Gleich- und mit Wechselstrom gespeist wird, sind diese beiden Ströme in einem überlinearen Widerstand einander überlagert, während eine dem überlinearen Widerstand in Reihe geschaltete photoleitfähige Schicht für den Wechselstrom überbrückt ist und eine dem Widerstand ebenfalls in Reihe geschaltete elektrolumineszierende Schicht für den Gleichstrom überbrückt ist, wodurch sich der Einfluß der Änderung des Gleichstromwiderstands in der photoleitenden Schicht auf den die elektrolumineszierende Schicht erregenden Wechselstrom überträgt. Bei einem weiteren bekannten (deutsche Patentschrift 1202 913) mit Gleich- und Wechselstromgespeisten Bildverstärker dient der Gleichstrom, der auch durch die Verwendung eines Elektrets im Bildverstärkerschirm ersetzt sein kann, dazu, die wechselstromgespeiste photoleitfähige Schicht an jeJem Ort im wesentlichen nur in einer Richtung vom elektrischen Strom durchfließen zu lassen, um so die Empfindlichkeit zu erhöhen; hierzu ist ein verhältnismäßig komplizierter Aufbau mit einem entlang seiner Lichteinfallsfläche umständlich strukturierten Bildverstärkerschirm erforderlich. Bei einem weiteren bekannten (deutsches Gebrauchsmuster 1 869 477) Bildverstärker ist in den Verstärkerschirm eine dritte gitterförmige Elektrode in die photoleitfähige Schicht eingebettet, die bei Bestrahlung ihren Einfluß über die gesamte photoleitfähige Schicht ausdehnt und

damit den Feldverlauf zwischen den äußeren flächigen Elektroden unterbricht; die einzelnen Elemente der gitterförmigen dritten Elektrode können gegeneinander an Gleichspannung gelegt sein. Bei einer weiteren bekannten (britische Patentschrift 1 025 320) Ausführung dient eine zwischen die einzelnen Elemente einer dritten Gitterelektrode gelegte Gleichspannung der Speicherung und Löschung von Bildern.

Hinsichtlich der Ausbildung der elektrolumineszierenden Schicht ist es bekannt, sie aus einem elektro iq !umineszierenden Pulver und einem Widerstandspulver aus einem Metalloxid, z. B. Titanoxid, zu mischen (deutsche Auslegeschrift 1076 815). Außerdem sind zahlreiche Zwischenschichten an sich bekannt, beispielsweise Widerstardsschichten, lichtreflektierende Schichten und lichtundurchlässige Schichten (deutsche Patentschrift 1 202 913, deutsches Gebrauchsmuster 1 869 477, britische Patentschrift 1 025 320).

Bei den bekannten Bildwandlern sind teilweise spezifische Maßnahmen zur Erhöhung der Empfindlichkeit angewandt, die Empfindlichkeit ist aber dennoch für viele Zwecke unzureichend, und es ergibt sich, wenn sie hoch genug ist, andererseits eine zu schnalle Sättigung im Bereich höherer Helligkeit.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, der die Aufgabe zugrunde liegt, einen Festkörperbildwandler mit einer photoleitenden Schicht zu schaffen, deren Empfindlichkeit nicht konstant ist, sondern in Abhängigkeit von der örtlichen Beleuchtungsstärke bei niedriger Beleuchtungsstärke höher als bei hoher Beleuchtungsstärke ist.

niese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das photojeitendc Pulver durch Kunststoff zu der photoleitfähigen Schicht von 200 bis 500 μπι Dicke verbunden ist, die ihre auf eine Änderung der einfallenden Energie bezogene Wechselstromimpedanzänderung bei Erhöhung der überlagerten Gleichspannung erheblich erhöht und deren Wechselstromimpedanz bei fehlender einfallender Energie höher ist als die Wechselstromimpedanz der elektrolumineszierenden Schicht, die eine Dicke von 30 bis 60 μηι aufweist. Die Gleichspannung bestimmt also die Empfindlichkeit der photoleitfähigen Schicht und hängt ihrerseits von der einfallenden Energie ab, indem sie bei niedriger einfallender Energie und damit hohem Widerstand der photoleitfähigen Schicht zu einem größeren Anteil an dieser jinliegt, als an Stellen starken Strahlungseinfalls. Die empfindlichkeitserhöhende Wirkung tritt deshalb nur bei schwacher Einstrahlung auf und ergibt sich automatisch in zeitlicher oder örtlicher Abgrenzung gegen-Über der stärkeren Einstrahlung. Der durch die elektrolumineszierende Schicht fließende Strom und infolgedessen der Lichtausgang hängen von der Impedanz, Und zwar im wesentlichen vom Widerstand der photolcitfähigen Schicht für den Wechselstrom ab, die wiederum entsprechend einer gemäß der Erfindung variablen Beziehung von der einfallenden Energie abhängt. Die Widerstandsänderung der photoleitfähigen Schicht bewirkt eine Änderung der an dieser Schicht anliegenden Gleichspannung, welche ihrerseits die relative Änderung der Wechselstromimpedanz bestimmt.

Weitere Besonderheiten und günstige Bemessungen des erfindungsgemäßen Festkörperbildwandlers ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden fis Beschreibung:

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und ,:war zeigt

F ί g. 1 ein Ersatzschaltbild für die Erläuterung des Erfindungsprinzips,

F i g. 2 schematisch einen Teil des Festkörnerbildwandlers und

F i g. 3 Kennlinien, die die Abhängigkeit des Lumineszenzausgangs von der auftreffenden Beleuchtungsstärke zeigen.

F i g. 1 zeigt die Ersatzschaltung einer Festkör.nerbildplatte mit Gleichstromsteuerung, die für die Wiedergabe eines Positiv-Ausgangsbildes geeignet ist. In der Figur sind die Kapazität Cp der photoleitfähigen Schicht, ihr Widerstand Rp, die Kapazität Ce der elektrolumineszierenden Schicht und deren Widerstand Re angegeben. Der Wert von Re wird kleiner gewählt als der Dunkehviderstandswert des Widerstandes Rp. Weiter sind die Betriebswechselspannung Va, die veränderliche Gleichspannung Vb, das einfallende Energiesignal L1 und das Ausgangslicht Ll angedeutet. Ist die Spannung Vb Null, so entspricht die Schaltung einem herkömmlichen Festkörperbildwandler mit Positivbild. Da die Wer'iselstrcmimpedanz auf Grund der Kapazität Cp, die durch den geometrischen Aufbau bestimmt wird, im Bereich niedriger Einfallsenergie in ihrem Einfluß gegenüber der Wcchselstrom-Photoleitfähigkeitsempfindlichkeit der photoleitfähigen Schicht überwiegt, erhält man bei Auftragen der Ausgangslichtintensität über dem Eingar.gs-Energiesignal keine zufriedenstellenden Kennlinien. Das verwertbare Eingangs-Energieband ist nicht genügend breit, und außerdem ist der Gamma-Wert recht beträchtlich. Nun wird eine Gleichspannung Vb angelegt. Im abgeschlossenen Gleichstromkreis, der aus dem Widerstand Rp der photoleitfähigen Schicht und dem Widerstand Re der elektrolumineszierenden Schicht besteht, wird die Gleichspannung Vbp, die der Wechselspannung Vap überlagert an die photoleitfähige Schicht gelegt wird, durch die Widerstände Rp und Re bestimmt. Hat man ein äußerst schwaches Eingangsenergiesignal, so wird der Wert des Widerstandes Rp der photoleitfähigen Schicht im Vergleich zum Wert des Widerstandes Re sehr hoch liegen, wodurch die Gleichspannung Vbp nahezu genauso groß wird wie die Gleichspannung Vb. Es wird also eine sehr hohe Gleichspannung der Wechselspannung Vap überlagert. Wenn man eine photoleitfähige Schicht benutzt, die Pulver eines photoleitfähigen Materials enthält, erhält man eine photoleitfähige Schicht mit befriedigenden Eigenschaften, bei der die photoleitfähige Empfindlichkeit bei an ihr liegender Wechselspannung durch Überlagerung einer Gleichspannung steuerbar angehoben werden kann.

Im allgemeinen nimmt bei Anlage einer Wechselspannung die Empfindlichkeit eines photoleitfähigen Pulvers nicht'inear mit der Zunahme der überlagerten Gleichspannung zu. Die Kennlinien des Festkörperbildverstärkers werden deshalb besonders im Bereich niedriger Einfallsenergien verbessert, wo das Verhältnis der überlagerten Gleichspannung sehr hoch ist. Beim Ansteigen der Intensität des Eingangs-Energiesignals nimmt der Widerstandswert des Widerstandes Rp der photoleitfähigen Schicht ab. Gleichzeitig nimmt die Gleichspannung Vbp ab, wodurch die durch die Gleichspannung bewirkte Verbesserung wieder auf d'e unter Wechselspannung gegebene Photoleitfähigkeits-Empfindlichkeit der photoleitfähigen Schicht reduziert wird. Erreicht die einfallende Beleuchtungsstärke eine hohe Intensität, so erreicht der Widerstand Rp der photoleitfähigen Schicht einen Widerstandswert, der

gegenüber dem Widerstand Re der elektrolumineszierenden Schicht vernachlässigt werden kann. Die Gleichspannung Vbp an der photoleitfähigen Schicht wird dabei nahezu zu Null. Deshalb wird auch die Intensität des Ausgangslichtes Ll für einen solchen Eingangsbereich gleich dem Wert, der sich auch bei herkömmlichen Festkörper-Bildplatten erhalten läßt, bei denen eine Gleichspannung gar nicht verwendet ist, Vb also immer Null bleibt. Das bedeutet, daß durch AuFtragen des Lumineszenzausgangs über der Intensität der einfallenden Beleuchtungsstärke Kennlinien erhalten werden, die im Eingangs bereich hoher Energien mit den Kennlinien herkömmlicher Festkörperbildwandler, die ein Positiv-Bild abgeben und bei denen die Gleichspannung Null ist, nahezu zusammenfallen. Die gleichen Kennlinien sind aber in einem Bereich niedriger Beleuchtungsstärke wegen der Wirkung der Gleichspannung Vbp erheblich verbessert. Diese gelangt dadurch an die photoleitfähige Schicht, daß man die Gleichspannung Vb an die Vorrichtung insgesamt legt. Der auswertbare Bereich wird so zu niedrigen einfallenden Beleuchtungsstärken hin stark ausgeweitet. Dadurch kann auch der Gamma-Wert über einen weiten Bereich gesteuert werden. Darüber hinaus erhält man im Ausgangsbild nahezu den gleichen Kontrast, wie im Fall Vb = O₁ da die Lumineszenz der elektrolumineszierenden Schicht durch die Gleichspannung nur wenig beeinflußt wird.

Eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes Re der elektrolumineszierenden Schicht ändert gleichzeitig die Impedanz dieser Schicht. Der bisher durch das Verhältnis der Kapazitäten der elektrolumineszierenden Schicht und der photoleitfähigen Schicht festgelegte Kontrast kann so durch Einstellen des Widerstandes Re frei gesteuert werden. Eine Abhängigkeit vom geometrischen Aufbau der photoleitfähigen und der elektrolumineszierenden Schicht ist dabei nicht mehr gegeben.

F i g. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Festkörperbildwandlers. Man erkennt weiter, wie die Vorrichtung elektrisch gespeist wird. Der Festkörperbildwandler besteht aus einer Anzahl von Schichten. Eine lichtdurchlässige Tragplatte 101 ist aus Glas gefertigt. Ebenfalls lichtdurchlässig ist eine Elektrode 102, die beispielsweise aus einem Metalloxid, wie Zinnoxid, gefertigt ist. Die halbleitende, elektrolumineszierende Schicht 103 hat eine Dicke von etwa 30 bis 60 Mikrometer und enthält PuJver eines elektrolumineszierenden Materials, wie ZnS: CuAl, und Pulver eines halbleitenden Metalloxides, wie SnO₂ oder TiO₂, das für das Lumineszenzspektrum des elektrolumineszierenden Materials gute Reflexeigenschaften aufweist. Die Pulver sind durch ein glasartiges Material gebunden und in einer Schicht gehalten. Der Widerstand der elektrolumineszierenden Schicht wird dadurch eingestellt, daß man Pulver miteinander mischt, die gleichzeitig reflektierende, einen Widerstand aufweisende und halbleitende Metalloxide sind. Der Lumineszenzausgang der elektrolumineszierenden Schicht gelangt deshalb wirkungsvoll nach außen, ohne daß zu starke Absorption im Widerstandspulver eintritt. Es ist deshalb leicht möglich, die photoleitfähige Schicht in der Widerstandsreihenschaltung auf den Lastkreis abzustimmen, der die elektrolumineszierende Schicht enthält.

Weiter kann die Empfindlichkeit der photoleitfähigen Schicht bei angelegter Wechselspannung sehr wirkungsvoll dadurch gesteuert werden, daß man die Gleichspannung verändert. Dabei wird eine photoleitfähige Schicht benützt, die pulverisiertes photoleitfähiges Material enthält. Auch der Gamma-Wert kann dabei in einem weiten Bereich gesteuert werden. Außerdem ist auch der betriebsmäßig verwertbare Bereich der Eingangs-Energieintensität ausgeweitet.

Von zwei Widerstandszwischenschichten 104 und 105 ist die erste eine halbleitende reflektierende Schicht von etwa 10 Mikrometer Dicke. Sie enthält Pulver eines lichtreflektierenden und ferroelektrischen Materials,

ίο wie BaTiO₃, und Pulver eines halbleitenden Metalloxids, wie SnO₂ oder TiO₂. Diese Pulver sind durch eine glasartige Masse oder eine Kunststoffmasse abgebunden. Für die Herstellung ohmscher Schichten ist einem glasartigen Bindematerial der Vorzug zu geben, für die Herstellung nichtohmscher Schichten dem Kunststoffmaterial. Die Widersitandszwischenschicht 105 besteht aus einer undurchlässigen Halbleiterschicht von etwa 10 Mikrometer Dicke. In ihr ist beispielsweise schwarze Farbe mit einem Pulver nichtiinearer Widerstandseigenschaften, wie CdS : Cl, oder einem Pulver Iinearer Widerstandseigenschaften, wie Ruß, gemischt. Daraus wird dann eine Schicht geformt. Durch die Widerstandszwischenschichten wird ein dieiektrischer Durchschlag der elektrolumineszierenden Schicht bei der angelegten Gleichspannung oder bei der Wechse'spannung verhindert. Darüber hinaus kann der Widerstand des in Reihe geschalteten Widerstandslastkreises mit der elektrolumineszierenden Schicht durch Ändern der Widerstandseigenschaften der Widerstandszwischenschichten eincestellt werden. Der Widerstand des Lastkreises kann so auf einen geeigneten Wert festgelegt werden, der von der gleichen Größenordnung ist, wie der Dunkelwiderstand der photoleitfähigen Schicht, oder k leiner als dieser Widerstand ist.

Bei der Wahl des Widerstandes der elektrolumineszierenden Schicht hat man so erheblich mehr Freiheit. Wurde beispielsweise eine elektrolumineszierende Schicht mit sehr niedrigem Widerstand hergestellt, so gibt man der Widerstandszwischenschicht 104 wie oben beschrieben einen ohmschen Widerstand, der entsprechend höher liegt als der Widerstand der elektrolumineszierenden Schicht. Man erreicht damit eine Anpassung der Last an den Widerstand der photoleitfähigen Schicht. Die Widerstandszwischenschichten erleichtern die Herstellung der einen Widerstand aufweisenden elektrolumineszierenden Schicht und beseitigen jeden Einfluß der Widerstandseigensc'-aften auf die Lumineszenzeigenschaften. Weiter wird die Anpassung der Gteichstromwiderstände in der Reihenschaltung aus dem die elektrolumineszierende Schicht enthaltenden Lastkreis und der photoleitfähigen Schicht erleichtert. Es ist so eine wirkungsvolle Steuerung der photoleitfähigen Empfindlichkeit der photo-

leitfähigen Schicht unter Wechselspannung durch die Gleichspannung gegeben.

Da den Widerstandszwischenschichten ihre Widerstandseigenschaften durch Mischen von Pulvern einen Widerstand aufweisender Materialien gegeben werden, kann der Widerstandswert frei dadurch gesteuert werden, daß man die jeweils gemischten Pulvermengen in einem weiten Bereich ändert. Dadurch ist das Einstellen des Widerstandes des die elektrolumineszierende Schicht enthaltenden Reihen-Lastkreises sehr einfach und ebenso die Anpassung der Widerstandswerte des Lastkreises und der photoleitfähigen Schicht. Das Herstellen der Gesamtvorrichtung ist damit vereinfacht und Verbesseningen des Gamma-Wertes und des aus-

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wertbaren Betriebsbereichs der Einfalls-Energieintensität sind leicht erzielbar.

Durch Verwendung von Pulvern eines ferroelektrischen Materials, wie BaTiO₃, für die Widerstandszwischenschichten wird insgesamt die Dielektrizitätskonstante der Schichten angehoben. Dieses Anheben der Dielektrizitätskonstante setzt die Wechselspannungsverluste in den Widerstandszwischenschichten fcerab. Darin liegt ein weiterer Vorteil, der durch die Anordnung dieser Schichten erzielt ist.

Darüber hinaus hat ein ferroelektrischcs Material, ivie BaTiO₃, einen hohen spezifischen Widerstand. Wird nun in der Zwischenschicht auch zum Abbinden ein Widerstandsmaterial benützt, so kann durch das ferroelektrische Material außer dem Anheben der Dielektrizitätskonstante der gesamten Schicht auch eine Steuermöglichkeit für den Widerstand der Zwischenschicht dadurch erreicht werden, daß man die Mengen der zusammenzumischenden Massen ändert. Weiter ergibt sich in den Zwischenschichten der Widerstandswert durch Zugabe von Widerstandspulvern, die mit Teilchen eines ferroelektrischen Materials mit hohem Widerstandswert gemischt sind. Dadurch wird die zweidimensionale Gleichförmigkeit der Widerstandswerte der Zwischenschichten verbessert, da es nicht mehr zu Verdichtungen und Verteilungsfehlern von Widerstandspulvern kommen kann.

F . g. 2 zeigt weiter eine photoleitfähige Schicht 106 von 200 bis 500 Mikrometer Dicke. Sie besteht aus photoleitfähigen Pulvern, die durch Kunststoffe od.dgl. gebunden sind. Als Material für die photoleitfähigen Pulver wird dabei ein Material verwendet, das nicht nur für sichtbares Licht, sondern auch für andere Strahlungen, beispielsweise für Röntgenstrahlen, Infrarotstrahlung und Ultraviolettstrahlung, empfindlich ist. Ein solches Material steht beispielsweise in Cadmiumsulfid zur Verfügung, das mit einem Element der Gruppe Ib des Periodensystems, wie Cu oder Ag, und einem Element der Gruppe VIIb, wie Cl, aktiviert ist. Dieses letzte Element der Gruppe VIIb kann auch durch ein Element der Gruppe III b, beispielsweise durch Al oder Ga, substituiert werden. Eine Elektrode 107 besteht aus durch Aufdampfen abgelagertem Metall, beispielsweise aus Aluminium. Diese Elektrode muß nicht nur für Röntgenstrahlen, sondern auch für Lichtstrahlen durchlässig sein und kann deshalb ein durchbrochenes Muster haben, beispielsweise aus parallelen Linien gleichen Abstands, einem Gitter oder einem Netz bestehen. Bei der Eingangsenergie 108 muß es sich nicht um sichtbares Licht handeln. Auch andere Strahlungsarten, wie Infrarot, Ultraviolett oder Röntgenstrahlen, können verwendet werden. Auf der anderen Seite der Vorrichtung ist das sichtbare Ausgangsbild 109 angedeutet. Spannungsquellen für den Festkörperbildwandler liegen an den Elektroden 102 und 109. Es handelt sich dabei um die Betnebs-Wechselspannungsquelle 110 und die veränderliche Gleichspannungsquelle 111. Von den oben beschriebenen Teilen 101 bis 107 der Vorrichtung ist fur die Steuerung durch die Gleichspannung die halbleitende elektrolumineszierende Schicht 103 am wichtigsten.

Theoretisch muß der Widerstandswert der elektrolumineszierendeii Schicht unter dem Dunkelwiderstand der photoleitfähigen Schicht liegen. Das bedeuiet, daß er im Halbleiterbereich der Größenordnung von 10⁷ bis 10⁹ Ohm ■ cm zu liegen hat. Dieses Erfordernis bringt aber einige technische Schwierigkeiten mit sich, und zwar vor allem hinsichtlich des Aufbaus und der Herstellungsverfahren. Die herkömmliche Technik, einer festen Schicht aus Kunststoff, Glas oder einem anderen Material hohen Widerstandes eine elektrische Leitfähigkeit zu geben, besteht darin, im Kunststoff-5 oder Glasköirper Widerstandsmaterial zu verteilen. Die so erzielbaren Widerstandswerte liegen jedoch immer sehr nahe zu den Werten eines Leiters oder eines Elements mit Richtwirkung. Es war nicht möglich, eine feste Schichit mit einem spezifischen Widerstand von

ίο 10⁶ bis 10⁸ Ohm · cm zu erhalten, die also dem HaIbleitcrbereich angehört und ohmsche Eigenschaften auch noch in relativ hohen elektrischen Feldern aufrechterhält. Ruß weist zwar einigermaßen zufriedenstellende Eigenschaften als Widerstandsmaterial auf, ist aber nicht geeignet, der elektrolumineszierenden Schicht Halbleitereigenschaften zu geben, da er das Lumineszenzlicht der elektrolumineszierenden Pulver absorbiert. Auch die Verwendung von Metallpulvern, beispielsweise von Cu oder Sn, bringt Schwierigkeiten

sr mit sich, da derartige Materialien bei den im Herstellungsverfahren auftretenden hohen Temperaturen oxidiert oder zersetzt werden können. Weiter ist auch das Pulverisieren solcher Materialien nur in Grenzen möglich, da sie eine hohe Verformbarkeit aufweisen.

»5 Überdies ist der Widerstandswert dieser metallischen Materialien zu gering, um eine einfache Steuerung des Widerstandes der Schicht zu ermöglichen. Insbesondere bei Verwendung eines Bindematerials aus Kunststoff kann der ohmsche Widerstand auf keine Weise bei hohen elektrischen Feldern aufrechterhalten werden, weil die Wärmebelastbarkeit der Kunststoffe gering ist. Um mit all ■' :sen Schwierigkeiten fertig zu werden, wurde die in l· i g. 2 gezeigte elektrolumineszierende Schicht 103 eingeführt. Das Widerstandsmaterial wird aus folgenden halbleitenden Metalloxiden ausgewählt: SnO₂, WO₃, Sb₂O₆ und TiO₂. Diese sind in freiei Atmosphäre auch noch bei recht hohen Temperaturen stabil, können leicht pulverisiert weHen und haben ein hohes Reflexionsvermögen für das vom elektrolumineszierenden Pulver emittierte Licht im sichtbaren Teil des Spektrums. Als Bindematerial wird in der elekttrolumineszierenden Schicht ein glasartiges Material benützt, das bis zu hohen Temperaturen thermisch stabil ist und in das ein Metalloxid, wie SnO₂, in gewissem Ausmaß eingeschmolzen werden kann. Dabei werden die ohmschen Eigenschaften des Widerstands und die thermische Stabilität der elektrischen Eigenschaften besonders in Betracht gezogen.
Es wird ein glasartiges Bindematerial benützt, dessen Erweichungspunkt niedriger liegt als der der Tragplatte 101 und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Tragplatte 101 in etwa gleich ist. Auf diese Weise wird eine zufriedenstellende Verbindung zwischen der elektrolumineszierenden Schicht und der Tragplatte sichergestellt. Selbstverständlich muß das Bindematerial lichtdurchlässig sein, da es innerhalb der elektrolumineszierenden Schicht verwendet wird. Der Widerstand der halbleiteinden elektrolumineszierenden Schicht des oben beschriebenen Aufbaus wird dadurch

fio steuerbar, daß man das Verhältnis des Volumens des zugemischten Metalloxidpulvers zum Gesamtvolumen ändert. Es ist dabei wichtig, fÜT die Widerstandspulver, die elektrolumineszierenden Pulver und die Pulver des glasartigen Binders die geeigneten Korngrößen zn wählen, damit sie untereinander und mit der Tragplatte 101 einen guten Zusammenhalt haben und damit die fertige Schicht eine glatte Oberfläche aufweist. Die unten folgende Tabelle 1 zeigt Korngrößen und Volum-

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Tabelle	1	Volum prozente in der Mischung
Bestandteile der elektro lumineszierenden Mischung	Mittlerer Durchmesser der Teilchen	66°;, 14"_o 20? „
Glasartiger Binder SnO₂-Pulver ZnS: CuAl-Pulver	1 μπί 3 ~ 4μΐτι 4 ~ 5 μπί

Tabelle 2

Bestandteil des glasartigen Binders

SiO₂ 20,01

B₂O₃ ' 28.58

ZnO ' 18,33

BaO ' 14,34

CaO ^! 0,74

MgO ' 0,016

Na₂O 10.84

K₂O 4,05

TiO₂ ^; 2,31

Al₂O_n 0,41

Fe₂O₃ ' 0,009

PbO ' 0,012

Tabelle 3

Glasartiger
Binder

Gläserne Tragplatte

Volumen-

auodehnungs-

koeffizient

270 · 10"⁷

(270 ~ 300) · 10-

Einweichungspunkt

ίο

Prozente der einzelnen Bestandteile der beschriebenen Mischung, also des als Widerstandsmaterial verwendeten SnO_a-Pulvers, des als elektrolumineszierendes Material verwendeten ZnS: CuAl-Pulvers und des als Binder verwendeten glasartigen Materials. Die sich anschließende Tabelle 2 gibt ein Beispiel für die Zusammensetzung des glasartigen Binders. Tabelle 3 schließlich zeigt die v^olumenausdehnungskoeffizienten und die Erweichungspunkte des glasartigen Binders und der lichtdurchlässigen, aus Glas bestehenden Tragplatte.

Gewichtsprozent

600 - 630'C

680 - 700C zwischenschicht 105 wird derart gewählt, daß der Gesamtwiderstani! der beiden Widerstandszwischenschichten und der elektrolumineszierenden Schicht zumindest nicht höher ist als der Dunkelwiderstand, also der Widerstand ohne jeden Lichteinfall auf die photoleitfähige Schicht 106. Im allgemeinen ist der Widerstand der Zwischenschichten ungefähr gleich groß oder kleiner als der Widerstand der elektrolumineszierenden Schicht. Er kann auch eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweisen. Auf diese Weise werden Wechselspannungsverluste in den Zwischenschichten vermindert und dadurch die Wechselspannung noch wirkungsvoller an die elektrolumineszierende Schicht gelegt. Überdies wird einem Absenken des Auflösungsvermögens im Ausgangsbild auf Grund der Streuung des Wechselstroms in den Zwischenschichten entgegengewirkt. Eine Nichtlincarität der Widerstandskennlinien ist deshalb sogar vorzuziehen, wenn es möglich ist, eine Abstimmung zwischen den Widerständen der elektrolumineszierenden Schicht und dem Dunkelwiderstand der photoleitfähigen Schicht ohne Einstellung der Widerstandswerte der Zwischenschichten zu erhalten.

Es ist wichtig, daß der Erweichungspunkt des für die Zwischenschichten verwendeten glasartigen Binders niedriger liegt als der des glasartigen Binders in der elektrolumineszierenden Schicht und daß die Volumenausdehnungskoeffizienten der beiden Binder einander etwa gleich sind.

Beim oben beschriebenen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zumindest eine der beiden Widerstandszwischenschichten 104 bzw. 105 weggelassen werden. Werden beide Schichten weggelassen. so kann der Lumineszenzausgang der elektrolumincszierenden Schicht 103 auf die photoleitfähige Schicht 106 rückgekoppelt werden. Werden die spektralen Kennlinien des elektrolumineszierenden Materials und des photoleitfähigen Materials so gewählt, daß das photoleitfähige Material auf das von der elektrolumineszierenden Schicht emittierte I icht anspricht. so wird damit die Empfindlichkeit der Vorrichtung aiii Einfallsenergie weiter erhöht und gleichzeitig der Gamma-Wert bei verbesserter Empfindlichkeit heraufgesetzt werden. In diesem Fall kann die elektrolumineszierende Schicht 103 als Mehrfachschicht ausgebildet sein und eine Schicht zum Erzeugen des Ausgangsbildes und eine weitere Schicht für die Rückkopplung des Lichts aufweisen. Zwischen diesen beiden Schichten wird eine nichtdurchlässige halbleitende Schicht angeordnet.

F i g. 3 zeigt Ausgangs-Eingangs-Kennlinien der Ausführungsform nach F i g. 2 bei logarithmischer Auftragung. Die Betriebswechselspannung war dabei mit 450 V und 1 kH festgelegt. Die in der Darstellung als Parameter benützte Gleichspannung wurde im Bereich von 0 bis 400 V geändert. In der Darstellung ist die Eingangs-Beleuchtungsstärke durch die Dosisleistung einer kontinuierlichen Röntgenstrahlung angegeben, die mit Hilfe einer 113-kV-Röntgenstrahl-

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Bei den Korngrößen der Pulver ist es wichtig, daß der mittlere Teilchendurchmesser des glasartigen Binders immer kleiner ist als der der beiden anderen Materialien. Wird das nicht beachtet, so entsteht keine zusammenkittbare Mischung. Der Anteil an SnO_s-Pulver kann in einem Bereich von 10 bis 20 % schwanken. Entsprechend ändert sich dann auch der Widerstand. Bei dieser Ausführungsform wurde eine Erhitzungstemperatur von 640⁰C festgelegt. Der Widerstand der so er- 6o röhre erhalten wurde. Aus der Zeichnung geht hervor, haltenen elektrolumineszierenden Schicht zeigt recht daß der Gamma-Wert in einem weiten Bereich von Ibis 2 gute Linearitätseigenschaften im Halbleiterbereich von kontinuierlich veränderlich, ist Der auswertbare Ein" 10⁷ bis 10⁹ Ohm · cm. Überdies hat die so erhaltene elektrolumineszierende Schicht eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und Umgebungseinflüsse. 65 Der Widerstand der Zwischenschichten, also der halbleitenden Renexions-Widerstandszwischenschicht 104 und der halbleitenden undurchlässigen Widerstands-

gangsenergiebereicb ist gegenüber dem herkömmliehen Wert um nahezu den Faktor 100 gesteigert.

Wird weiter im oben beschriebenen Beispiel di< Gleichspannung derart überlagert, daß die Elektrode auf der Seite der elektrolumineszierenden Schich positive Polarität erhält und die Elektrode auf de

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Seite der photoleitfähigen Schicht negativ wird, so erhält man noch eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit und der Auswertbarkeit im Vergleich zu dem FaI). in dem die Gleichspannung in umgekehrter Richtung angelegt wird.

Wird also in der geschilderten Ausführungsform eine Vorrichtung zum Ändern der Polarität der Gleichspannung Vb, beispielsweise ein Umschalter, an der Spannungsquelle vorgesehen, so können die Betriebskenndaten schon allein durch Verändern der Polarität der Gleichspannung geändert werden, ohne daß der Üpannungswert als solcher geändert wird. Man erhält •lso einen weiten Steuerbereich schon allein dadurch, «laß man zumindest entweder den Spannungswert oder <lie Polarität der der Wechselspannung überlagerten Gleichspannung steuerbar macht.

Das für die photoleitfähige Schicht 106 verwendete photoleitfähige Material CdS : CuCl ist für Strahlungen, wie Röntgenstrahlen, wesentlich unempfindlicher Als für sichtbares Licht. Um auch für solche Strahlungen die Empfindlichkeit zu erhöhen, muß eine geeignete Menge unter Strahlung lumineszierenden Fluoreszenzpulvers (beispielsweise Orangelumineszenzpul-Ver ZnCdS : Ag) zu dem CdS : CuCl-Pulver für die photoleitfähige Schicht hinzugefügt werden. Die Mischung wird dann durch einen Plastikbinder abgebun-

den. Eine derartige Zusammensetzung läßt die Empfindlichkeit um einen Faktor 10 ansteigen. Das ist eine Folge der Tatsache, daß das unter Strahlung lumineszierende Fluoreszenzmaterial durch die einfallende Strahlung, beispielsweise durch Röntgenstrahlen, gleichzeitig mit dem photoleitfähigen Material angeregt wird und daß das photoleitfähige Material zusätzlich durch das jetzt durch die Umsetzung der Strahlung vom Lumineszenzmaterial ausgestrahlte sichtbare ίο Licht angeregt wird. Infolge des ausgenutzten Raumwinkels von 4 π, ergibt sich eine bedeutende Steigerung der Empfindlichkeit. Es sei beispielsweise ein Versuch angeführt, bei dem einer photoleitfähigen Schicht aus CdS : CuCl 10 Volumprozente ZnCdS: Ag zugesetzt wurden. Es ergab sich, daß die in F i g. 3 gezeigten Kennlinien durch den Zusatz von ZnCdS : Ag seitlich zu einem Bereich von um eine Dezimale niedrigeren Eingangsenergien hin verschoben wurden. In diesem Fall zeigen die fluoreszierenden Pulver im Vergleich zu den photoleitfähigen Pulvern bei Abwesenheil eines Lichteinfalls einen erheblich höheren Widerstand und erheblich höhere dielektrische Durchschlagsfestigkeit. Der Zusatz der fluoreszierender Pulver verbessert also sowohl den Dunkelwiderstanc als auch die dielektrische Festigkeit der photolcitfähigen Schicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Bildwandler mit einer elektrolumineszierenden Schicht, die durch anliegende Wechselspannung zur Lumineszenz erregbar ist, einer auf der elektrolumineszierenden Schicht angeordneten photoleitfähigen, aus einem photoleitenden Pulver bestehenden Schicht, deren Impedanz von der Stärke der einfallenden Energie abhängt und deren Gleichstromwiderstand bei fehlender einfallender Energie höher ist als der Gleichstromwiderstand der elektrolumineszierenden Schicht, und mit zwei Elektroden, die die beiden Schichten flächig einschließen, von denen zumindest diejenige an der elektrolumineszierenden Schicht lichtdurchlässig ist und an die im Betrieb eine Wechselspannung und eine dieser überlagerte Gleichspannung gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daC das photoleitende Pulver durch Kunststoff(e) zu der photoleitfähigen Schicht (106) von 200 bis 500 um Dicke verbunden ist, die ihre auf eine Änderung der einfallenden Energie bezogene Wechselstromimpedanzänderung bei Erhöhung der überlagerten Gleichspannung (Vb) erheblich erhöht und deren Wechselstromimpedanz bei fehlender einfallender Energie höher ist als die Wechselstromimpedanz der elektrolumineszierenden Schicht (103), die eine Dicke von 30 bis 60 μηα aufweist.

2. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der elektrolumineszierenden Schicht (103) im Bereich von 10⁷ bis 10° Ohm · cm lügt.

3. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolumineszierende Schicht (103) aus Pulver eines elektrolumineszierenden Fluoreszenzmaterials und Pulver eines einen Widerstand aufweisenden Metalloxids besteht, daß für das vom Fluoreszenzmaterial emittierte Licht ein Reflexionsvermögen aufweist und daß i_-3se beiden Pulver in eine glasartige Masse eingemischt sind.

4. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxid mindestens eines aus der Gruppe SnO₂, TiO₂, WO₃ und Sb₂O₅ gewählt ist

5. Festkörper-Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der elektrolumineszierenden Schicht (103) und der photoleitfähigen Schicht (106) noch mindestens eine einen Widerstand aufweisende Zwischenschicht. (104, 105) angeordnet ist und daß der Gesamtwiderstand der aus der elektrolumineszierenden Schicht (103) und der Zwischenschicht (104, 105) zusammengefaßten Schicht niedriger ist als der Widerstand der photoleitfähigen Schicht (106) bei fehlender einfallender Energie (Ll).

6. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mehrschichtig aufgebaut ist und eine lichtreflektierende Schicht (104) auf der Seite der elektrolumineszierenden Schicht (103) und eine für Licht undurchlässige Schicht (105) auf der Seite der photoleitfähigen Schicht (106) aufweist.

7. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 1, bei der die der elektrolumineszierenden Schicht zugewandte Elektrode ein lichtdurchlässiger leitender Film aus Metalloxid ist, der auf einem lichtdurchlässigen Glasträger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolumineszierende Schicht (103), die aus einem Pulver aus elektrolumineszierendem Fluoreszenzmaterial, einem Pulver aus einem einen Widerstand aufweisenden Metalloxid, das für das vom Fluoreszenzmaterial emittierte Licht ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, und einem glasartigen Material besteht, in das die beiden Pulver eingemischt sind, einen Erweichungspunkt des glasartigen Materials hat, der unter dem Erweichungspunkt des Glasträgers (101) liegt.