DE1639462B1 - Festkoerper-bildwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildwandler zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in ein sichtbares Bild, bei dem infolge der durch bildmäßig verteilte Bestrahlung eines photoemittierenden Materials emittierten Elektronen die elektrische Leitfähigkeit einer Halbleiterschicht in bildmäßiger Verteilung geändert und dadurch die Leuchtdichte einer elektrolumineszenten Leuchtstoffschicht in bildmäßiger Verteilung gesteuert wird.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 200 968 und die USA.-Patentschrift 3 100 845 sind Festkörper-Bildwandler dieser Art bekannt. Bei ihnen sind jedoch die photoemittierenden Elemente von den anderen Komponenten getrennt, und die emittierten Elektronen müssen auf die anderen Elemente fokussiert werden. An die Halbleiterschicht und die elektrolumineszente Schicht oder an die Halbleiterschicht und eine Isolierstoffschicht ist eine Spannung anzuschalten, um durch die emittierten Elektronen eine Lumineszenz der lumineszierenden Schicht zu erzielen. Dabei müssen die Elektroden in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sein. Zur Lumineszenz wird also ein bildmäßig verteilter Spannungszustand ausgenutzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Anordnungen dieser bekannten Art derart zu verbessern, daß keine Fokussierungsvorrichtung für die Elektronen erforderlich ist, da diese einen beachtlichen Raumbedarf verursacht. Dadurch soll sich insgesamt ein bei minimalem Aufwand kompakt aufgebauter Bildwandler ergeben.

Ein Festkörper-Bildwandler der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemaß derart ausgebildet, daß die von rasterartig auf der einen Seite einer dünnen Isolierstoffschicht verteilten photoemittierenden Elementen bei Bestrahlung emittierten Elektronen zu einer einstrahlungsseitig angeordneten Sammelelektrode abgeleitet werden und daß die dadurch entstehende bildmäßige Ladungsverteilung in einer auf der anderen Seite der Isolierstoffschicht unmittelbar angrenzenden Feldeffekt-Halbleiterschicht eine entsprechende Leitfähigkeitsverteilung bewirkt, die zur bildmäßig verteilten Änderung eines Stromflusses durch die Leuchtstoffschicht ausgenutzt wird.

Dadurch, daß die von den photoemittierenden Elementen emittierten Ladungsträger außerhalb des Wirkungsbereiches zwischen den photoemittierenden Elementen und der Halbleiterschicht abgeleitet werden, entsteht ein Ladungsmuster auf der rasterartigen Verteilung der photoemittierenden Elemente. Dieses Ladungsmuster wirkt auf die Halbleiterschicht ein. Dabei ist keine Fokussierungsvorrichtung für die emittierten Elektronen erforderlich, sondern lediglich eine einfache Sammelelektrode, die im beschriebenen Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet ist. Durch die Einwirkung des Ladungsmusters auf die Halbleiterschicht ist es möglich, im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen in der Leuchtstoffschicht einen bildmäßig verteilten Stromfluß zu erzielen. Bei einem noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiel können hierzu Elektroden in nur einer Ebene -in die Leuchtstoffschicht eingebettet sein. Eine an die Elektroden angeschaltete Wechselspannungsquelle erzeugt dann einen Stromfluß durch die Leuchtstoffschicht, dessen Stärke entsprechend der durch das Ladungsmuster erzeugten Leitfähigkeit der Halbleiterschicht bildmäßig verteilt ist. Es werden also zur Anregung der elektrolumineszierenden Leuchtstoffschicht keine Elektronen benötigt, die mit hoher Energie auf eine Schicht eines Materials auftreffen, das eine Spannungsänderung an der elektrolumineszenten Schicht bewirkt.

Da eine direkte Einwirkung eines Ladungsmusters auf die Halbleiterschicht ausgenutzt wird, ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der gesamten Bildwandleranordnung. Alle verwendeten Schichten können

unmittelbar nebeneinander angeordnet sein, so daß für den gesamten Vorgang einer Bildwandlung ein viel geringerer Raumbedarf entsteht, als es bei den bekannten Anordnungen verursacht wird.

Ein weiterer Vorteil eines Bildwandlers nach der Erfindung besteht darin, daß er keine photoleitende Schicht aufweist, wie es bei weiteren bekannten Bildwandlern der Fall ist (vergleiche z. B. USA.-Patentschriften 3 107 303 und 3 217 168). Bei der Verwendung photoleitender Schichten zur Ausnutzung ihrer lichtabhängigen Leitfähigkeitsänderung ist jeweils eine besondere elektrostatische Aufladung der Schicht erforderlich, um einen Ausgangszustand herzustellen, der durch Strahlungseinwirkung und damit verbundene Ladungsableitung zu einem bildmäßig verteilten Ladungsmuster führt. Eine derartige besondere Aufladung ist bei einem Bildwandler nach der Erfindung nicht erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß aufgebauten Bildwandlers wird im folgenden an Hand der Figur beschrieben.

In der Figur ist der Querschnitt einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Abbildungsanordnung dargestellt. Ein Glaskolben 34 umgibt einen Sammelzylinder 36 sowie eine Schichtstruktur 38. Der Sammelzylinder 36 ist durch den Kolben 34 mit einem Schalter 40 für Speichern und Löschen elektrisch verbunden, der in der Löschstellung eine Verbindung mit Erde 42 sowie ferner eine Verbindung mit einer geerdeten Spannungsquelle 44 einer Spannung von beispielsweise 100 Volt herstellt. Alle gemäß der Erfindung ausgebildeten aktiven Schichten stehen miteinander in Berührung und bilden eine einzelne flache Schichtstruktur 38. Diese besteht aus einer Glasplatte 46, deren Oberfläche mit einer Anzahl nebeneinander angeordneter leitfähiger, durchsichtiger Elektrodenstreifen 48 versehen ist, die durch die Glasplatte 46 hindurch mit einer Wechselspannungsquelle 50 verbunden sind. Die Glasplatte 46 und die Elektroden 48 sind mit einer elektrolumineszenten Leuchtstoffschicht 52 überzogen. Hierzu kann jeder elektrolumineszente Leuchtstoff verwendet werden. Typische derartige Stoffe sind Zinksulfid, Zinkorthosilikat mit Spuren von Mangan, andere Oxide und Sulfide von Zink, Kadmium und Magnesium und ferner Zinksulfid mit Mischungen von Kupfer und/oder Blei. Die elektrolumineszente Leuchtstoffschicht 52 ist mit einer Feldeffekt-Halbleiterschicht 54 überzogen. Typische hierfür verwendbare Stoffe sind Zinkoxid, Kadmiumsulfid, Antimontrisulfid, Kadmiumoxid, Bleioxid, Germanium und Silizium. Die Feldeffekt-Halbleiterschicht 54 ist mit einer dünnen Schicht 56 eines elektrisch nichtleitenden Stoffes überzogen. Hierfür ist ein elektrischer Isolator geeignet, durch den Licht oder elektromagnetische Strahlung passieren kann, wenn er als dünner Film ausgebildet ist. Typische Isolatoren sind Siliziummonoxid, Siliziumdioxid, Kalziumfluorid und Aluminiumoxid. Die Außenfläche der Isolierstoffschicht 56 ist mit einem Raster photoemittierender Elemente 58 versehen, wie sie in der Ikonoskop-Fernsehbildaufnahmeröhre verwendet werden. Typische photoemittierende Stoffe sind Antimon-Cäsiumverbindungen und Mischungen von Antimon-Cäsium, Silber-Sauerstoff-Cäsium und Wismuth-Sauerstoff-Silber-Cäsium.

Der Sammelzylinder 36 ist aus noch zu beschreibenden Gründen gleichfalls mit einer photoemittierenden Schicht überzogen.

Beim Betrieb der Anordnung wird eine Wechselspannung 50 an die Elektrodenstreifen 48 angelegt. Anfangs liegen die photoemittierenden Rasterelemente 58 an Erdpotential. In diesem Zustand ist die Leitfähigkeit der Feldeffekt-Halbleiterschicht 54, die beispielsweise aus Zinkoxid oder Kadmiumsulfid besteht, so gering, daß im wesentlichen kern Wechselstrom durch die elektrolumineszente Leuchtstoffschicht 52 fließt. Daher wird von dieser Schicht auch

ίο kern wahrnehmbares Licht abgegeben. Wird ein Bild, wie in der Figur angedeutet, auf die photoemittierende Rasterschicht 58 projiziert, so werden von den einzelnen Elementen des Rasters Elektronen abgegeben, die von dem Sammelzylinder 36 durch dessen Feldwirkung infolge seiner Vorspannung von 100 Volt positiv angezogen werden. Durch die Belichtung und durch die Wirkung des Sammelzylinders bildet sich auf den Rasterelementen 58 ein Muster aus positiven Potentialen, deren Werte beispielsweise zwischen 0 und 10 Volt liegen. Dieses Potentialmuster wirkt mit seinem Feld durch die Isolierstoffschicht 56 hindurch auf die Feldeffekt-Halbleiterschicht 54 und vergrößert deren Leitfähigkeit in einer entsprechenden Verteilung. Damit ergibt sich ein Wechselstromfluß durch entsprechende Teile der Leuchtstoffschicht 52, die dadurch Licht abgibt. Da das auf dem photoemittierenden Raster 58 gespeicherte Ladungsmuster auch nach der Abschaltung des Bildes erhalten bleibt, kann das abgegebene Bild mehrere Stunden lang betrachtet werden, wobei seine Beständigkeit lediglich durch die Ladungsableitung vom Raster 58 begrenzt ist.

Zur Löschung des auf dem Raster 58 gespeicherten Ladungsmusters wird der Sammelzylinder 36 durch Betätigung des Schalters 40 an Erde 42 geschaltet. Wie bereits beschrieben, wurde die Fläche des Sammelzylinders 36 bei der Herstellung der Röhre mit einem photoemittierenden Stoff überzogen, so daß er zumindest leichte photoemittierende Eigenschaften besitzt. Durch Einwirkung des Lichtes einer HiKslichtquelle (nicht dargestellt) auf den Sammelzylinder 36 werden an diesem Photoelektronen erzeugt. Diese werden von den positiven Rasterelementen 58 angezogen und neutralisieren sie, bis Erdpotential erreicht ist, wodurch sich ein gelöschter Zustand der Anordnung ergibt.

Das vorzugsweise Ausführungsbeispiel wurde für die Verwendung einer Wechselstromquelle beschrieben, eine Gleichstromquelle kann jedoch gleichfalls zusammen mit entsprechenden Gleichstrom-Leuchtstoffen verwendet;'werden.

Die beschriebene Anordnung kann im Gegensatz zum dargestellten Falle auch außerhalb des Vakuums des Röhrenkolbens arbeiten. Werden für das eingegebene Bild Wellenlängen im ultravioletten Bereich verwendet, so sind photoemittierende Stoffe wie reine Metalle oder Magnesiumoxid geeignet, da die Quantenausbeute für Photonen von 10 eV für diese Stoffe in der Größenordnung von 0,1 liegt. Diese Stoffe werden durch Luft nicht beeinträchtigt und können daher Photoelektronen abgeben, die vom Sammelzylinder 36 angezogen werden. Die Abgabe dieser Photoelektronen verursacht eine Aufladung der Rasterelemente 58 in der beschriebenen Weise entsprechend dem Betrieb in Vakuum. Da keine elektronenoptische Abbildung der Photoelektronen bei der vorliegenden Erfindung benötigt wird, sind die gekrümmten Bahnen dieser Elektronen für die Betriebsweise der An-

Ordnung unwesentlich, und eine Verschlechterung des Vakuums beeinträchtigt nicht ihre Wirkungsweise. Wurden in bekannten elektronenoptischen Bildwandlern mit Vakuumgefäß durch kurzwellige Strahlung anregbare Photokathoden verwendet, so war es erfor-

derlich, speziell ausgebildete Frontplatten vorzusehen, die diese Wellenlängen durchlassen. Bei der Erfindung wird dieses Problem durch Weglassen des Kolbens und der Frontplatte völlig ver-5 mieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Festkörper-Bildwandler zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in ein sichtbares Bild, bei dem infolge der durch bildmäßig verteilte Bestrahlung eines photoemittierenden Materials emittierten Elektronen die elektrische Leitfähigkeit einer Halbleiterschicht in bildmäßiger Verteilung geändert und dadurch die Leuchtdichte einer elektrolumineszenten Leuchtstoffschicht in bildmäßiger Verteilung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von rasterartig auf der einen Seite einer dünnen Isolierstoffschicht (56) verteilten photoemittierenden Elementen (58) bei Bestrahlung emittierten Elektronen zu einer einstrahlungsseitig angeordneten Sammelelektrode (36) abgeleitet werden und daß die dadurch entstehende bildmäßige Ladungsverteilung in einer auf der anderen Seite der Isolierstoffschicht (56) unmittelbar angrenzenden Feldeffekt-Halbleiterschicht (54) eine entsprechende Leitfähigkeitsverteilung bewirkt, die zur bildmäßig verteilten Änderung eines Stromflusses durch die Leuchtstoff schicht (52) ausgenutzt wird.

2. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine durchsichtige, nichtleitende Trägerplatte (46), auf der eine Anzahl mit einer Spannungsquelle (50) verbundener, leitfähiger, durchsichtiger Elektroden (48) nebeneinander angeordnet ist, über denen unmittelbar übereinanderliegend die elektrolumineszente Leuchtstoffschicht (52), die Feldeffekt-Halbleiterschicht (54), die Isolierstoffschicht (56) und das aus photoemittierenden Elementen (58) gebildete Raster vorgesehen sind.

3. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (50) eine Wechselspannungsquelle ist.

4. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (50) eine Gleichspannungsquelle ist.

5. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegenden Schichten (38) mit dem photoemittierenden Raster (58) und die Sammelelektrode (36) in einem evakuierten Gefäß (34) angeordnet sind.

6. Festkörper-Bildwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode (36) mit einer photoemittierenden Schicht bedeckt ist und somit zur selektiven Löschung des Ladungsmusters auf dem Raster (58) geeignet ist.