DE1764330B2 - Festkörper-Bildwandler - Google Patents

Description

betrieben. Bei Bestrahlung erniedrigt sich der Widerstand der Photoleitschicht und leitet damit das zwischen den Außenelektroden liegende Wechselfeld von der Elektrolurnineszenzschicht ab. Die Photo- !eitschicht kann hierbei durch die eingebettete Gitterelektrode oder durch vorspringende Stege der dielektrischen Schicht auch in Abschnitte unterteilt sein.

Bei den bekannten Bildwandlern bereitet es Schwierigkeiten, die Widerstände der verschiedenen Schichten aufeinander abzustimmen, insbesondere ist es bei dem aus der deutschen Auslegeschrift 1 087 698 bekannten, eine WGE-Schicht aufweisenden Bildwandler schwierig, die durch die Photoleitschicht beeinflußte Gleichspannung und die mögliehst konstante Wechselspannung so an die Schichten zu legen, daß sich eine optimale Ausnützung der Widerstandsänderungen ergibt. Die Anpassung der Widerstände der WGE-Schicht und der Photoleitschicht kann nur über eine geeignete Wahl des spe- ao zifischen Widerstandes der Schichtmaterialien erreicht werden. Es ist sehr schwierig, auf diese Weise eine Widerstandsanpassung zu erzielen, da Änderungen des spezifischen Widerstandes des WGE-Materials die Steuerbarkeit der Vorrichtung stark beeinflüssen, die ihrerseits wieder eng mit dem spezifischen Widerstand der Schicht zusammenhängt. Die Anpassung kann sogar grundsätzlich unmöglich werden, ■.venn eine Photoleitschicht mit niedrigem spezifischen Widerstand verwendet werden muß, wie das beispielsweise bei Photoleitschichten für den Infrarotbereich der Fall ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Bildwandlern eine Widerstandsanpassung in für den jeweiligen Fall optimaler Weise zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung ist ein Festkörper-Bildwandler der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolumineszenzschicht eine bei konstanter Wechselspannungserregung durch eine anliegende Gleichspannung in ihrem Lichtausgang steuerbare Schicht (»WGE-Schicht«) ist, daß die Kapazitätsschicht in Abschnitte unterteilt ist, die jeweils über Teilelektrodcn der gitterförmigen zweiten Elektrode angeordnet sind, eine Teilelektrode der dritten Elektrode tragen und zwischen sich Zwischenräume aufweisen, die ein neutrales Widerstandsmaterial enthalten, das jeweils mit einer Teilelektrode einer unterteilten vierten Elektrode verbunden ist. daß die Spannungsquelle Wechselspannung und Gleichspannung überlagert zwischen die erste und die dritte Elektrode legt und daß der Schalter selektiv die erste Elektrode mit der zweiten und die dritte Elektrode mit der vierten oder die erste Elektrode mit der vierten und die zweite Elektrode mit der dritten verbindet.

Hierbei ergibt sich ein Wechselstromkreis über die erste Elektrode, die Elektrolumineszenzschicht und die Kapazität zwischen der zweiten Elektrode mit der Photoleitschicht und der dritten Elektrode, während ein Gleichstromkreis über die vierte Elektrode, des. Widerstandsmaterials und die Photoleitschicht in Richtung ihrer Fläche zwischen dem Widerstandsmaterial und der zweiten Elektrode verläuft. Dieser Aufbau ermöglicht es, sowohl für eine positive als auch für eine negative Bildcharakteristik den im wesentlichen kapazitiv bestimmten Wechselstromweg und den im wesentlichen ohmisch bestimmten Gleichstromweg voneinander zu trennen, und durch die Wahl des Widerstandes des in den Zwischenräumen enthaltenen Widerstandsmaterials kann der Einfluß der Widerstandsänderung der Photolekschicht in Abhängigkeit von der Materialcharakteristik der WGE-Schicht und von der geforderten Festkörper-Bildwandler-Charakteristik leicht optimiert werden. Insbesondere wird eine Wiuersiandshemessung Bevorzugt, bei der, wenn der Widerstand des neutralen Widerstandsmaterials mit der Elsktrolumineszenzschicht in Reihe liegt, sein Widerstand gleich oder höher als der Dunkelwiderstand der Photoleitschicht ist, und daß, wenn der Widerstand des neutralen Widerstandsmaterials zur Elektrolmineszenzschicht parallel geschaltet ist, sein Widerstandswert gleich oder niedriger als der Dunkelwiderstand der Photoleitschicht ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Es zeigen

Fig. 1 und 2 die elektrischen Schaltungen der beiden Betriebsstellungui des Festkörper-Bildwandlers und

F i g. 3 schematisch und teilweise im Schnitt eine Ausführungsform des Festkörper-Bildwandlers.

F i g. 1 zeigt die Parallelschaltung eines Widerstandes R_s mit einem Kondensator C₅, mit der eine weitere Parallelschaltung eines als diskretes Element 1 dargestellten Teils einer Elektrolumineszenzschicht und eines als disk^retes Element 2 dargestellten Teils einer auf eine einfallende Energie L₁ ansprechenden Photoleitschicht in Reihe geschaltet ist. Die Elektrolumineszenzschicht 1 ist eine WGE-Schicht, d. h., sie luminesziert bei Anregung durch ein elektrisches Wechselfeld, und der Lichtstärkeverlauf seines Lumineszenzausgangs ist durch ein elektrisches Gleichfeld gesteuert, das auf es einwirkt. Die Photoleitschicht 2 ist Teil einer im Infrarotbereich photoieitfähigen Schicht aus CdSe oder CaTe-HgTe. Sie weist Elektroden 2' und 2" auf, von denen die Elektrode 2' für Infrarotlichtstrahlen L, durchlässig ist, die hier die Einfallsenergie darstellen. Bei der Photoleitschicht 2 ändert sich der elektrische Widerstand/?,, in Abhängigkeit von der Einfallsenergie L₁. Die beiden hintereinandergeschalteten Parallelschaltungen (C₅ [; R_s und Ii 2) bzw. (C₅! 12 und 1 i R_s) sind mit zwei Spannungsquellen 5 und 6 in Reihe geschaltet. Eine Wechselspannung V₀ ist an die Elektrolumineszenzschicht 1 gelegt. Die Gleichspannung V_b, die an der Elektrolumineszenzschicht 1 liegt, nimmt bei Abnahme des elektrischen Widerstandes R_p des ene^rgieempfindlichen Elementes 2 ebenfalls ab.

Die Wechselspannungsquelle 5 und die Gleichspannungsquelle 6 können gegebenenfalls in eine einzige zusammengesetzte Spannungsquelle zusammengezogen werden. Die Gleichspannungsquelle 6 kann zwischen Anschlußklemmen c und d oder auch zwischen Anschlußklemmen σ und b angeschlossen werden, da der Kondensator C₅ und der Widerstand R_s voneinander unabhängige, mit Elektroden versehene Elemente sind.

Die Wechselspannungserregung der Elektrolumineszenzschicht 1 wird durch über den Kondensator C₅ von der Wechselspannungsquelle 5 her erfolgende Zufuhr von Wechselspannung erzielt. Die Elektrolumineszenzschicht 1 kann von der Wechselspannung V_a mit sehr geringem Spannungsverlust erregt werden, wenn die Wechselstromimpedanz der

Kapazitätsschicht C_s entsprechend kleiner gewählt wird als die des Parallelkreises aus den Schichten 1 und 2. Die Spannung V_a kann unabhängig von Änderungen im Widerstandswert des Widerstandes R_n der Photoleitschicht 2 auf Grund der Einfallsenergie L₁ konstant gehalten werden.

Andererseits ist die an der Elektrolumineszenzschicht 1 liegende Gleichspannung V_b durch die Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes R_n entsprechend der Einfallsenergie L₁ steuerbar. Das Verhältnis der Gleichspannung V_b zur Spannung der Gleichspannungsquelle ist durch das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R_n und R_s bestimmt.

Im allgemeinen beträgt der Bereich des spezifisehen Widerstandes der Elektrolumineszenzschicht, 10⁸ bis 10⁹ Ohm-cm. Das ist ein erheblich größerer Wert als der des spezifischen Dunkelwiderstandes der Photoleitschicht für den Infrarotbereich. Es ist deshalb sehr schwierig, die Widerstände der Schich- ao ten I und 2 einander anzupassen.

Entsprechend der beschriebenen Ausführungsform wird jedoch eine optimale Anpassung der Widerstände ohne irgendeine Beschränkung des Widerstandes der WGE-Elektrolumineszenzschicht erreicht. Das geschieht durch Wählen des Widerstandswertes des Widerstandes R_s in der gleichen Größenordnung oder größer als der Dunkelwiderstand der Photoleitschicht 2.

Die auf die Elektrolumineszenzschicht 1 einwirkende Gleichspannung V_b kann mit hoher Empfindlichkeit gesteuert werden und nimmt mit zunehmender Einfallsenergie ab. Entsprechend steigt der durch die Wechselstromerregung erzielte Lumineszenzausgang L₂ der Elektrolumineszenzschicht 1 an. Er spricht dabei mit hoher Empfindlichkeit auf Zunahmen der Einfallsenergie L₁ an. Man erhält so ein der einfallenden Infrarot-Energie entsprechendes sichtbares positives Bild.

Wird an die Elektrolumineszenzschicht 1 ein Gleichfeld so angelegt, daß die Lumineszenz-Ausgangsseite des Elementes positive Polarität aufweist, so bleibt im elektrolumineszierenden Element ein polarisierendes elektrisches Feld bestehen, selbst wenn das angelegte Gleichfeld zu wirken aufgehört hat. In diesem Fall wird bei Anlage der Wechselspannung der Lumineszenzausgang nicht die ursprüngliche Intensität haben. Man erhält also eine Speicherwirkung. Wird in diesem Zustand an die Elektrolumineszenzschicht eine Gleichspannung entgegengesetzter Polarität gelegt, so wird das in der Elektrolumineszenzschicht vorhandene polarisierende Feld gelöscht.

F i g. 2 zeigt eine Betriebsstellung des Bildwandlers, bei der gegenüber F i g. 1 der Widerstand R_s und die Photoleitschicht 2 ihre Plätze getauscht haben. Hierbei steigt die an der Elektrolumineszenzschic'm 1 liegende Gleichspannung V_b an, wenn der Widerstand R₁, auf Grund einer Einfallsenergie, beispielsweise von Infrarotstrahlen L₁ sinkt. Durch die umgekehrte Steuerwirkung auf den Lumineszenzausgang ergibt sich also in diesem Fall ein Absinken des Lumineszenzausgangs L₂, und man erhält einen negativen Lumineszenzausgang L₂. Die Kapazität C_s und der Widerstand R_s müssen hierfür durch voneinander unabhängige Elemente, nämlich einen Kondensator 8 und einen Widerstand 9, gebildet sein.

Man erreicht einen hochempfindlichen Betrieb, wenn der Widerstandswert R_s von gleicher Größenordnung ist wie der Dunkelwiderstand der Photoleitschicht 2 oder kleiner ist, wobei der Widerstand der Elektrolumineszenzschicht 1 nicht in Betracht gezogen werden muß.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Festkörper-Bildwandlers, der für den Betrieb nach Fig. 1 und für den Betrieb nach F i g. 2 verwendbar ist.

Die Einfallsenergie L₁ ist hier ein Lichtbild. Sie kann aber auch aus Röntgenstrahlen bestehen. Das Einfallsbild wird umgeformt und verstärkt oder gespeichert und als sichtbares Lichtbild wiedergegeben.

Eine lichtdurchlässige Tragplatte 10 besteht beispielsweise aus Glas. Auf ihrer Oberfläche ist eine beispielsweise aus Zinnoxid bestehende, ebenfalls lichtdurchlässige Elektrode 11 angebracht. Darauf befindet sich eine 50 bis 100 Mikrometer dicke Elektrolurnineszenzschicht 1 eines WGE-Materials. Eine einen elektrischen Widerstand aufweisende Lichtabschirmschicht 12 ist etwa 10 Mikrometer dick. Die Photoleitschicht 13 kann aus CdS, CdSe, CdTe-HgTe od. dgl bestehen. Die Schicht kann durch Aufdampfen, Sintern oder Leimen aufgebracht werden. Die Dicke dieser Schicht wird je nach ihrer Zusammensetzung so gewählt, daß die seitliche Photoleitfähigkeit genügend p^roß wird. In der gezeigten Ausführungsform hat die durch Sintern und Aufleimen hergestellte Schicht 13 eine Dicke von 30 bis 100 Mikrometer. In die Photoleitschicht 13 ist sine gitterförmige Elektrode 14 eingebracht, die aus Wolframdraht od. dgl. mit einem Durchmesser von 10 Mikrometer besteht, wobei die einzelnen Drähte einen Abstand von etwa 500 Mikrometer voneinander haben.

Eine streifenartige Kapazitätsschicht 15 aus einem Polyesterfilm oder einer Glasemailleschicht hat beispielsweise eine Stärke von 10 bis 20 Mikrometer und ist parallel zu dieser auf die Photoleitschicht 13 aufgelegt. In den Zwischenräumen zwischen den Streifen der KapaMtätsschicht 15 liegen schmale Streifen aus einem neutralen Widerstandsmaterial 16, die ein Parallelgitter bilden, dessen einzelne Streifen jeweils etwa in der Mitte zwischen zwei benachbarten Gitterdrähten der Elektrode 14 angeordnet sind. Die Streifen aus dem Widerstandsmaterial 16 haben nahezu die gleiche Dicke wie die Kapazitätsschicht 15 und bestehen beispielsweise aus einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Metalloxid, das mit einem Plastikbindematerial oder einem Glasemaille gemischt ist, das ebenfalls einen elektrischen Widerstand aufweist.

Es schließen sich streifenförmige Elektroden 17 und 18 an, die jeweils auf den Streifen der Kapazitätsschicht 15 bzw. den Streifen aus dem Widerstandsmaterial 16 angeordnet sind und einen elektrisch leitfähigen Film darstellen, der beispielsweise aus aufgedampftem Metall oder Zinnoxid besteht oder ein elektrisch leitfähiger, beispielsweise Silber enthaltender Anstrich ist

Von diesen Schichten und Elektroden müssen mindestens die Kapazitätsschicht 15 und die Elektrode 17 für die Einfallsenergie L₁, also z. B. für das Licht- oder Röntgenstrahlen-Bild, durchlässig sein. Die Elektroden 14, 17 und 18, die entsprechend zu Gruppen zusammengefaßt sind, sind ebenso wie die Elektrode 11 über einen Schalter S mit der Wechselspannungsquelle 5 und der Gleichspannungsqueile 6 verbunden, die zueinander in Reihe geschaltet sind.

Die Einfallsenergie L₁ erregt nach Durchtritt durch

die Elektroden 1.7 und 18, die Kapazitätsschicht 15 und die Streifen aus dem Widerstandsmaterial 16 die Photoleitschicht 13, die hier eine auf Licht ansprechende Schicht ist. Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Widerstand R_n entspricht dem Querwiderstand der Photoleitschicht 13 zwischen der Widerstandsschicht ifr und der nächsten Elektrode 14. C, ist die Kapazität der Kapazitätsschicht 15 zwischen der Elektrode 17 und der Photoleitschicht 13. Der Widerstand R_s entspricht dem Widerstand der Widerstandsschicht 16 zwischen den Elektroden 18 und der Photoleitschicht 13.

Die Äquivalenzschaltung der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform ist durch Fig. 1 gegeben, wenn der Schalter S zur Seite A gedreht ist, und durch die Schaltung von Fig. 2, wenn der Schalter S zur Seite B gedreht ist. Es können so beide Betriebsarten bei einer einzigen Vorrichtung möglich gemacht werden. Vorzugsweise werden bei einer solchen Anordnung die Widerstandswerte R_s der Streifen aus dem Widerstandsmaterial 16 und der Dunkelwert des

ίο Quenviderstandes R„ der Photoleitschicht 13 so gewählt, daß sie bei beiden Betriebsarten etwa gleich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

bezüglich der Elektrolumineszenzschicht der ersten Patentansprüche: Elektrode gegenüberliegt, einer in die Photoleit schicht eingebauten, gitterförmigen zweiten Elek-

1. Festkörper-Bildwandler mit einer ersten trode und einer sich an die Photoleitschicht auf der lichtdurchlässigen, flächigen Elektrode, einer sich 5 der Elektrolumineszenzschicht gegenüberliegenden an die erste Elektrode anschließenden Elektro- Seite anschließenden dielektrischen Kapazitätslumineszenzschicht, die durch eine anliegende schicht, auf der eine in Teüelektroden aufgeteilte, Wechselspannung zum Leuchten erregbar ist, dritte flächige Elektrode angeordnet ist, sowie mit einer in ihrem Widerstand von einer eingestrahl- einer Spannungsquelle zum Erregen der Elektroten Energie abhängigen Photoleitschicht, die be- ίο luinineszenzschicht und einem Schalter zum Inverzüglich der Elektrolumineszenzschicht der ersten tieren des Lichtausgangs.

Elektrode gegenüberliegt, einer in die Photoleit- Bei den einfachsten Bildwandlern ist eine Schicht schicht eingebauten, gitterförmigen zweiten Elek- aus photoleitendem Material, das durch eine eingetrode und einer sich an die Photoleitschicht auf stiahlte Energie wie beispielsweise Licht, Röntgender der Elektrolumineszenzschicht gegenüberlie- 15 stranlen, Flektronenstrahlen od. dgl. seinen Widergenden Seite anschließenden dielektrischen Ka- stand verändert, in Reihe mit einer elektroluminespazitätsschicht, auf der eine in Teüelektroden zierenden Schicht geschaltet. Diese Anordnung ist aufgeteilte, dritte flächige Elektrode angeordnet jedoch bereits in mannigfacher Hinsicht vervollstänist, sowie mit einer Spannungsquelle zum Er- digt und variiert worden, um positive oder negative regen der Elekirolumineszenzschicht und einem 20 Bildwidergabe und verbesserte Charakteristiken zu Schalter zum Invertieren des Lichtausgangs, da- erzielen. Beispielsweise ist die Verwendung eines durch gekennzeichnet, daß die Elektro- überlinearen Widerstandselementes bekannt (deutsche lumineszenzschicht (1) eine bei konstanter Auslegeschiiit 1045 569), das sowohl in einem Wechselspannungserregung durch eine anliegende Wechselstromkreis mit einem elektrolumineszieren-Gleichspannung in ihrem Lichtausgang Steuer- 25 den Körper als auch in einem Gleichstromkreis nut bare Schicht (»WGE-Schicht«) ist, daß die Kapa- einem photoleitenden Körper liegt, wohei der durch zitätsschicht (15) in Abschnitte unterteilt ist, die den photoleitenden körper bestimmte Gleichstrom jeweils über Teüelektroden (14) der gitterförmi- den Arbeitspunkt des Widerstandselementes festlegt gen zweiten Elektrode angeordnet sind, eine und damit den Wechselstromfluß bestimmt. Es sind Teilelektrode (1") der dritten Elektrode tragen 30 auch Bildwandler bekannt (deutsche Patentschrift und zwischen sich Zwischenräume aufweisen, die 1 137 147; »Solid State Physics« Bd. 4, 1960, S. 762 ein neutrales Widerstands.nateriu« (16) enthalten, bis 775), bei denen die hierfür unterteilte Photoleitdas jeweils mit einer Teilelekt'ode (18) einer schicht gleichstrommäßig und die Elektroluminesunterteilten vierten Elektrode verbunden ist, daß zenzschicht wechselstrommäßig betrieben werden, die Spannungsquelle Wechselspannung und 35 indem der Wechselstrom verzweigt und jeweils mit Gleichspannung überlagert zwischen die erste Hilfe von Dioden oder Vorspannungsquellen gleichet) und die dritte (17) Elektrode legt und daß gerichtet wird. Weiterhin ist es bekannt (deutsche der Schalter (S) selektiv die erste Elektrode mit Ausiegeschrift 1 078 250), zur Erhöhung der Empder zweiten und die dritte Elektrode mit der vier- findlichkeit eingangsseitig vor den Bildwandler einen ten oder die erste Elektrode mit der vierten und 40 Strahlungszerhacker vorzuschalten, so daß die umdie zweite Elektrode mit der dritten verbindet. zuwandelnde Strahlung impulsartig einfällt.

2. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 1, Es ist auch ein Bildwandler bekannt (deutsche dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstands- Patentschrift 1 004 301), der eine besondere, in der wert (R₅) des neutralen Widerstandsmaterials deutschen Aaslegeschrift 1 087 698 als WGE-Schicht (16) zwischen der vierten Elektrode (18) und der 45 bezeichnete Schicht (»Wechselspannungs-Gleich-Photoleitschicht (13) gleich oder höher als der spannungs-Elektrolumineszenz-Schicht«) enthält, die Widerstandswert (R_n; 16-14) der Photoleitschicht durch eine im wesentlichen konstante anliegende (13) bei fehlender einfallender Energie ist. Wechselspannung zur Lumineszenz erregt wird und

3. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 1, in der erzeugten Lichtstärke von einer anliegenden dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstands- 50 Gleichspannung gesteuert wird. Hierfür ist jedoch in wert (R_s, 9) des neutralen Widerstandsmaterials der erstgenannten Patentschrift ein äußerst umständ-(16) zwischen der vierten Elektrode (18) und der licher Aufbau vorgesehen, mit jeweils zwei in Reihe Photoleitschicht (13) gleich oder niedriger als der geschalteten photoleitenden Körpern, von denen zur Widerstandswert (R_n; 16-14) der Photoleitschicht Erzeugung einer Potential-Unsymmetrie nur einer (13) bei fehlender einfallender Energie ist. 55 der einfallenden Strahlung ausgesetzt werden darf.

Hierfür bedarf es einer besonderen Linsenausführung des Glasträgers des Bildwandlers, um diese Bedin-

gung auf optischem Wege zu erfüllen.

Schließlich ist auch ein Bildverstärker bekannt

60 (deutsches Gebrauchsmuster 1 869 477), bei dem in

die Photoleitschicht eine Gitterelektrode eingebaut

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper- ist, die mit der auf der Elektrolumineszenzschicht Bildwandler mit einer ersten lichtdurchlässigen, sitzenden Außenelektrode verbunden ist, während flächigen Elektrode, einer sich an die erste Elektrode zwischen der Photoleitschicht und der ihr zugeordanschließenden Elektrolumineszenzschicht, die durch 65 neten Außenelektrode eine dielektrische Kapazitätseine anliegende Wechselspannung zum Leuchten er- schicht angeordnet ist. Zum Bildinvertieren kann regbar ist, einer in ihrem Widerstand von einer ein- auch eine andere Elektrodenverbindung hergestellt gestrahlten Energie abhängigen Photoleitschicht, die werden. Der Bildverstärker wird mit Wechselstrom