DE2046702C3 - Festkörper- Bildverstärker - Google Patents

Description

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als erste Elektrode benutzt und kann Metalloxide, Temperatur im Bereich von 500 bis 670° C hegen. wie Zinnoxid, aufweisen. Eine Schicht aus elektro- So wird die elektrolumineszente Schicht auf der Jmnineszentem Material 13 ist auf dem transparen- transparenten, leitenden Elektrode gebildet. ten, leitenden FUm 12 gebildet. Das elektrolumines- Auf die elektrolumineszente Schicht 13 wird in

I ?ente Material kann aus Teilchen einer elektro- 5 Berührung mit dieser über eine ausgedehnte Fläche lumineszenten Leuchtmasse gebildet sein, die in eine widerstandsfähige, lichtreflektierende Schicht 14 einem Dielektrikum eingebettet sind und die Eigen- gelegt, die Teilchen eines lichtreflektierenden, ferroschaft besitzen, daß sie Licht unter Einfluß eines elektrischen Materials, wie BaTiO₃, aufweist, die mit elektrischen Wechselfeldes ausstrahlen. Das elektro- einem Kunststoff gemischt sind. Als Kunststoff kann lumineszente Material besteht aus Zinksulfid, da* mit io beispielsweise ein Epoxyharz, das mit Widerstands-Kupfer und Aluminium aktiviert ist und mit einem material, beispielsweise TiO.,, gemischt ist, verwengeeigneten Kunststoff, beispielsweise einem Epoxy- det werden. Diese Schicht 14 besitzt eine Stärke von h_arZj gemischt ist. Alternativ kann eine elektrolumi- etwa 10 Mikron.

neszente Schicht 13 verwendet werden, die aus einer Auf die lichtreflektierende Widerstandsschicht 14

f Leuchtmasse besteht, die mit einer Glas-Emaille, bei- 15 wird in Kontakt mit dieser über eine ausgedehnte spielsweise einer Borsilikat-Glasemaille, gemischt ist. Fläche eine lichtundurchlässige Widerstandsschicht Die elektrolumineszente Schicht 13 besitzt eine Stärke 15 aufgelegt, die ein pulverförmiges Widerstands-S von etwa 50 MiU.on und hat einen nichtünearen Wi- material, beispielsweise CdS:Cl, enthalten kann. derstand. Es wurde festgestellt, daß 45 bis 70 VoIu- Diese Schicht 15 besitzt eine Stärke von etwa 10 Mi- P menprozent der elektrolumineszenten Leuchtmasse 20 krön. Eine Funktion dieser Widerstandsschichten 14 einen geeigneten nichflinearen Widerstand bilden. und 15 besteht darin, die einen nichtlinearen Wider-Der nichtlineare Widerstand der elektrolumineszen- stand aufweisende, elektrolumineszente Schicht 13 ten Leuchtmasse selbst wird verwendet. Wenn der davor zu schützen, durch einen dielektrischen Durch^r Volumenprozentsatz unter 45 ° 0 liegt, sind die Teil- bruch durch eine angelegte Gleichspannung zerstört ; chen der elektrolumineszenten Leuchtmasse durch 25 zu werden. Durch die Wiederstandsschichten 14 und ihr umgebendes Bindematerial voneinander isoliert. 15 wird eine Widerstandskorrektur der elektrolumi-Bei einem Prozentsatz oberhalb 70 °/o ist die elektro- neszenten Schicht 13 und eine Impedanzanpassung lumineszente Schicht 13 porös und besitzt eine derart des Gleichstromkreises vorgenommen. Da das ferroniedrige mechanische Festigkeit, daß es unmöglich elektrische Material, beispielsweise BaTiO₃, eine erist, die Schicht zu bearbeiten. 30 höhte, mittlere Dielektrizitätskonstante für die licht-

Die Borsilikat-Glasemaille ist beispielsweise eine reflektierende Widerstandsschicht 14 herbeifuhrt, Mischung, die in Gewichtsprozenten folgende An- wird die elektrolumineszente Schicht 13 bei vernnteile enthält: gertem Gleichspannungsverlust wirksam durch

: Wechselspannungen angeregt. Da weiterhin das ferro-

SiO₂:14,5 »ms 44,1 %> _{35 e}i_ektrj_Sche Material einen hohen spezifischen Wider-

B₂O.,: 23,7 bis 28,7 «/0, _{stand besitzti} kann der Widerstand der lichtreflek-

ZnO: 2,2 bis 23,5 «/ο, tierenden Schicht 14 leicht gesteuert werden, indem

BaO .bis zu 14,6°/o, _eine bestimmte Menge des mit dem Bindematerial

Na₂O: 10,9 bis 15,4«/o, vermischten Materials verwendet wird. Da die licht-

K₂O: bis zu 4,2 °/o, ₄₀ undurchlässige Schicht 15 ein pulverförmiges Wider-

TiO₂: bis zu 9,0 %>, Standsmaterial aufweist, ist es andererseits sehr leicht,

Al₂O₃: bis zu 2,7 «/0, _den widerstand der Schicht 15 zu steuern, indem

CaO, MgO, Fe₂O₃ und PbO : bis zu l,2°/o; _eine bestimmte Menge des gemischten Widerstands-

mit einem Erweichungspunkt von 45 bis 515° C materials verwendet wird. Die Widerstände der bei- und einem volumetrischen Wärmeausdehnungs- 45 den Zwischenschichten 14 und 15 können linear oder koeffizienten von 260 · 10"' bis 340 · 10"V° C. nichtlinear sein. Es ist vorteilhaft, wenn beim Anliegen einer Gleichspannung an dem Festkorper-Bild-

Die vorstehend beschriebene Borsilikat-Glas- verstärker die Widerstände der Zwischenschichten emaille führt zu besonders guten Ergebnissen. In zumindest kleiner als der Dunkel-Widerstand der diesem Fall wird ein wärmebeständiger Träger, bei- 5° photoleitenden Schicht sind.

sptelsweise eine Natrium-Glasplatte mit einem höhe- Auf die lichtundurchläss.ge Widen^»^t

ren Erweichungspunkt als der Erweichungspunkt der ist über eine ausgedehnte Flach^ <n Kontakt ^ _die-Borsilikat-Glasemaille und im wesentlichen dem ser eine photoleitende Schicht 16 aufgelegt, die eine gleichen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffi- Stärke in einem Bereich von etwa 200 bis 500 Mifienten als transparenter Träger verwendet. Das Na- 55 krön besitzt. Das Materia fur diese Ph°toleUende triumglas hat einen Erweichungspunkt von 690° C Schicht 16 besteht beispielswe.se au' C^amma- und einen volumetrischen Wärmeausdehnungskoef- sulfid Cadmmmselemd ^^^Äta^ flzienten von 310-10-'. Das elektrolumineszente nid, das durch Kupfer, ai ber, Chlor, Aluminium Leuchtmassenpulver wird mit dem Borsilikat-Glas- oder Gallium aktiviert ist Allgemein gesagt kann die emaillepulver in dem vorstehend erwähnten VoIu- 60 photoleitende Schicht 16 be.spielsweie die Sulfide menverhältnis und mit einem organischen Lösungs- Selenide oder Telluride von CAm g«^ mittel, beispielsweise Alkohol, gemischt. Die Mi- Zink aufweisen oder durch irgendeinen bekannten schung wird in geeigneter Stärke auf die Oberfläche Photoleiter gebildet sein, der mit einem geeigneten £ transparent, leitenden Films ge,egt und auf ^ ^^!ΧίΆ:^ΓΧ^ Ά'^Ά

S Ansparen*,, leitenden Films gelegt und auf Kunststoffbindematenal g

eine bestimmte Temperatur erhitzt. Die Temperatur 6₅ der photoleitenden Schicht ¹⁶ f^ert ^s>ch ^

ist höher als der Erweichungspunkt des Glasemaille- Einfluß von Strahlungen beispielsweise Ldu,R-ont

materials, jedoch niedriger als der Erweichungspunkt genstrahlen, Infrarotstrahlen oder ultravioletten

des transparenten Trägers. Beispielsweise kann die Strahlen.

Schließlich wird auf die photoleitende Schicht 16 nung V_p durch das Verhältnis von R_p zu R_e bein Kontakt über eine ausgedehnte Fläche mit dieser stimmt. Wenn die Eingangsstrahlung/ von einem eine zweite Elektrode 17 aufgelegt, die eine leitende niedrigen zu einem hohen Energiepegel erhöht wird, Schicht aus Metalloxiden, beispielsweise Zinnoxid sinkt der Widerstand R₁, ab, wodurch die Span-(SnO₂), oder ein Film sein kann, der durch Auf- 5 nung V„ absinkt. Dies führt zu einem Anwachsen der dampfung eines Metalls, beispielsweise Aluminium, Spannung V_e, die jedoch eine Verringerung des nichtauf der photoleitenden Schicht 16 gebildet ist. Alter- linearen Widerstandes R_e herbeiführt. Daher tritt im nativ kann eine Elektrode, die aus einer Anzahl von wesentlichen keine Änderung des Verhältnisses von in gleichen Abständen parallel angeordneten Drähten R_p zu R_e auf. Die an der photoleitenden Schicht anbesteht, oder eine Löcher aufweisende oder gitter- io liegende Spannung V_p wird auf einem im wesentlichen ähnliche Elektrode verwendet werden. Die zweite konstanten Wert durch Wirkung des spannungsge-Elektrode 17 ist für die Eingangs-Strahlung / in Form steuerten, nichtlinearen Widerstandes R_e gehalten,
von sichtbarem Licht, Röntgenstrahlen, Infrarot- Es ist bekannt, daß die Photoempfindlichkeit einer strahlen oder ultravioletten Strahlen durchlässig. Es photoleitenden Pulverschicht beim Betrieb mit einer wird mit beiden Elektroden 12 und 17 elektrischer 15 Wechselspannung mit dem Ansteigen einer dieser Kontakt gebildet, so daß Zuleitungsdrähte 18 und 19 überlagerten Gleichspannung ansteigt. Da an der jeweils von diesen Elektroden 12 und 17 ausgehen. photoleitenden Schicht 16 des vorliegenden Fest-Zwischen diese Zuleitungsdrähte 18 und 19 ist eine körper-Bildverstärkers eine relativ große Gleichspan-Wechselstromquelle 20 in Serie mit einer Gleich- nung V_p anliegt, die einer an der photoleitenden stromquelle 21 angeschlossen. Die Spannung der 20 Schicht anliegenden Wechselspannung überlagert ist, Gleichstromquelle 21 kann im Bedarfsfall geändert wird die Photoempfindlichkeit im Vergleich zu der werden. Die Anschlüsse der Gleichstromquelle 21 bei V_n = 0 gemessenen Photoempfindlichkeit weisind derart gewählt, daß deren positiver Pol über die testgehend verbessert. Dies führt zu einer Verbesse-Quelle 20 mit der ersten Leitungselektrode 12 und rung der Gesamtempfindlichkeit des Festkörperderen negativer Pol mit der zweiten Leitungselek- 25 Bildverstärkers gegenüber der Eingangsstrahlung. Mit trode 17 verbunden ist. diesem Festkörper-Bildverstärker ist es daher mög-

In Fig. 2 ist eine Ersatz-Schaltung des Festkör- Hch, bei einer Eingangsstrahlung relativ geringer per-Bildverstärkers nach Fig. 1 dargestellt. Der Fest- Energie eine ausreichende Leuchtstärke zu erhalten körper-Bildverstärker kann ein positives Ausgangs- F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit der Ausgangsleuchtbild O reproduzieren, das eine Nachbildung des auf 30 stärke von der Intensität der Eingangsstrahlung ihn einfallenden Bildes ist. Die Bezugsziffer Ä_e be- Verschiedene Kurven stellen verschiedene Werte der zeichnet einen Widerstand der photo¹ -ätenden Schicht Versorgungs-Gleichspannung V dar. Die Größe der 16. Der Widerstand R₁, ändert sich in Abhängigkeit Versorgungsgleichspannung V wurde von Null bis von der einfallenden Strahlungsenergie. Parallel zu 400 V geändert, während die Versorgungswechseldem Widerstand R₁, liegt eine Kapazität C_n der 35 spannung V bei einer Frequenz von 1 KHz auf photoleitenden Schicht 16. Durch einen Pfeil ist die 300 V gehalten wurde. Als Eingangs-Strahlung / Eingangs-Strahlung/ dargestellt, die auf die photo- wurde eine Röntgenstrahlung verwendet. Wie sich leitende Schicht 16 auffällt. An die Parallelschaltung aus Fig.3 ergibt, bewirkt die Erhöhung der Verdes Widerstandes R„ und der Kapazität C_p ist eine sorgungs-Gleichspannung V eine kontinuierliche VerParallelschaltung eines Widerstandes R_e und einer 40 Schiebung der Kennlinie zu geringerer Eingangs-Kapazität C_e angeschlossen, die dem Widerstand und energie, ohne nennenswerte Änderungen im Konder Kapazität der elektrolumineszenten Schicht 13 trastverhältnis und Gammawert zu erzeugen,
entspricht. Der Widerstand R, ist als Funktion der F i g. 4 zeigt ein Diagramm der Ausgangsleuchtan die elektrolumineszente Schicht 13 angelegten stärke über dem Volumenprozentsatz der elektro-Gleichspannung nichtlinear veränderlich. Der Be- 45 lumineszenten Leuchtstoffteilchen in der elektroreich, über den sich der Widerstand R₁, ändert, ist lumineszenten Schicht 13 bei Erregung durch ein größer als der Bereich, über den sich der Wider- konstantes Wechselspannungsfeld. In diesem Diastand R„ ändert. Ein anderer Pfeil zeigt den reprodu- gramm ist die Ausgangsleuchtstärke einer üblichen zierten Bildausgang O an. elektrolumineszenten Schicht mit 20 ⁰O elektrolumi-

Wie in Fig.2 dargestellt ist, sind eine Gleich- 50 neszentem Leuchtstoff und 20°/o SnO₂ bei 22 zum spannung veränderlicher Größe und eine Wechsel- Vergleich gezeigt. SnO₂ besitzt für die Leuchtspektren spannung in Reihe an die Serienschaltung der beiden der elektrolumineszenten Schicht ein gutes Reflek-Parallelschaltungen der Widerstände und Kapazitä- tionsvermögen und wird als Widerstandspulver verten geschaltet. Wenn die Versorgungsgleichspannung wendet, das mit dem elektrolumineszenten Leuchtauf Null eingestellt wird, ist die Gleichspannung V_e 55 stoff vermischt ist. Wie sich aus Fig.4 ergibt, wird Null, wodurch der nichtlineare Widerstand R₁. auf bei 70 %> elektrolumineszentem Leuchtstoff in der einen extrem großen Wert erhöht wird. Demzufolge Schicht ein Maximum deT Ausgangsleuchtstärke erist die Wechselstromimpedanz der elektrolumineszen- halten. Der elektrolumineszente leuchtstoff wird ten Schicht 13 vorherrschend kapazitiv, wie eine selbst als nichtlinear widerstandsfähiges Pulver verübliche photoleitende Schicht Die Gleichspan- 60 wendet. Bei der üblichen, elekirolumineszenten Bong K_p an der photoleitenden Schicht ist ebenfalls Schicht ist es nötig, ein Widerstandspulver, wie SnO.„ Null, wodurch der Bildverstärker praktisch keine mit dem elektrolumineszenten Leuchtstoff zu mi-Empfindlichkeit im Bereich niedriger Eingangsener- sehen, um der elektrolumineszenten Schicht Widergie wie übliche Bildverstärker mit Wechselstrom- stand zu geben. Dies führt zu einer Verringerung des betrieb hat 65 Prozentsatzes des elektrolumineszenten Leuchtstoffs

Wenn die Größe der Versorgungs-Gleichspannung in der Mischung und demzufolge zu einer Verringe-

erhöht ist, wobei eine Gleichspannung an der photo- rung der Ausgangsleuchtstärke. Weiterhin tritt bei

leitenden Schicht 16 anliegt, wird die Gleichspan- der Herstellung der Schicht die Möglichkeit auf, daß

Teilchen des elektrolumineszenten Leuchtstoffs ungleichmäßig in der Schicht verteilt sind. Da jedoch die beanspruchte elektrolumineszente Schicht, wie vorstehend beschrieben wurde, kein zusätzliches Widerstandspulver als Material besitzt, das der elektrolumineszenten Schicht Widerstand verleiht, hat sie eine erhöhte Ausgangsleuchtstärke und ist leichter herzustellen.

F i g. 5 veranschaulicht eine nichtlineare Spannungs-Stromkennlinie der elektrolumineszenten Schicht, die 50 °/o elektrolumineszenten Leuchtstoff enthält. Bei einer Änderung des Volumenprozentsatzes des elektrolumineszenten Leuchtstoffes von 45 bis 7O°/o ändert die elektrolumineszente Schicht ihren Widerstand über einen Bereich von zwei Größenordnungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

1 2 Bei einem in der britischen Patentschrift 1 153 730 Patentansprüche: beschriebenen Festkörper-Bildverstärker dieser Art besteht die elektrolumineszente Schicht aus einem

1. Festkörper-Bildverstärker mit einer photo- Gemisch aus dem aktivierten Zinksulfid und dem leitfähigen Schicht, einer mit dieser in flächigem, 5 Bindematerial mit einem pulverförmigen, nichtlineelektrischen Kontakt befindlichen elektrolumines- arcn Widerstandsmaterial, beispielsweise einem zenten Schicht, die mit Kupfer und Aluminium η-Verunreinigungen aufweisenden Metallsulfid, um aktiviertes Zinksulfid und Bindematerial enthält, einen nichtlinearen Schichtwiderstand zu erzielen, jeweils einer strahlungsdurchlässigen, leitenden Indem die Mischung für die elektrolumineszente Elektrode an der photoleitfähigen und der elek- io Schicht eine besondere nichtlineare Widerstandstrolumineszenten Schicht und mit einer Wechsel- materialkomponente besitzt, bleibt der Volumenspannungsqüelle in Reihe mit einer Gleichspan- anteil des elektrolumineszenten Materials zwangläunupgsquelle zwischen den beiden leitenden Elek- fig relativ niedrig, was die Ausgangsleuchtstärke des troden, dadurch gekennzeichnet, daß Bildverstärkers beeinträchtigt.

die elektrolumineszente Schicht (13) zur Erzie- 15 In der österreichischen Patentschrift 200 191 ist lung eines nichtlinearen Schichtwiderstandes, der ein Festkörper-Bildverstärker mit einer elektrolumidie an der photoleitenden Schicht (16) abfallende neszenten Schicht beschrieben, die aus 20 Volumen-Gleichspannung auf einem im wesentlichen kon- prozent Zinksulfid und 80 Volumenprozent bleistanten Wert hält, ohne besonderen Widerstands- freiem Glasemaüle besteht. Ein derartiger Gehalt an materialzusatz aus 45 bis 70 Volumenprozent mit ao eiektrolumineszentem Material gibt dem Bildverstär-Kupfer und Aluminium aktivierten Zinksulfidteil- ker eine außerordentlich niedrige Ausgangslichtstärke chen und 55 bis 30 Volumenprozent Bindemate- und läßt keinen nichtlinearen Schichtwiderstand rial besteht. erzielen. Die Teilchen des elektrolumineszenten Ma-

2. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 1, terials dürften vielmehr durch das sie umgebende dadurch gekennzeichnet, daß als Bindematerial 35 Bindematerial in hohem Maße voneinander isoliert Glasmaterial, wie Borsilikat-Glasemaille, oder sein, was einen viel zu hohen Schichtwiderstand Kunststoff, wie Epoxyharz, vorgesehen ist. begründet.

3. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 1 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Festkörper-Bildverstärker der im Oberbegriff des der photoleitenden Schicht (16) und der elektro- 30 Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, der sich lumineszenten Schicht (13) eine Schicht (14) eines durch einfache Herstellung „owie hohe Ausgangslichtreflektierenden Widerstandsmaterials und lichtstarke und Ausgangsbildqualität auszeichnet,
eine Schicht (IS) eines lichtundurchlässigen Wi- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen derstandsmaterials vorgesehen ist. Festkörper-Bildverstärker mit den im Anspruch 1

4. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 3, 35 aufgeführten Merkmalen gelöst.

dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektie- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung der elek-

rende Widerstandsschicht (14) Teilchen eines trolumine? zenten Schicht gibt dieser also einen nichtferroelektrischen Materials, wie BaTiO₃ aufweist, linearen ' Widerstand unter Fortfall auf einen besondie mit einem Kunststoffwiderstandsmaterial ver- deren Widerstandsmaterialzusatz, so daß ein höherer mischt sind. 40 Volumengehalt an eiektrolumineszentem Material

5. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 3, möglich und die Herstellung der Schicht vereinfacht dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektie- wird. Der hohe Anteil an eiektrolumineszentem Marende Widerstandsschicht (14) Teilchen eines terial in der elektrolumineszenten Schicht vergrößert ferroelektrischen Materials, wie BaTiO₃, aufweist, die Ausgangsleuchtstärke des Bildverstärkers bedie mit einem Widerstandsmaterial, wie TiO₂, 45 trächtlich und führt zu einer ^c.nveiterung seines und einem Kunststoff, wie Epoxyharz, vermischt Arbeitsbereichs.

sind. Die Erfindung wird im folgenden an Hand sche-

6. Festkörper-Bildverstärker nach Anspruch 3, matischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeidadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchläs- spiel näher erläutert.

sige Widerstandsschicht (15) ein pulverförmiges 50 Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht des Widerstandsmaterial, wie CdS:Cl, aufweist. Festkörper-Bildverstärkers;

7. Festkörper-Bildverstärker nach einem der F i g. 2 zeigt eine äquivalente Schaltung des Bildvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- Verstärkers nach Fig. 1;

zeichnet, daß der positive Pol der Gleichspan- F i g. 3 zeigt ein Diagramm der Ausgangsleucht-

nungsquelle (21) an die elektrolumineszente 55 stärke über die Eingangs-Strahlungsenergie für den Schicht (13) und deren negativer Pol an die Festkörper-Bildverstärker nach F i g. 1;
photoleitende Schicht (16) angeschlossen ist Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Ausgangsleucht-

R. Festkörper-Bildverstärker nach einem der stärke über den Volumen-Prozentsatz der elektrovorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- lumineszenten Leuchtmasse in einer elektrolumineszeichnet, uaS die Spannung der Gleichspannungs- 60 zenten Schicht und

quelle (21) zur Verschiebbarkeit der Bildver- F i g. 5 zeigt ein Spannungs-Stromdiagramm dei

Stärkungskennlinie ohne nennenswerte Änderung elektrolumineszenten Schicht.

des Kontrastverhältnisses und des Gammawertes In Fig. 1 ist ein Teilschnitt eines Festkörper-Bildveränderbar ist. Verstärkers (Intensitätsverstärker) oder Lichtverstär

65 kers gezeigt. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet einer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper- transparenten Träger oder Glasplatte, die einer Bildverstärker der im Oberbegriff des Anspruchs 1 transparenten, leitenden Film 12 in gleicher Ausdeh bezeichneten Gattung. nung trägt. Der transparente, leitende Film 12 win