DE1914912C3

DE1914912C3 - Festkörper-Bildverstärker

Info

Publication number: DE1914912C3
Application number: DE19691914912
Authority: DE
Inventors: Benjamin Pasadena Calif. Kazan (V.St.A.)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1974-11-28
Also published as: GB1273801A; DE1914912A1; DE1914912B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper-Bildverstärker mit Bildspeicherungseigenschaften, mit einer strahlungseingangsseitigen transparenten Elektrode, die mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, einer an der transparenten Elektrode unmittelbar angrenzenden fotoleitfähigen Schicht und einer elektrolumineszierenden Anordnung, die durch in elektrolumineszierenden Leuchtstoff eingebettete und gegeneinander durch zumindest einen Teil des Leuchtstoffes isolierte, parallele streifenförmige Elektroden, die abwechselnd mit einem der beiden Pole einer zweiten Spannungsquelle verbunden sind, mit Spannung versorgt wird, bei der zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der elektrolumineszierenden Anordnung bzw. einem Teil der streifenförmigen Elektroden eine Schicht aus einem Feldeffekt-Halbleiter so angeordnet ist, daß der elektrolumineszierende Leuchtstoff sich zwischen jeder zweiten Elektrode und dem Feldeffekt-Halblciter befindet.

Ein solcher Festkörper-Bildverstärker wurde mit der deutschen Patentschrift I 639 460 bereits vorgeschlagen, der jedoch eine elektrisch isolierende Schicht zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Felclcffekl-Halbleiterschicht aufweist, auf der die von der fotoleitendcn Schicht abgegebenen Ladungen gebunden werden, wodurch diese elektrisch isolierende Schicht als Steuerelektrode für die als Verstärker wirkende Feldeffekt-Halbleiterschicht wirkt.

Mit der deutschen Patentschrift 1 639 462 wurde ein Festkörper-Bildwandler vorgeschlagen, der an einer der Bildstrahlung zugewandten Seite fotoemittierende Elemente aufweist, die bei ihrer Bestrahlung Elektronen zu einer oder mehreren Sammelelektroden emittieren. Durch diese Elektronenabgabe durch die fotoemittierenden Elemente entsteht eine dem

ίο Strahlungsbild entsprechende Ladungsverteilung auf der den fotoemittierenden Elementen abgewandten Seite einer diese tragenden Isolierstoffschicht, an die eine Feldeffekt-Halbleiterschicht angrenzt. Damit wirkt auch diese Isolierstoffschicht wieder als Steuerelektrode für die Feldeffekt-Halbleiterschicht, die dadurch eine entsprechende Leitfähigkeitsverteilung erhält. Diese unterschiedliche Leitfähigkeitsverteilung bewirkt aber einen unterschiedlichen Stromfluß in der Leuchtstoffschicht, wodurch von dieser ein dem Strahlungsbild entsprechendes sichtbares Bild dargestellt wird.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 202 913 ist ein Feststoff-Bildverstärker bekannt, bei dem auf rippenförmigen Erhöhungen auf der dem Strahlungsbild zu-

^a5 gewandten Seite jeweils an den Scheitelflächen der Erhöhungen erste Elektroden angeordnet sind, die mit einer Gleichspannungsquelle derart verbunden sind, daß jeweils benachbarte Elektroden mit unterschiedlichen Polen der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Flanken der rippenförmigen Erhöhungen sind mit einem fotoleitfähigen Material beschichtet, das bezogen auf jeweils eine rippenförmige Erhöhung unterschiedlich polarisiert ist. Unterhalb der rippenförmigen Erhöhungen sind inselförmige Hilfselektrodenelemente vorgesehen, die auf einer elektrisch isolierenden Schicht angeordnet sind. Unterhalb der elektrisch isolierenden Schicht ist eine aus einem elektrolumineszierenden Leuchtstoff gebildete Schicht vorgesehen, die entsprechend der geometrischen Anordnung der Hilfselektrodenelemente in mehrere Leuchtelemente unterteilt ist. Unterhalb der Leuchtstoffschicht befindet sich schließlich eine weitere Elektrode, die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist. Bei Bestrahlung der die rippen-

*5 förmigen lirhöhungen aufweisenden Seite des Feststoff-Bildverstärkers mit einem Strahlungsbild leuchten entsprechend der bildmäßigen Verteilung des Strahlungsbildes die einzelnen Leuchtelemenlc innerhalb der Leuchtstoffschicht auf und erzeugen so ein dem Strahlungsbild entsprechendes sichtbares Bild. Dieser bekannte Feststoff-Bildverstärker hat jedoch gegenüber den mit Elektronenröhren arbeitenden Bildverstärkern nur einen sehr geringen Verstärkungsgrad und eine dementsprechend ungenügende Bildqualität.

Aus der USA.-Patentschrift 2 905 830 ist ein sehr ähnlich aufgebauter Festkörper-Bildverstärker bekannt, bei dem die zwischen den Hilfselcktrodenelcmenten und der Lcuchtstoffschicht vorgesehene elektrisch isolierende Schicht aus einem ferro-elektrischen Material besteht, das je nach tier an ihm liegenden elektrischen Spannung eine unterschiedliche Lcilfähigkeii zeigt. Auch dieser bekannte Festkörper-Bildverstärker erreicht jedoch eine nur relativ geringe Verstärkung, so daß er hinsichtlich der erzeugten Biklqualität mit den mit Elektronenröhren arbeitenden herkömmlichen Bildverstärkern nicht konkurrieren kann.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs erwähnten Festkörper-Bildverstärker so zu verbessern, daß sie hinsichtlich Verstärkungsgrad, Speicherfähigkeit und auch Bildqualität mit den aus herkömmlichen Elektronenröhren aufgebauten Bildverstärkern vergleichbar sind, andererseits jedoch die durch die Festkörpertechnik bedingten Vorteile gegenüber diesen herkömmlichen Bildverstärkern beibehalten.

Bei eiiism Festkörper-Bildverstärker ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich starke Fangstellen oder eine Sperrschicht an der Grenzschicht der fotoleitfähigen Schicht und der Feldeffekt-Halbleiterschicht befindet.

Ein derartig aufgebauter Festkörper-Bildverstärker erübrigt die Benutzung einer zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Feldeffekt-Halbleiterschicht angeordneten elektrisch isolierenden Schicht, die bisher als Steuerelektrode für die Feldeffekt-Halbleiterschicht als zwingend erforderlich gehalten wurde. Die in der genannten Weise ausgebildete und angeordnete Feldeffekt-Halbleiterschicht ermöglicht nämlich eine Ladungsbindung unmi.lelbar an der Oberfläche der Halbleiterschicht seihst, wodurch nicht nur der durch die Isolierschicht bedingte Leistungsveriust vermieden wird, sondern gleichzeitig auch der Aufbau des Festkörper-Bildverstärkers durch Einsparung einer weiteren Schicht konstruktiv einfacher wird.

Den Aufbau der Feldeffekt-Halbleitcrschicht und die Speisung des Festkörper-Biildverstärkers betreffende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Seitenschnitt einer Ausführungsform eines Festkörper-Bildverstärkers sowie das zugehörige Srhaltschema,

F i g. 2 das Ersatzschaltbild der in F i g. I gezeigten Anordnung,

Fig. 3 den Seitenschnitt einer zweiten Ausführungsform des Festkörper-Bildverstärkers mit zugehöriger Schaltung und

Fig.4 das Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß F i g. 3.

In Fig. 1 ist eine Bildverstärkerplatte 11 dargestellt, die eine dünne, optisch durchsichtige und elektrisch leitfähige Schicht 12 als strahlungseingangsseitige transparente Elektrode, auf einer fotoleitfähigen Isolierstoffschicht 13 als fotoleitfähige Schicht, enthält. Die optisch durchsichtige und elektrisch leitfähige Schicht 12 dient als transparente Elektrode und kann aus einem der bekannten leitfähigen Stoffe wie z. B. einer dünnen Schicht aus Kupferoxid. Kupferiodid, Zinnoxid, Gold od. ä. bestehen. Für die fotoleitfähige Schicht 13 kann jeder geeignete Fotoleiter mit hohem spezifischen Widerstand verwendet werden. Er wird entweder als homogene Schicht oder in Form fein verteilter Teilchen aufgebracht, die in einem elektrisch nichtleitenden, filmbildcndcn Bindemittel dispergiert sind. Verschiedene Dotierungsmittel, Zusätze, Sensitivierungsmittel und ähnliche für Fotoleiter bekannte Zusatzstoffe können gleichfalls zur Abänderung der Empfindlichkeit, des Empfindlichkcitsspektrums oder anderer Eigenschaften des Fotolcitcrs verwendet weiden. Hierzu sind bekannte Verfahren anwcütlbar. Typische Fotoleiter sind Schwefel. Anthracen. Selen. Arsensulfid. Antimontrisulfid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfoselenid, Bleioxid, Bleisulfid, Polyvinylcarbazol, Phthalocyanin, Chinacridone, Zinksulfid.
Die fotoleitfähige Schicht 13 soll so stark sein, daß sie einen wesentlichen Anteil der auftreffenden aktivierenden elektromagnetischen Strahlung absorbiert und die angelegte Spannung aushält. Entsprechend soll ein Fotoleiter mit einem hohen Dunkelwiderstand mit einer Stärke von etwa 1 bis etwa 100 Mikrön, vorzugsweise von 25 bis 50 Mikron, verwendet werden.

Unter der fotoleitfähigen Schicht 13 ist eine FeIdeffekt-Halbleiterschicht 14 vorgesehen, die eine Reihe sehr feiner, nahe beieinander und parallel zueinander angeordneter, elektrisch voneinander getrennter Leiter (Elektroden) 16 bedeckt, die in die Schicht eingebettet sind. Die Breite und der Abstand der Elektroden 16 bestimmen das Auflösungsvermögen der Anordnung. Beispielsweise ergeben sich gute Erfolge bei Elektroden von 0,25 mm Breite, die einen Mittenabstand von 0,3 mm haben (50°.· Flächendeckung). Es können aufgedampfte Metallelektroden verwendet werden, deren Stäil-.e nur wenige Tausend Angström-Einheiten beträgt. Jede zweite

as Elektrode 16 ist mit einem bei Gleichspannung elektrolumineszierenden Leuchtstoff bedeckt. Hierzu kann jeder geeignete elektrolumineszierende Leuchtstoff verwendet werden. Ein typischer bei Gleichspannung lumineszierender Leuchtstoff besteht aus mit Kupferchlorid und mit Mangan aktiviertem Zinksulfid und ist von Thornton in Journal of Applied Physics, Vol. 33, Nr. 10, S. 3045 ff., beschrieben. Die Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 kann als ein Halbleiterwiderstand betrachtet werden, dessen Leitfähigkeit durch ein transversales elektrisches Feld gesteuert wird, das mit einer eingeschalteten Spannung erzeugt wird. Der Halbleiter kanu entweder ein n-Ieitender oder p-Ieitender Halbleiter sein. Jeder geeignete Feldeffekt-Halbleiter kann verwendet werden.

Typische Feldeffekt-Halbleiter sind Silicium, Germanium, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinkoxid.

Die transparente Elektrode 12 irü mit einer Gleichspannungsquelle 19 von etwa 100 Volt verbunden. Die Elektroden 16 sind abwechselnd mit jeweils einem Pol einer zweiten Gleichspannungsquelle 18 verbunden, deren Spannung einige Hundert Volt beträgt. Diese Spannungen können gegenüber den angegebenen Werten unabhängig von den jeweils verwendeten Stoffen, Schichtstärken und erforderlichen Helligkeitswerten unterschiedliche Werte besitzen. Trifft Licht oder eine andere Strahlung 21 eines Bildes auf die Bildverstärker-Platte auf und durchdringt es die transparente Elektrode 12, so wird die fotoleitfähige Schient 13 leitfähiger, wodinch Ladungen sich durch die fotoleitfähige Schicht 13 zur Oberfläche der Fcldeffekt-Halbleiterschicht 14 bewegen können, wie dies bei 22 gezeigt ist. Da andere Teile der fotoleitlähigen Schicht, die den dunklen Machen des Projektionsbildes entsprechen, nicht beeinflußt werden.

durchdringen die von der Gleichspannungsquclle 19 abgegebenen Ladungen die relativ isolierende fotoleitfähige Schicht 13 in diesen Bereichen nicht, sondern werden nn einer Wanderung gehindert. Die Ladung 22, die durch die fotoleitfähige Schicht 13 hindurchwandert, wird an der Grenzschicht zwischen den Schichten 13 und 14 gebunden und induziert L.idungen entgegengesetzter Polarität in der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14. Die Ladunesbinduns an

der Oberfläche der Fcklcffekt-Halblcitcrschidit wird entweder durch eine Sperrschicht oder durch das Vorhandensein starker Fangstellen verursacht. Diese Ladungen induzieren ähnlich wie beim Feldeffekt-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode Ladungen entgegengesetzter Polarität in der Fcldeffekt-I IaIbleitcrschicht 14. Ist die Feldcffckt-Halbleiterscliicht 14 beispielsweise ein n-lcitcnder Halbleiter und die Ladung 22 negativ, so wird der Widerstand der Feldeffekt-Halbleiterschicht erhöht. Dadurch wird der Stromfluß in den Bereichen nahe den Elektroden 16 verringert, und der elektrolumineszierende Leuchtstoff über benachbarten Elektroden kann nicht leuchten. Da die Spannung der Spannungsquellc 18 an den Elektroden 16 ein helles Leuchten des elektrolumineszierenden Leuchtstoffes in denjenigen Bereichen der Festkörper-Bildverstärkerplatte bewirkt, wo der Widerstand der Feldcffekt-Halbleiterschicht 14 nicht durch die äußeren Ladungen erhöht wurde, erzeugen die nicht belichteten Flächen ein helles Leuchten bzw. ein Bild, welches ein Negativ des eingegebenen Bildes ist.

Durch Umkehrung der Polarität der Gleichspannungsquelle 19 wird auch die Polarität der Ladung 22 umgekehrt. Dieses erzeugt nun einen Anstieg der Leitfähigkeit der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 (wenn diese ein n-Ieitender Halbleiter ist), wodurch sich ein abgegebenes Positivbild einstellt. In den belichteten Flächenteilen der fotoleitfähigen Schicht kann also eine positive Oberflächenladung durch die Grenzschicht zwischen den Schichten 13 und 14 wandern, wodurch ein örtlicher Anstieg der Leitfähigkeit der benachbarten Teile der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 verursacht wird. Dadurch werden benachbarte Teile der Leuchtstoffschicht heller leuchten. Somit ergibt sich ein Positivbild, bei dem die hellen Flächen den belichteten Flächenteilen des Fotolciters entsprechen.

Bei den in den vorstehenden beiden Absätzen beschriebenen Verfahrensarten hängt die Polarität der auf die Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht zur Übertragung an die Grenzschicht mit der Feldeffekt-Halbleiterschicht aufgebrachten Ladung von der hauptsächlich durch den Feldeffekt-Halbleiter geleiteten Ladungsart (η-leitender Halbleiter bzw. p-leitender Halbleiter) und von der gewünschten Bildart ab. Für Positivbilder (abgegebenes Bild gleich eingegebenem Bild) soll die Polariät der auf die Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht aufgebrachten Ladung entgegengesetzt der Polarität der in der Feldeffekt-Halbleiterschicht vorhandenen Ladungsmajorität sein. Für Negativbilder soll die Polarität der aufgebrachten Ladung mit der Polarität der Ladungsmajorität in der Feldeffekt-Halbleiterschicht übereinstimmen. Die Auswahl eines zur Übertragung von Ladungen der jeweils gewünschten Polarität geeigneten Fotoleiters muß entsprechend diesen Erfordernissen vorgenommen werden.

Da die Gleichspannungsquelle 19 eine äußere Ladungsquelle darstellt, kann eine hohe Verstärkungswirkung mit dem Festkörper-Bildverstärker erzielt werden. Dies ist am besten durch eine Betrachtung der in F i g. 2 gezeigten Ersatzschaltung zu erkennen. Diese Schaltung stellt einen kleinen Teil der auf zwei benachbarten Elektroden 16 aufliegenden Bildverstärkerplatte dar. Die Spannungsquelle 18 ist mit einem elektrolumineszierenden Leuchtstoffelement 16, 17 in Reihe geschaltet, das mit zwei Elektroden 16 versehen ist, deren eine Elektrode 16 von der Feld clfckt-Halbleiterschicht 14 angewandt ist. Der elek Iroliimincszierende Leuchtstoff 17 befindet sich al Dielektrikum zwischen beiden Elektroden. Diese:

Element ist mit der Spannungsquelle 18 und den Feldcffekt-Halblcitereiement 14 in Reihe geschaltet Die zweite Elektrode 16 ist als Kontaktelektrode an unteren Teil der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 ge zeigt. Ein Pol der Glcichspannungsquclie 19 ist übei

ίο die fotoleitfähige Schicht 13, die als variabler Wider stand dargestellt ist, mit der Elektrode 15 auf dei Oberfläche der Fcldelfekt-Halbleiterschicht 14 ver bunden. Wie zuvor existiert eine Sperrschicht auf dei Oberfläche des Halbleiters unter der Elektrode 15

is so daß die Ladunger hier gebunden werden. Die Ähnlichkeit der Schallung mit einem Feldeffekttransistor ist unmittelbar zu erkennen, da die Gleichspannungsquelle 19 eine Ladung auf die Oberfläche de« Feldeffekt-Halbleiters 14 entsprechend einem Licht-

ao einfall auf den »variablen Widerstand« 13 aufbringl und die Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 in analogei Weise wie die Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors arbeitet, indem der Stromfluß bei Spannungserhöhung verringert wird. Andererseits bleibt det

as Stromfluß in dem Reihenkreis aus den Elementen 14 bis 18 hoch, wenn keine Ladung auf die Oberfläche der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 infolge fehlenden Lichteinfalls auf der fotoleitfähigen Schicht 13 aufgebracht wird, und der elektrolumineszierende Leuchtstoff leuchtet hell.

Außer einer hohen Verstärkungswirkung ist der Festkörper-Bildverstärker auch sehr gut zur Integration eines sehr schwachen Lichtsignals über lange Zeiträume geeignet, als dies bei Ausnutzung lediglich

des Verstärkungsfaktors mit relativ kurzer Belichtung möglich wäre. Diese Wirkung ergibt sich, da während der Zeit des Lichteinfalls auf den Fotoleiter ein Strom von der transparenten Elektrode 12 zur Grenzschicht zwischen den Schichten 13 und 14 verlaufen kann und somil eine große Ladung mit einer starken Feldeffektwirkung auf der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 gebunden wird. Das Bild kann gespeichert werden, auch wenn die Belichtung unterbrochen wird, da die Ladungen an der beschriebenen Grenzschicht gebunden sind. Wie aus der Ersatzschaltung hervorgeht, kann das Bildfeld leicht durch Erdung der transparenten Elektrode 12 ?~m\e durch deren Umpolung und Beleuchtung des Festkörper-Bildverstärkers gelöscht werden, die die fotoleitfähige Schiebt in ihrem gesamten Bereich leitfähig macht. Dieser Vorgang ermöglicht eine Ableitung jeglicher Ladung, die zuvor an der Grenzschicht zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Feldeffekt-Halbleiterschicht gebunden war, nach Erde oder die Ausbildung einer gleichmäßigen Ladung geeigneter Polarität an der Grenzschicht.

Die Hauptunterschiede der Anordnungen gemäß F i g. 1 und 3 bestehen darin, daß bei der Anordnung gemäß F i g. 3 eine Wechselspannungsquelle 24 verwendet ist und die elektrolumineszierende Schicht alle Elektroden 16 als kontinuierliche Schicht gleichmäßig bedeckt. Die Spannungsquelle 24 soll vorteilhaft eine Spannung von 300 Volt bei 100 Hz haben. Für die Schicht 17 kann jeder geeignete bei Wechselspannung elektrolumineszierende Leuchtstoff verwendet werden. Ein typischer Leuchtstoff dieser Art ist mit Zinksulfid aktiviertes Kupferchlorid. Die in F i g. 4 gezeigte Ersatzschaltung stimmt mit der

7 8

Schaltung gemäß Fi g. 2 überein mit Ausnahme eines effekt-Halbleiterschicht ergibt. Die verringerte Leit

Kondensators (Leuchtstoffelemcnt) in Reihe mit bei- fähigkeit des Felcleffekt-Halbleiters verursacht eint

den Elektroden der Feldeffekt-Halbleiterschicht 14, Schwächung oder Löschung der Lichtabgabe aus ent

der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode. Da sprechenden Teilen der Leuchtstoffschicht. Dies er

der Feldeffekttransistor in der dargestellten Form in 5 gibt eine Bildumkehrung.

bezug auf die Elektroden symmetrisch ist, kann die Wird andererseits eine Ladung der cntgegengcsetz

G.;te-Spannung zur Steuerung des Wechselstrom- ten Polarität von der Gleichspannungsquelle 19 at

Widerstandes des Feldeffekttransistors verwendet die fotoleitfähigc Schicht 13 geliefert, so erhöht di<

werden. Die Verwendung der beiden Leuchtstoffele- bildmäßige Belichtung und Ladungsübertragung dii

mente in Gegensatz zu einem gemäß F i g. 1 hat den io Leitfähigkeit entsprechender Teile der Feldeffekt

Vorteil, daß ein dünner, kontinuierlicher Film aus Halbleiterschicht, wodurch die benachbarten Teilt

Leuchtstoff mit einem höheren Auflösungsvermögen des Leuchtstoffes heller leuchten,

an Stelle diskreter Leuchtstoffelemente verwendet Bei jeder Art der Bilderzeugung kann die Grenz

werden kann. Daher ist ein zweiter Kondensator 26 schicht zwischen den Schichten 13 und 14 gleichmä

dargestellt, der den bei 26 in Fig. 3 gezeigten Strom- 15 Big voraufgeladen werden, so daß das Bildfeld an

weg zwischen zwei benachbarten Elektroden direkt fangs gleichmäßig dunkel oder gleichmäßig hell ist

durch die Leuchtstoff schicht zeigt, während der Weg abhängig von der Polarität des zu speichernden BiI

27 in Fig.3 die Reihenschaltung von der Span- des. Die Voraufladung kann durch gleichmäßige Be

nungsquelle 24 über die beiden Kondensatoren 17 leuchtung der fotoleitfähigen Schicht 13 mit Lieh

und den Feldeffekt-Transistor 14 zeigt. Hält man die 20 und Anlegen einer geeigneten Spannung an die trans

Impedanz des Kondensators 26 sehr hoch und/oder parcnte Elektrode 12 erfolgen. Eine derartige Vor

hält man diese Impedanz auf einem mäßig hohen aufladung kann auch eine Löschwirkung hervorru

Wert und deaktiviert den Leuchtstoff (oder bringt fen, da sie eine gleichmäßige Lichtabgabe gewünsch

man einen neutralen Stoff auf) unmittelbar zwischen ter Stärke auf dem gesamten Bildfeld unabhängig

benachbarten Elektroden, so ist die Wirkung der 25 von einem vorher gespeicherten Bild verursacht.

Einfügung des Kondensators 26 in die Schaltung mi- Es ist also zu erkennen, daß das erzeugte optischt

nimal. Um jeglichen Stromweg geringer Impedanz Bild abhängig von der Polarität der Spannungsquelk

durch die transparente Elektrode 12 in Fig. 3, der 19 entweder dem Eingabebild entsprechen oder ge-

Jen Wechselstrom 27 kurzschließen könnte, zu un- genüber diesem umgekehrt sein kann. Es sei fernei

terdrücken, kann es günstig sein, die Gleichspan- 3° bemerkt, daß die in Fig. 1 gezeigte Ausführungs-

nungsquelle 19 nach der Belichtung abzutrennen form an Stelle eines Gleichspannungs-Leuchtstoffe:

oder sie durch einen Korona-Entladungsgencrator zu einen Wechselspannungs-Leuchtstoff enthalten unc

ersetzen, der eine Ladung auf die freie Oberfläche mit Wechselspannungsanregung ähnlich der Anord

der fotoleitfähigen Schicht aufbringt. Auch kann die nung gemäß Fig. 2 betrieben werden kann. Die ir

Stärke der fotoleitfähigen Schicht 13 erhöht werden, 35 Fig.3 gezeigte Anordnung kann einen Gleichspan-

um die Nebenschlußwirkung der transparenten EIek- nungs-Leuchtstoff enthalten, vorausgesetzt, daß des

trode 12 zu verringern. sen Widerstand nicht zu gering ist und daß er einf

Bei der Herstellung des vorstehend beschriebenen geringe Stärke hat.

Festkörper-Bildverstärkers ist die Impedanz des Wie bereits ausgeführt, kann die Löschung des er

Kondensators 26 so hoch, daß er als Streukapazitäl 40 findungsgemäßen Bildfeldes durch gleichmäßige Be

angesehen und bei Verwendung von Frequenzen von leuchtung der fotoleitfähigen Schicht mit aktivieren

etwa 1000 Hz zur Aktivierung der Leuchtstoffschicht dem Licht und Erdung der transparenten Elektrode

im Ersatzschaltbild sogar vernachlässigt werden 12 erfolgen, so daß die gesamte Ladung an dei

kann. Die Streu-Impedanz ist hoch, da die Kapazität Grenzschicht zwischen der fotoleitfähigen Schicht 12

des Kondensators 26 sehr klein im Vergleich mit der- 45 und Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 nach Erde abge

jenigen der Elektrode 16 und des Leuchtstoffes 17 leitet wird. Dadurch gibt die Festkörper-Bildver

ist. Dies hat seinen Grund im Abstand zwischen be- stärkerplatte auf ihrer gesamten Oberfläche gleich

nachbarten Elektroden 16, der etwa 0.25 mm be- mäßig Licht ab, oder bei für eine Anregung de:

trägt, während die Stärke der elektrolumineszieren- Leuchtstoffes zu geringer Aktivierungsspannung ai

den Schicht 17 oberhalb der Elektroden 16 lediglich 5<> den Elektroden 16 und einer Ladungsart, die dei

0,025 mm beträgt. Die Impedanz der Reihenschal- Widerstand des Feldeffekt-Halbleiters verringert, s<

tung mit den beiden Kondensatoren gebildet von 16 daß der Leuchtstoff leuchtet, wird die gesamte Ober

und 17 in Fig.4 ist viel geringer als die Impedanz fläche des Bildfeldes durch die Löschung gleichmä

der Streukapazität 26. ßig dunkel. Die Löschung kann beschleunigt werden

Die in Fig.3 gezeigte Festkörper-Bildverstärker- 55 wenn die Polarität der angelegten Spannung an Stellt

platte kann gleichfalls für Integrationszwecke ver- einer Erdung der transparenten Elektrode 12 wäh

wendet werden, wobei eine Löschung in der gleichen rend der Beleuchtung umgekehrt wird. Dadurch er

Weise wie bei der Anordnung gemäß F i g. 1 möglich gibt sich eine Vorspannung umgekehrter Polarität ai

ist. der Grenzschicht der Schichten 13 und 14. Wird dii

Werden von der Spannungsquelle 19 der fotoleit- ⁶° Polarität nochmals umgekehrt und die Bfldbelichtunj

fähigen Schicht 13 in beiden Ausführungsformer· La- durchgeführt, so kann der Festkörper-Bildverstärke

düngen geliefert, deren Polarität mit derjenigen der auch eine größere Empfindlichkeit haben, da die La

Majoritätsladungsträger des Feldeffekt-Halbleiters dung der einen Polarität an der Grenzschicht die La

übereinstimmt, so bewirkt eine Belichtung in bildmä- dung der anderen Polarität bei Belichtung von de ßiger Verteilung eine Wanderung der Ladungen in ⁶5 oberen Elektrode anzieht.

den belichteten Flächenteilen zur Grenzschicht zwi- Bei einem anderen Verfahren wird eine Spannunj

sehen den Schichten 13 und 14, wodurch sich ein mit der Gleichspannungsquelle 19 angeschaltet, un<

Abfall der Leitfähigkeit benachbarter Teile der Feld- die fotoleitfähige Schicht wird gleichmäßig mit akti

vierender Strahlung beleuchtet, um Ladungen an der Grenzschicht zwischen fotoleitfähiger Schicht und Feldcffekt-Halbleiterschicht zu binden und dann abgeschaltet zu werden. Die Bilderzeugung kann dann durchgeführt werden, indem die transparente Elektrode 12 während der Belichtung lediglich geerdet wird.

Nach der Erzeugung eines gespeicherten Bildes können Flächcnbereiche selektiv gelöscht werden, indem eine Spannung geeigneter Polarität an die transparente Elektrode angelegt wird, während die jeweiligen Flächenteile des Fotoleiters, die gelöscht werden sollen, beleuchtet werden. Wird das gespeicherte Bild beispielsweise bei positiver transparenter Elektrode 12 erzeugt, so können wahlweise Bereiche des Bildes gelöscht werden, indem eine negative Span- _1S nung an die transparente Elektrode 12 angelegt wird und nur diejenigen Bereiche des Fotoleiters beleuchtet werden, in denen die Löschung gewünscht ist. Dadurch ergibt sich eine Ableitung der steuernden Ladung an der Grenzschicht zwischen den Schichten _ao 13 und 14 und damit eine selektive Löschung. Eine ähnliche Lösung ist möglich, wenn eine positive Spannung an die Steuerelektrode während selektiver Beleuchtung angeschaltet wird, wenn das gespeicherte Bild mit negativer Polarität erzeugt wurde. _a5

Hat die Fcldeffekt-Halbleiterschicht fotoleitfähige Eigenschaften, wie dies beispielsweise bei Zinkoxid der Fall ist, und liegt sein Hauptempfindlichkeitsspektrum in einem anderen Bereich des elektromagnetischen Spektrums als dasjenige der benachbarten _3<J fotolcitfähigen Schicht, so kann eine Bildspeicherung und -löschung durch selektive Belichtung der Schichten mit sensitivierender Strahlung erreicht werden. Hierzu sei beispielsweise eine Anordnung angenommen, die eine Zinkoxid-Feldeffekt-Halbleiterschicht ₃j (empfindlich für violettes Licht, unempfindlich für gelbes Licht) sowie eine organische Fotoleiterschicht (empfindlich für gelbes Licht, unempfindlich für violettes Licht) enthält. Anfangs kann die fotoleitfähige Schicht mit gelbem Licht beleuchtet werden, während eine negative Spannung zur gleichmäßigen Abdunkclung der gesamten Bildfläche angeschaltet wird (Zinkoxid ist ein n-Ieitendcr Halbleiter), und zwar entsprechend der Konfiguration der durchsichtigen Steuerelektrode. Nach Abschaltung dieser negativen ₄-Spannung von der fotoleitfähigen Schicht kann ein Bild mit violetter Strahlung auf die Zinkoxid-Feldeffekt-Halbleiterschicht 14 projiziert werden, um einen Teil der gespeicherten Ladung an der Grenzschicht abzuleiten, wodurch ein gespeichertes Positivbild entsteht. Zur Löschung eines Teils dieses gespeicherten Bildes wird eine negative Spannung an die transparente Elektrode 12 angeschaltet und der Teil des Fotoleiters mit gelbem Licht beleuchtet, der über dem zu löschenden Teil des gespeicherten Bildes liegt. Auf diese Weise wird eine selektive Löschung ohne Störung anderer Eigenschaften des gespeicherten Bildes erreicht bzw. können Teile des Bildes ohne eine vollständige Löschung geändert werden. Dieses Verfahren kann auch bei anderen Feldeffekt-Halbleiterschichten und anderen fotoleitfähigen Schichten angewendet werden, wenn deren Hauptempfindlichkeitsspektren in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums liegen.

Ein negative:, oder ein Umkehrbild des eingegebenen Bildes kann erreicht werden, wenn die Bildverstärkerplatte anfangs mit violettem Licht zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Zinkoxid-Feldeffekt-Halbleiters beleuchtet und damit insgesamt aufgehellt wird. Danach wird eine negative Spannung an die transparente Elektrode angeschaltet, während ein Bild mit gelben Symbolen auf dunklem Hintergrund auf die fotoleitfähige Schicht projiziert wird. Die gelben Symbole haben eine Strahlung, für die der Fotoleiter empfindlich, der Zinkoxid-Feldeffekt-Halbleiter jedoch unempfindlich ist. Die Übertragung von Ladungen von der transparenten Elektrode zur Grenzschicht zwischen der Zinkoxidschicht und der fotoleitfähigen Schicht in den belichteten Flächenteilen bewirkt eine Abdunkelung der benachbarten Bereiche des Leuchtstoffes, wodurch sich ein Bild mit dunklen Symbolen auf schwarzem Hintergrund ergibt. Dieses Bild ist ei.i Negativ oder ein Umkehrbild des Eingabebildes.

Für einen maximalen Kontrast zwischen den einzelnen Flächenteilen des Bildes wird die Spannung an den Elektroden 16 derart gewählt, daß nach der bildmäßigen Belichtung Teile des Bildfeldes hell leuchten, während andere Teile völlig dunkel sind. Reicht beispielsweise die an die Elektroden angeschaltete Spannung zur Anregung des elektrolumineszierenden Stoffes nicht aus, wenn die Feldeffekt-Halbleiterschicht durch Ladungsübertragung nicht geändert wurde, so erhöht eine bildmäßige Belichtung des Fotoleiters sowie eine Anschaltung einer Spannung an die Transparente Elektrode mit einer Polarität entgegengesetzt derjenigen der Feldeffekt-Halbleiterschicht hauptsächlich vorhandenen Ladungsträger die örtliche Leitfähigkeit der Feldeffekt-Halbleiterschicht unter den belichteten Flächenteilen, wodurch benachbarte eiektrolumineszierende Leuchtstoffteile hell leuchten. Ist im Gegensatz dazu anfangs eine Spannung angeschaltet, die eine Lumineszenz des Leuchtstoffes ohne Änderung des FeIdeffekt-Halbleiters durch Ladungsübertragung bewirkt, so wird bei bildmäßiger Belichtung des Fotoleiters und Anschaltung einer Spannung an die Steuerelektrode mit einer Polarität gleich derjenigen der in der Feldeffekt-Halbleiterschicht hauptsächlich vorhandenen Ladungsträger die örtliche Leitfähigkeit der Feldeffekt-Halbleiterschicht unter den belichteten Bereichen verringert, wodurch bei ausreichender Verringerung die entsprechenden Teile des Leuchtstoffes abgedunkelt werden. Unter diesen Bedingungen wird ein maximaler Kontrast zwischen den einzelnen Bereichen des Bildes erreicht. Falls erwünscht, kann der Festkörper-Bildverstärker jedoch auch so betrieben werden, daß bestimmte Teile heller leuchten als andere Teile, die gleichfalls leuchten, oder daß bestimmte Teile des Bildfeldes nur leicht gegenüber einem anfangs helleren Leuchtzustand abgedunkelt werden.

Der Festkörper-Bildverstärker kann in Verbindung mit Bildern jeder geeigneten aktivierenden elektromagnetischen Strahlungsart verwendet werden, für die der Fotoleiter empfindlich ist. Derartige Strahlungsarten sind Röntgenstrahlen, Infrarotstrahlen, ultraviolettes und sichtbares Licht

Hierzu 1 Bhtt Zeichnungen

Claims

I 914912 Patentansprüche:

1. Festkörper-Bildverstärker mit Bildspeicherungseigenschaften, mit einer strahlungsetngangsseitigen transparenten Elektrode, die mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, einer an der transparenten Elektrode unmittelbar angrenzenden fotoleitfähigen Schicht und einer elektrolumineszierenden Anordnung, die durch in elektrolumineszierenden Leuchtstoff eingebettete und gegeneinander durch zumindest einen Teil des Leuchtstoffes isolierte, parallele streifenförmige Elektroden, die abwechselnd mit einem der beiden Pole einer zweiten Spannungsquelle verbunden sind, mit Spannung versorgt wird, bei der zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der elektrolumineszenten Anordnung bzw. einem Teil der streifenförmigen Elektroden eine Schicht aus einem Feldeäfekt-Halbleiter so angeordnet ist, daß der elektrolumineszierende Leuchtstoff sich zwischen jeder zweiten Elektrode und dem Feldeffekt-Halbleiter befindet, dadurch gekennzeichnet, daß sich starke Fangstellen oder eine Sperrschicht an der Grenzschicht der fotoleitfähigen Schicht (13) und der Feldeffekt-Halbleiterschicht (14) befinden.

2. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekt-Halbleiter (17) Zinkoxid enthält.

3. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolumineszierende Leuchtstoff {": T) ein Gleichspannungs-Leuchtstoff und die zweite Spannungsquelle (18) eine Gleichspannungsquelle ist.

4. Festkörper-Bildverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsquelle (18) eine Wechselspannungsquelle (24) ist.