DE1903562C

DE1903562C - Solid state imager

Info

Publication number: DE1903562C
Authority: DE
Inventors: Tadao Nakamura Shigeaki Kawasaki Kohashi Tadao Yokohama Nakamura, (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Publication date: 1972-04-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper- Durch die Wahl und Auslegung der aufeinanderThe invention relates to a solid-state By the choice and design of each other

Bildwandler mit einer für die Eingangsenergie durch- folgenden Schichten ist es möglich, einen BiK¹ Image converter with a layer following through for the input energy, it is possible to use a BiK ¹

lässigen Elektrode, daran anschließend einer auf die wandler zu schaffen, der sowohl eine sehr hol;casual electrode, then one on the transducer to create both a very hol;

Eingangsenergie durch Impedanzänderung anspre- Empfindlichkeit aufweist als auch ein sehr guu:.Input energy due to change in impedance has anspre- sensitivity as well as a very guu :.

chenden Schicht, einer ersten, einer Rückkopplung 5 Kontrastverhältnis ergibt, da er einerseits mit seicorresponding layer, a first, a feedback 5 contrast ratio results, since it is on the one hand with

des Eingangssignals dienenden elektrolumineszieren- hohem Dunkelwiderstand gebaut werden kann, ;inof the input signal serving electroluminescent high dark resistance can be built; in

den Schicht, einer Schicht zur optischen Abschir- dererseits auf Grund seiner Durchschlagfesiigkei;the layer, a layer for the optical separation side due to its dielectric strength;

mung und einer zweiten, ein sichtbares Ausgangsbild die sich durch die Mehrzahl der Schichten ergib;mung and a second, a visible output image that results from the plurality of layers;

liefernden elektrolumineszierenden Schicht, die an an eine verhältnismäßig hohe Spannung gelegt we ιdelivering electroluminescent layer, which is applied to a relatively high voltage

einer lichtdurchlässigen Elektrode anliegt. io den kann, die an den Stellen der Einstrahlung ?ia translucent electrode. io den can that at the points of irradiation? i

Solche bekannte Bildwandler (deutsches Ge- einem sehr hell leuchtenden Ausgangsbild führt,Such well-known image converters (German gene result in a very brightly shining output image,

brauchsmuster 1869 477) sind zur Erzeugung eines Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale dc< utility model 1869 477) are used to generate a further details, advantages and features dc <

Rückkopplungseffekts gebaut, indem die erste elek- Erfindung ergeben sich aus der folgenden Bt-Feedback effect built by the first elec- Invention emerge from the following Bt-

trolumineszierende Schicht auf die gegen die Ein- Schreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung:troluminescent layer on the against the inscription. In the drawing the invention is:

strahlung empfindliche photoleitende Schicht zu- 15 beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt ditRadiation-sensitive photoconductive layer illustrated for example, namely shows dit

rückstrahU und damit deren Impedanzänderung er- Figur einen Querschnitt durch einen erfindungs-back radiation and thus its change in impedance- Figure shows a cross section through an inventive

höht. Solche rückkoppelnden Bildwandler sind des- gemäßen Festkörper-Bildwandler,increases. Such feedback image converters are solid-state image converters,

halb hauptsächlich als Bildverstärker und unter Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist einthalf mainly as an image intensifier and under the illustrated embodiment is one

Umständen als Bildspeicher verwendbar. Da jedoch die lichtdurchlässige Elektrode 5 auf einer transparentenCan be used as an image memory under certain circumstances. However, since the transparent electrode 5 on a transparent

photoleitende Schicht nach dem Stand der Technik ao Tragplatte 6 aufgebracht. Eine Stromquelle 7 istphotoconductive layer according to the prior art ao support plate 6 applied. A power source 7 is

auf das Ausgangslicht der ersten Elektrolumineszenz- einerseits an die Elektrode 5 und andererseits anon the output light of the first electroluminescent on the one hand to the electrode 5 and on the other hand

schicht ansprechen muß, kann die Anordnung nur eine gitterförmige Elektrode 10 angeschlossen, dielayer must respond, the arrangement can only a grid-shaped electrode 10 connected to the

für Strahlungen verwendet werden, deren Erzeugung an der einstrahlungsseitigen Oberfläche des BiId-are used for radiation, the generation of which occurs on the surface of the image on the radiation side

mit Hilfe eines geeigneten Elektroluinineszenzmate- wandlers angeordnet ibt. An die Elektrode 10 schließtarranged with the aid of a suitable electroluininescence converter. Closes to the electrode 10

rials möglich ist. Die Verwendbarkeit des bekannten 25 sich, in Richtung auf die Elektrode 5 zu, eine zu-rials is possible. The usability of the known 25 is, in the direction of the electrode 5, an additional

Bildwandlers ist deshalb sehr beschränkt. " sammengesetzte photoleitende Schicht 20, die ausThe imager is therefore very limited. "composite photoconductive layer 20, which consists of

Es sind auch Bildspeicher mit zwei photoleitenden einer ersten photoleiisnden Schicht 21, die als Fühler Schichten bekannt _VUSA.-Patentschrift 2 926 236), für die auftreffenden Strahlen dient, und einer zweidie so angeordnet sind, daß nur bei beidseitiger Be- ten photoleitenden Schicht 22 besteht, ferner eine strahlung ein Lichtausgang erzeugt wird. Auf Grund 30 erste elektrolumineszierende Schicht 41 zum Bewirinterner Rückkopplung kann nach diesem Stand ken einer Lichtrückkopplung, eine lichtundurchder Technik nach erfolgtem Aufstrahlen eines als lässige Schicht 31 und eine zweite elektrolumines-Triggerbild wirkenden Bildes auf eine der photo- zierende Schicht 42, die mit der Elektrode 5 in leitenden Schichten das Bild in der Ausgangslicht- Berührung steht und das Ausgangslicht erzeugt, an. Strahlung bestehen bleiben. Auch bei diesem Stand 35 Wenn das auftreffende Bild b?i.«pielsweise ein der Technik ist eine Optimierung und Bemessung Röntgenstrahlenbild ist, besteht die erste photoleider internen Rückkopplung unabhängig von den tende Schicht 21, die als Fühler dienen soll, aus Charakteristiken des aufgestrahlten Bildes oder der einem photoleitenden Material, das schnell auf das Ausgangslichtstrahlung nicht möglich. auftreffende Röntgenstrahlenbild anspricht.There are also image memories with two photoconductive, a first photoconductive layer 21, known as sensor layers ( _V USA. Patent 2,926,236), for the incident rays, and one two which are arranged so that the photoconductive layer is only used on both sides 22 exists, furthermore a radiation a light output is generated. On the basis of the first electroluminescent layer 41 for causing internal feedback, according to this state of the art, a light feedback, an opaque technique, after an image that acts as a permeable layer 31 and a second electroluminescent trigger image has been irradiated onto one of the photoluminescent layer 42, which is connected to the electrode 5 the image in the output light contact is in conductive layers and generates the output light. Radiation persist. Also in this state 35. If the impinging image is one of the techniques for optimizing and dimensioning an X-ray image, the first photoconductive internal feedback consists of characteristics of the irradiated image regardless of the tending layer 21, which is intended to serve as a sensor or that of a photoconductive material that does not quickly respond to the output light radiation. the impinging X-ray image.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe 40 Im einzelnen dargestellt, kann die erste photo-In contrast, the invention has the task 40. In detail, the first photo-

zugrunde, einen Bildwandler der eingangs genannten leitende Schicht 21, die als Röntgenstrahlenfühlerbased on an image converter of the aforementioned conductive layer 21, which acts as an X-ray sensor

Art zu schaffen, der für beliebige Eingangs- und dient, aus einer dünnen Schicht eines der Mate-To create a kind that serves for any input and, from a thin layer of one of the materials

Ausgangsstrahlungen, soweit sie überhaupt für Fest- rialien CdHgTe, CdSe, PbS oder PbSe oder einesOutput radiation, insofar as it is for solid materials CdHgTe, CdSe, PbS or PbSe or one of them

stoff-Bildwandler in Frage kommen, auslegbar ist Gemisches aus Pulver dieser Materialien und einemMaterial image converter come into question, a mixture of powder of these materials and one can be interpreted

und doch über den internen Rückkopplungseffekt 45 Bindematerial, wie z. B. Epoxyharz, bestehen undand yet via the internal feedback effect 45 binding material, such as e.g. B. epoxy resin, exist and

verfügt. die Dicke der Schicht im Bereich von 50 bisdisposes. the thickness of the layer ranges from 50 to

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch 80 Mikron liegen. Die obigen Materialien wurdenThis object will thereby be 80 microns according to the invention. The above materials were

gelöst, daß die durch Impedaiizänderung reagie- wegen der hohen Empfindlichkeit und wegen dessolved that the reactivity due to the change in impedance because of the high sensitivity and because of the

rende Schicht aus zwei Teilschichten besteht, von schnellen Ansprechens auf ein auftreffendes Bildrende layer consists of two sub-layers, of rapid response to an impinging image

denen die der Elektrode zugewandte Teilschicht eine 50 ausgewählt.where the partial layer facing the electrode is selected as 50.

hohe Empfindlichkeit gegen die Eingangsenergie Die Elektrode 10 in Form eines parallelen Gittershigh sensitivity to the input energy. The electrode 10 in the form of a parallel grid

aufweist und die tiefer liegende, der ersten elektro- aus feinen Metalldrähten besteht beispielsweise aushas and the deeper, the first electro- from fine metal wires consists, for example, of

lumineszierenden Schicht zugewandte Teilschicht in Wolframdrähten von etwa 10 bis 50 Mikron Durch-Partial layer facing the luminescent layer in tungsten wires with a diameter of about 10 to 50 microns

einem Spektralbereich empfindlich ist, der sich mit messer, die mit einer Teilung von etwa 200 bisa spectral range that is sensitive to the knife with a division of about 200 to

dem Emissionsspektralbereich der ersten elektro- 55 600 Mikron angeordnet sind. Sie kann auch diethe emission spectral range of the first electro- 55 600 microns are arranged. She can do that too

lumineszierenden Schicht zumindest teilweise über- Form eines Netzes mit etwa 12 bis 60 Maschenluminescent layer at least partially over-form a network with about 12 to 60 mesh

deckt. Die interne Rückkopplung kann hierdurch pro cm, das aus ähnlichen Metalldrähten gewebt ist,covers. The internal feedback can thus be per cm, which is woven from similar metal wires,

unabhängig von den Gegebenheiten bzw. Erforder* aufweisen.regardless of the circumstances or requirements *.

nissen des Eingangs* und des Ausgangssignals opti- Die zweite photoleitende Schicht 22 besteht ausnissen of the input * and the output signal opti- The second photoconductive layer 22 consists of

miert und den jeweiligen Erfordernissen angepaßt βο einem photoleitenden Material, das auf die Licht*mized and adapted to the respective requirements βο a photoconductive material that reacts to the light *

werden, Insbesondere kann beispielsweise eine rückführung von der elektrolumineszierenden SchichtIn particular, for example, a return from the electroluminescent layer

lineare Verstärkung des Bildwandlers vorgesehen 41 anspricht, und hat einen hohen spezifischen Dun*linear gain of the imager provided 41 responds, and has a high specific Dun *

werden, andererseits ist es auch möglich, ihm eine kelwiderstand und hohe dielektrische Durchschlag*on the other hand it is also possible to give it a resistance and high dielectric breakdown *

Kippcharakteristik zu verleihen. Beispielsweise kann festigkeit. Außerdem ist das Material für die zweiteTo give tilting characteristics. For example, strength. Also is the material for the second

der erfindungsgemäße Bildwandler leicht zum Mes~ 65 photoleitende Schicht 22 so ausgewählt, daß es einenthe image converter according to the invention easily selected for measuring 65 photoconductive layer 22 so that there is a

sen und Anzeigen eines Bestrahlungs-Zulässigkeits- Empfindlichkeitsbereich für eine Wellenlänge hat,sen and display an irradiation allowance sensitivity range for a wavelength,

grehzwertes eingerichtet sein, beispielsweise für Rönt- der im wesentlichen den Betriebsbereich des elek-speed value be set up, for example for X-ray, essentially the operating range of the electrical

gensirshlen oder radioaktive Strahlung. trolumineszierenden Materials überlappt, das dieradiation or radioactive radiation. troluminescent material that overlaps the

Schicht 41 bildet. Wenn es erforderlich ist, einen Halbion in Abhängigkeit von auftretenden Strahlen naturgetreu wiederzugeben, muß die Lichtrückkopplung begrenzt werden durch Verringerung der Überlappung der spektralen Ansprechkurven der Photoleitfähigkeit der zweiten photoleitenden Schicht 22 und der Abstrahlmng der ersten elektrolumineszierenden Schicht 41, um bistabile Charakteristiken zu unterdrücken. In dieser Ausführungsform besteht die zweite photoleitende Schicht 22 aus photoleitendem Pulver aus CdS-CdSe (feste Lösung aus CdS und CdSe), das mit einem Bindemittel, z. B. Epoxyharz, gemischt und in einer Schicht von 200 bis 400 Mikron Dicke aufgebracht ist, die dicker ist als die Schicht 21, und besteht die erste elektrolumineszierende Schicht 411 aus einem Material von der Art eines grün-lumineszierenden ZnS. das eine intensive Lumineszenz aufweist, auf das aber das obenerwähnte photoleitende Material nicht sehr stark anspricht, aoLayer 41 forms. If necessary, a half ion depending on the rays occurring To faithfully reproduce the light feedback must be limited by reducing the overlap the spectral response curves of the photoconductivity of the second photoconductive layer 22 and the radiation of the first electroluminescent Layer 41 to suppress bistable characteristics. In this embodiment there is the second photoconductive layer 22 made of photoconductive powder of CdS-CdSe (solid solution of CdS and CdSe) coated with a binder, e.g. B. epoxy resin, mixed and in a layer of 200 to 400 Micron thickness is applied, which is thicker than the layer 21, and consists of the first electroluminescent Layer 411 of a material of the type of a green-luminescent ZnS. which has an intense luminescence, but the above-mentioned photoconductive material does not respond very strongly, ao

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann jedoch auch eine Speicherwirkung mit bistabilem Charakter für das auftreffende Bild möglich gemacht werden. In diesem Fall wird ein orange-elektrolumineszierendes Material mit ZnCdS für die Schicht 41 »5 und ein photoleitendes Material mit CdS für die Schicht 22 verwendet. Wenn bei dieser Anordnung der Bildwandler die auftreffende Energie empfängt, d.h. das RöntgenstrahlenbildL₁, verringert sich in der ersten photoleitenden Schicht 2Ϊ, die hohe Empfindlichkeit und schnelle Ansprecheigenschaften aufweist, entsprechend schnell der Querwiderstand über den Zwischenräumen der Elektrode 10. Die Verringerung dieses Widerstandes ruft einen unter der Betriebsspannung V der Stromquelle 7 fließenden elektrischen Strom hervor, der die elektroluminesziefenden Schichten 41 und 42 zum Leuchten bringt. Das Licht von der Schicht 41 erregt die zweite chotoleitende Schicht 22, um deren elektrischen Widerstand zu verringern, wodurch weiterer elektrischer Strom durch die elektrolumineszierende Schicht 42 fließt und dadurch die Schicht 42 noch Itärker zum Leuchten veranlaßt wird. Diejenigen Teile der Schicht 41, die durch eine relativ schwache Energie beeinflußt werden, leuchten mit entsprechend niedriger Intensität und führen relativ wenig Licht tu der Schicht 22 zurück. Wenn daher das auftreffende Bild entfernt wird, stellen diese Abschnitte den anfänglichen dunklen Zustand wieder her. Der Bildwandler kann jedoch so angelegt sein, daß Ab- so lchnitte, die durch relativ starke auftreffende Energie beeinflußt werden, eine derart große Lichtmenge tu der Schicht 22 zurückführen, daß das Rückkopplungs- und Verstärkungssystem, das aus den Schichten 41 und 22 besteht, zu oszillieren beginnt und as der lumineszierende Ausgang aus den entsprechenden Abschnitten der elektrolumineszierenden Schicht 42 den stark lumineszierendcn Zustand stabil aufrechthält. In diesem Fall kann die Vorrichtung, wenn die auftreffende Energie wegfällt, doch nicht mehr den anfänglichen dunklen Zustand wieder herstellen, d. h. die Vorrichtung kann als Bildspeicher verwendet werden.The design according to the invention, however, also enables a storage effect with a bistable character for the impinging image. In this case, an orange electroluminescent material with ZnCdS is used for the layer 41 »5 and a photoconductive material with CdS is used for the layer 22. When in this arrangement the image converter receives the incident energy, ie the X-ray image L ₁ , the transverse resistance across the gaps between the electrode 10 is reduced correspondingly quickly in the first photoconductive layer 2Ϊ, which has high sensitivity and fast response properties. The reduction in this resistance calls an electric current flowing below the operating voltage V of the power source 7, which causes the electroluminescent layers 41 and 42 to glow. The light from the layer 41 excites the second chotoconductive layer 22 to reduce its electrical resistance, whereby further electrical current flows through the electroluminescent layer 42, thereby causing the layer 42 to glow even more. Those parts of the layer 41 which are influenced by a relatively weak energy light up with a correspondingly low intensity and lead relatively little light back to the layer 22. Therefore, when the impinging image is removed, these portions restore the initial dark state. The image converter can, however, be designed in such a way that sections which are influenced by relatively strong incident energy return such a large amount of light to the layer 22 that the feedback and amplification system, which consists of the layers 41 and 22, is closed begins to oscillate and as the luminescent output from the corresponding sections of the electroluminescent layer 42 stably maintains the highly luminescent state. In this case, if the incident energy is lost, the device can no longer restore the initial dark state, ie the device can be used as an image memory.

Gemäß der Erfindung wird selbst die geringste Veränderung in der Lumineszenz der elektrolumineszierenden Schicht infoige einer Änderung des Widerstandes oder der Impedanz des Fühlers in Form der photoleitenden Schichten verstärkt und über das innere Rückkopplungs- und Verstärkungssystem dargestellt, das aus der elektrolumineszierenden Schicht und der photoleitenden Schicht besteht. Daher können selbst solche energieempfindliche Materialien wie magnetische Widerstandsmaterialien oder Piezo-Widerstandsmaierir/iin, die bisher infolge ihres niedrigen spezifischen Widerstandes, ihrer geringen Empfindlichkeit und ihrer geringen dielektrischen Durchschlagfestigkeit nicht in Bildwandlern verwendet werden konnten, zur Bildung der Schicht 21 verwendet werden, und dadurch wird die Umwandlung von magnetischer, elastischer oder anderer Einwirkung möglich.According to the invention, even the slightest change in luminescence becomes electroluminescent Layer infoige a change in the resistance or the impedance of the sensor in shape of the photoconductive layers and via the internal feedback and amplification system shown, which consists of the electroluminescent layer and the photoconductive layer. Therefore, even such energy sensitive materials as magnetic resistance materials can or Piezo-Resistance Maierir / iin, which so far as a result their low resistivity, their low sensitivity and their low dielectric Dielectric strength could not be used in imagers to form the layer 21 are used, and thereby the conversion of magnetic, elastic or other Influence possible.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wurde eine mit Zwischenräumen versehene Gitterelektrode verwendet, hauptsächlich um die Änderung der Schicht 21 in Querrichtung auszunützen. Es kann jedoch auch eine Flächenelektrode ohne Zwischenräume benutzt werden, die für die auftreffende Energie durchlässig ist, um die Widerstandsänderung der Schicht 21 in Richtung ihrer Dicke auszunützen.In the embodiment described, a spaced grid electrode was used is used primarily to take advantage of the transverse change in layer 21. It can however, a surface electrode without gaps can also be used for the incident energy is permeable in order to utilize the change in resistance of the layer 21 in the direction of its thickness.

Claims

Claim:

Solid-state image converter with an electrode that is permeable to the input energy, followed by a layer that responds to the input energy by changing the impedance, a first electroluminescent layer serving to feedback the input signal, a layer for optical shielding and a second electroluminescent layer that provides a visible output image, which rests against a transparent electrode, characterized in that the layer (20) which reacts due to the change in impedance consists of two sub-layers (21, 22), of which the sub-layer (21) facing the electrode (10) is highly sensitive to the input energy (L ₁ ) and the lower-lying partial layer (22) facing the first electroluminescent layer (41) is sensitive in a spectral range which at least partially overlaps the emission spectral range of the first electroluminescent layer (41).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings