DE2230802A1 - Leuchtschirm mit einer mosaikstruktur - Google Patents
Leuchtschirm mit einer mosaikstrukturInfo
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Description
Abe: P-'N- 573C
Anmeldung vom· ?2. Jl.mi 1Q7?
"Leuchtschirm mit einer Mosaikstruktur".
Die Erfindung betrifft einen Leuchtschirm mit einer Leuchtmaterialschicht, die aus einem Mosaikmuster
von untereinander räumlich getrennten Gebieten aufgebaut ist.
Ein derartiger Leuchtschirm ist aus
beispielsweise der U.S. Patentschrift 3·®^] *^56 bekannt,
Bekannten Leuchtschirmen dieser Art ist gemein, dass
das Leuchtmaterial in einem Träger angebracht ist, auf dem bereits Wände zur Trennung der Gebiete vorgesehen
sind. Diese Verfahren erfordern viel Arbeit und sie
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schränken oft die freie Wahl des Leuchtmaterials, des Trägers oder der Technik zum Anbringen des Leuchtmaterials
ein. Auch sind die Gebiete einer auf diese Art und Weise erhaltenen Mosaikstruktur für viele
Anwendungen zu grob.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen, und ein Leuchtschirm der eingangs erwähnten
Art ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Gebiete durch im wesentlichen quer auf der Schicht gerichtete
Risse in der Leuchtmaterialschicht begrenzt werden.
Die Erfindung schafft einen einfach herzustellenden Leuchtschirm, bei dem die laterale Lichtstreuung
durch die Schicht stark reduziert ist und bei dem das Leuchtmaterial entsprechend einer für homogene
Schichten geeigneten Technik angebracht werden kann. In einer entsprechend der Erfindung gebildeten Leuchtschicht
kann eine sehr feine Rissstruktur verwirklicht werden, wobei die Abmessung der Gebiete den an die betreffende
Schicht hinsichtlich des Auflösungsvermögens zu stellenden Anforderungen angepasst werden kann.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine skizzenhafte Darstellung eines Querschnitts durch eine bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgeraässen Leuchtschirms,
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Fig. 2 eine skizzenhafte Darstellung einer
Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Leuchtschirm,
und
Fig. 3 eine skizzenhafte Darstellung eines Röntgenbildverstärkers, von dem ein Eingangsschirm
durch einen erfindungsgemässen Leuchtschirm gebildet wird.
In einem in Fig. 1 dargestellten Leuchtschirm befindet sich eine auf einem Träger 2 vorgesehene
Leuchtmaterialschicht 1. Der Träger besteht meistens aus Glas, er kann jedoch auch aus Metall wie
Aluminium oder Titan zusammengesetzt sein. Ein Metallträger kann beispielsweise als Eingangsfenster für
verhältnismässig harte Röntgenstrahlen und für schnelle Elektronen benutzt werden. Für weichere Röntgenstrahlen
kann beispielsweise Beryllium als Trägermaterial verwendet werden. Das Leuchtmaterial wird dadurch auf dem
Träger angebracht, dass man beispielsweise eine aus Leuchtmaterialkörnern, wie Zinkcadmiumsulfid bestehende
viskose Masse und einen Binder in einer Dünnen Schicht auf dem Träger auslaufen und die auf diese Art und
Weise gebildete Schicht danach härten lässt. Eine derartige für einen Röntgenleuchtschirm zu verwendende
Leuchtschicht muss eine Dicke von etwa 400 Mikron aufweisen.
Leuchtmaterial wie Caesiumjodid kan insbesondere duroli Verdampfern oder Kathodenzerstäubung auf einem
'? W W ■■ 8 Ά I 1 0 2 Β
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Träger angebracht werden. Diese Verfahren bewirken, u.a. da nun kein Binder vorhanden ist, dass eine
Leuchtschicht einen viel dichteren Aufbau hat. Eine derartige für Röntgenleuchtschirme hervorragend geeignete
Schicht kann dadurch dünner sein und beispielsweise eine Schichtdicke von 200 mikron aufweisen. Die
Schichtdicke des teuchtmaterials wird durch die Forder-,
ung bestimmt, dass auftreffende Röntgenstrahlen zumindest
zum gfössten Teil eingefangen werden müssen.
In dem in Fig, 1 dargestellten Leuchtschirm ist die Leuchtmaterialschicht 1 von einer Trennschicht
abgedeckt. Diese Trennschicht hat u.a. die Funktion, eine auf der Trennschicht anzubringende, beispielsweise
aus Caesiumantimon bestehende Photokathode h gegen nachteilige chemische Einflüsse vom Leuchtmaterial aus
zu schützen. Die Trennschicht 3 besteht beispielsweise aus Aluminiumoxyd. Ist eine gewisse elektrische Leitung
durch die Trennschicht gewünscht, so kann dies dadurch erreicht werden, dass die in Form von Aluminium angebrachte
Schicht nur teilweise oxydiert wird.
Entsprechend der Erfindung ist die Leuchtmaterialschicht 1 durch Risse 5 in kleine Gebiete 6
eingeteilt. In Fig. 2 ist, von einer Richtung einfallender Strahlung aus gesehen, eine Risstruktur angegeben.
Die Rissstruktur wird zum Beispiel durch die Art des
Leuchtmaterials und die Technik zum Anbringen dos
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Leuchtmaterials auf dem Träger, die Temperatur des Trägers beim Anbringen des Leuchtmaterials, den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leuchtmaterialschicht
und des Trägermaterials, die Schichtdicke und die Ausführungsform des Trägers bestimmt.
In einer Caesiumjodidschicht kann z.B. auf folgende Weise eine gute Rissstruktur erzielt werden. Das
Caesiumjodid wird auf einem aus einem Material mit
einem Ausdehnungskoeffizienten von etwa 2,0 bis 2,5 x 10 --· bestehenden Träger angebracht (aufgedampft).
Der Träger wird beim Aufdampfen beispielsweise mit Infrarotstrahlern auf einer Temperatur von etwa 150
bis 200°C gehalten. Nach dem Auftragen der Schicht wird der Schirm allmählich abgekühlt. Da die Leuchtmaterialschicht
einen Ausdehnungskoeffizienten von etwa k,5 bis 5»0 χ 10 aufweist, schrumpft die Leuchtschicht
mehr als der Träger, und es treten Risse in der Leuchtschicht auf. Da die dabei auftretenden
Zugspannungen lateral in der Schicht gerichtet sind, verlaufen die Risse im wesentlichen quer auf der Schicht.
Der Brechungsindex des Leuchtmaterials ist grosser als 1,
so dass an den durch die Risse gebildeten Übergängen eine Totalreflektion auftritt und die laterale Lichtstreuung
eingeschränkt wird.
Um einen Leuchtschirm für eine bestimmte Anwendung lierzuste 1 Leu, wie hier als Eingangsschirm
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für einen Röntgenbildverstärker, ist das Leuchtmaterial
und damit die Schichtdicke und Form und Material des Trägers oftmals als vorgegeben zu be-,
trachten. Als Parameter, der die Rissstruktur mitbestimmt, bleibt dann die Temperatur des Trägers
beim Anbringen des Leuchtmaterials übrig. Obwohl darin einige Änderungen möglich sind, werden diese
dennoch eingeschränkt, da bei einer zu kleinen Temperaturerhöhung oder bei einer etwaigen Temperatursenkung,
wenn die Ausdehnungskoeffizienten in einem umgekehrten Grössenverhältnis liegen, zu wenig Risse
auftreten und diese Risse zu Gebieten mit sehr unterschiedlicher Grosse führen. Eine zu hohe Temperatur
des Trägers verursacht häufig ein Loslösen des Leuchtmaterials vom Träger. Eine gute Lösung für dieses
Problem bietet die Schichtdicke. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Dichte der Risse, auch Rissfrequenz
genannt, durch die Schichtdicke des Leuchtmaterials stark beeinflusst werden kann. Ein bevorzugtes Verfahren
zum Zusammensetzen einer Leuchtschicht mit einer optimalen Rissfrequenz und einer geringen
Streuung in den Abmessungen der Gebiete besteht daher darin, dass zunächst eine Teilschicht auf einem Träger
angebracht wird. Die Dicke dieser Teilschicht wird nun derart gewählt, dass eine optimale Rissstruktur entsteht.
Der Schirm wird dann abgekühlt, wieder erwärmt und niLt
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einer zweiten Teilschicht versehen, Bei der zweiten und
gegebenenfalls darauffolgenden Abkühlung zeigt sieh nun,
dass sich die in der ersten Teilschicht vorhandene Rissstruktur in den danach angebrachten Teilsehichten
fortsetzt. Vorzugsweise sind die auf die erste folgenden Teilsehichten nicht dicker als jene erste. Insbesondere
für aufgedampfte Caesiumjodidschirme mit einer Schichtcf.cke
von etwa 200 Mikron sind durch zwei- oder dreimaliges
Aufdampfen Schirme mit einer sehr regelnlässigen Rissstruktur und mithin Gebiete mit der gewünschten
Abmessung verwirklicht. Hierdurch besteht zugleich die Möglichkeit, Leuchtschirme, die aus mehrfachen
Schichten verschiedener Leuchtmaterialien aufgebaut sind, mit einer Rissstruktur herzustellen.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirms mit einer Rissstruktur besteht darin,
dass von einem Trager ausgegangen wird, bei dem auf einer Oberfläche, auf der das Leuehtmaterial angebra Ht
wird, eine bestimmte Struktur vorgesehen ist. Dies kann
beispielsweise dadurch ausgeführt werden, dass eine Gazestruktur in die Oberflache gewalzt wird, oder dass
eine Struktur wie beispielsweise in Druckereien üblich in den Träger gedruckt wird. In makroskopischer Hinsicht
ist die Trägeroberfläche auch dann noch flach, so dass von Stnhrändern nicht die Rede sein kann, die später
(1 i ο Begrenzungen bilden. Mikroskopische Unregelmassig-
? [) [i H 8 3 / 1 0 ? 8
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keiten in der Oberfläche des Trägers wirken bereite als Startmuster für die Rissstruktur. Entsprechend
diesem Verfahren kann die Grobheit der Struktur mithin vorher aufgeprägt werden. Die Wahrscheinlichkeit einer
regelmassigeren Struktur hinsichtlich Grosse der Gebiete ist grosser.
1 Eine in Gebiete eingeteilte Schicht kann
auch verwirklicht werden, indem eine Gaze mit einer der erwünschten Rissstruktur entsprechenden Maschenabmessung
aufgedampft oder zerstäubt wird. Es zeigt sich dabei, dass sich das Leuchtmaterial vorzugsweise
auf den Drähten der Gaze niederschlägt, wodurch kleine Materialsäulen anwachsen. Es ist dabei erwünscht,
unter der Gaze eine wärmeisolierende Platte, beispielsweise eine Glasplatte, vorzusehen. Für Röntgenleuchtschirme
kann von einer geflochtenen Gaze mit einer Maschenweite von 50 bis 75 Mikron ausgegangen werden. Für Beobachtungsschirme
für Bildverstärkerröhren kann eine Gaze mit einer Maschenweite von 5 bis 7>5 Mikron verwendet
werden. Als Gazematerial kann man u.a. Kupfer, Nickel oder Molybdän verwenden. Wenn die gebildeten Säulen
miteinander verwachsen sind, was bei flachen Gazen manchmal geschieht, können sie mittels einer Temperaturbehandlung
durch Risse des Leuchtmaterials voneinander getrennt werden.
Die räumliche getrennten Gebiete einer erfindungsgemässen Leuchtschicht sind bei einer im
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Betrieb befindlichen Schicht durch Vakuumübergänge
voneiander getrennt. Durch Unterschiede im Brechungsindex tritt eine (Total-)Reflexion an den Übergängen
auf, und es ist mithin eine optische Trennung verwirklicht. Das Auflösungsvermögen der Schicht ist hierdurch
grosser geworden. Bei besonderen Anwendungen kann es günstig sein, die Risse zu füllen. Dies lässt sich
einfach durchführen, beispielsweise dadurch, dass eine mit Rissen versehene Schicht in einem thermoplastischen
Stoff mit den erwünschten Eigenschaften oder einem
Binder, in dem Stoffe mit den erwünschten Eigenschaften
aufgelöst oder suspendiert sind, warm getränkt wird. Entsprechend diesem Verfahren können die Risse beispielsweise
völlig lichtundurchlassig oder Röntgengstrahlen absorbierend gemacht werden. Bei diesem Schirm wird
dadurch die Menge durchfallender Röntgenstrahlen oder
von aussen auf einen Schirm auftreffenden Lichte reduziert.
Bei diesen Schirmen tritt auch eine Selektion in bezug auf einfallende Strahlen auf. Schräg einfallende
Strahlen werden nun nämlich zu einem grossen Teil durch die nun gefüllten Risse eingefangen. Ein derartiger
Schirm hat dann zugleich eine Art Bucky-Wirkung. Letzteres kann beispielsweise vorteilhaft für Schirme
angewendet werden, die an der Eingangsseite der zu detektierenden Strahlung an eine Faseroptikplatte oder
an eine Kanalverstärkerplatte gekoppelt sind.
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Derartige Platten haben einen grossen Öffnungswinkel
für die austretenden Strahlen oder Teilchen (Elektronen). Eine dadurch zu erwartende externe Streuung in der
Leuchtschicht kann nun durch die absorbierenden übergänge stark reduziert werden. Unter externer Streuung wird hier diejenige Streuung verstanden, die dadurch
auftritt, dass die auf die Leuchtschicht auftreffende
Strahlung unzureichend kollimiert ist. Auch bei Röntgenaufnahmen, bei denen ein Auffangschirm dicht
hinter einem zu durchstrahlenden Transparent angeordnet ist, kann ein derartiger Schirm die Funktion eines
Röntgenfluoreszenzschirms und.eines Streurasters
kombinieren. Es kann hier beispielsweise an eine Untersuchung von Materialfolien gedacht werden, die
gegebenenfalls unter Einfügung einer Faseroptikplatte dicht gegen einen Leuchtschirm angebracht werden. Es ist
bei solchen mehrfach angebrachten Schichten möglich, dass Anfülen der Risse in den Teilschichten mit dazu
geeigneten Materialien durchzuführen.
Eine in Fig. 3 auf schematische Weise dargestellte Röntgenbildverstärkerröhre 7 empfängt
Röntgenstrahlen 8, die von einer Röntgenquelle 9 herrühren
und ein zu untersuchendes transparentes Objekt 10 durchstrahlen. Die Röntgenbildverstärkerröhre 7
enthält eine Umhüllung 11, von der ein Eingangsfenster
12 und ein Beobachtungsfenster 13 einen Teil bilden.
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Die Umhüllung mit den Fenstern besteht vorzugsweise aus Glas, die Fenster bestehen manchmal aus Faseroptikplatten,
aber insbesondere das Eingangsfenster kann wie bereits erwähnt auch aus Metall bestehen. Die Fenster
bilden vorzugsweise Träger für die darauf anzubringenden Leuchtschichten. Auf dem Eingangsfenster 12 ist eine
Leuchtschicht 14 entsprechend einem der beschriebenen
Verfahren nach der Erfindung angebracht. Das Leuchtmaterial
besteht vorzugsweise aus Caesiumjodid, und die Schichtdicke beträgt z.B. 200 Mikron. Auf der Leuchtmaterialschicht
14 befinden sich eine Trennschicht 15
und eine Photokathode, beide z.B. entsprechend dem in Fig. 1 angegebene Aufbau. Die elektrisch leitende
Photokathode ist über eine Durchführung 17 nach aussen geführt. Zum Beschleunigen und zum Abbilden von durch
die Photokathode 17 auszusendenden Elektronen auf dem Guckfenster 13 befinden sich in der Umhüllung eine
Hilfselektrode 18 mit einer Durchführung 191 eine
erste Anode 20 mit einer Durchführung 21 und gegebenenfalls eine zweite Anode 22 mit einer Durchführung 23·
Die zweite Anode 22 ist unter Einfügung von elektrisch
isolierenden beispielsweise aus Glasperlen bestehenden Unterbrechern 2k auf der ersten Anode montiert. Auf dem
Beobachtungsfenster 13 befinden sich eine Leuchtschicht
25, die beispielsweise aus Caesiumj;odid mit einer
Schicht-dicke von etwa 5 Mikron besteht, und eine
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elektrisch leitende beispielsweise lichtreflektierende
Schicht 26. Die Schicht 26 ist über einen elektrischen Kontakt 27 mit der ersten Anode verbunden. Weil in
bestehenden Bildverstärkern dieser Art der Eingangsleuchtschirm häufig das Auflösungsvermögen des Systems
einschränkt, wird insbesondere dazu ein Leuchtschirm mit einer erfindungsgemässen Rissstruktur verwendet.
Es wird dabei eine Rissfrequenz von etwa 120 bis 125 Linien pro cm angestrebt. Hierdurch entstehen Gebiete
mit einer mittleren lateralen Abmessung von etwa 100 Mikron. Einige verhaltnismässig grosse Gebiete mit
beispielsweise einer Abmessung von 500 Mikron werden die Bildqualität nicht ernstlich beeinflussen. Wohl
aber können diese grossen Gebiete örtliche Potentialsprünge verursachen, die die Homogenität in den Photoelektronen
stören können.
Ist der Eingangsschirm mit einer erfindungsgemässen
Leuchtschicht versehen, so kann bei einer guten elektronenoptischen Abbildung in der Röhre der
Bildschirm das Auflösungsvermögen bestimmen. Es ist dann zweckmässig auch den Beobachtungsschirm mit einer
Leuchtschicht mit einer Rissstruktur zu versehen. Die Rissfrequenz muss dann dem Verhältnis der Abmessungen
des Eingangsschirms und des Wahrnehmungsschirms angepasst werden und sie wird z.B. etwa um
einen Faktor 10 höher sein als für den Eingangsschirm.
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Dies hat etwa 100 Risse pro ram zur Folge, wodurch Gebiete mit einer mittleren Abmessung von etwa
10 Mikron entstehen.
Die Röntgenverstärkerröhre gilt nur als Beispiel für eine Anwendung eines erfindungsgemässen
Leuchtschirms. Da der Eingangsschirm verhältnismässig dick ist, fallen die Vorteile hier deutlich auf. Es sind
jedoch mehrere Anwendungen möglich, wie beispielsweise in Lichtverstärkern, u.a. Infrarotfernrohren, Gammadetektoren,
Elektronenmikroskopen, Oszillographröhren, hochwertigen Fernsehwiedergaberöhren, beispielsweise
für Messmonitoren und derartige Geräte.
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Claims (1)
- 2730802PHN.5730PATENTANSPRÜCHE:Leuchtschirm mit einer Leuchtmaterialschicht, die aus einem Mosaikmuster von untereinander räumlich getrennten Gebieten aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebiete durch im wesentlichen quer auf der Schicht gerichtete Risse in der Leuchtmaterialschicht begrenzt werden.2. Leuchtschirm nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass sie eine auf einem Träger niedergeschlagene Leuchtmaterialschicht, die im wesentlichen aus Caesiumjodid (CsJ) besteht, enthält. 3· Leuchtschirm nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmaterialschicht aus mehreren Teilschichten besteht. h. Leuchtschicht nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Träger enthält, in dem auf der dem Leuchtmaterial zugekehrten Oberfläche eine mikroskopische Struktur angebracht ist.5. Leuchtschirm nach Anspruch 1, 2, 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus -einem Metall wie Aluminium oder Titan besteht.6. Leuchtschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmaterial auf einer Gazeform niedergeschlagen ist und quer zur Gazefläche gerichtete Säulen aufweist.20 9R83/10287230802-15- PHN.57307. Leuchtschirm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Risse entstandene Räume zwischen den Gebieten mit einem eine elektromagnetische Strahlung absorbierenden Material angefüllt sind.8. Leuchtschirm nach Anspruch 3 und 7 > dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschichten unterschiedliche Materialien als Leuchtmaterial und/oder als Füllmaterial enthalten.9. Bilderzeugende Anordnung mit einem oder mehreren Strahlungsenergie umwandelnden Schirmen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der die Strahlungsenergie umwandelnden Schirme einen Leuchtschirm nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.10. Röntgenverstärkerröhre mit einem Eingangsschirm und einem Beobachtungsschirm, dadurch gekenn*. zeichnet, dass zumindest einer dieser Schirme durch einen Leuchtschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet wird.11. Strahlungsdetektor mit dem Kennzeichen, dass ein Aufgangsschirm durch einen Leuchtschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet wird.12. Verfahren zum Herstellen eines Leucht-.schirms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Leuchtmaterial auf einem Träger niedergeschlagen wird, wonach die Schicht mittels einer Wärmebehandlung mit ο j nor Rissstruktür versehen wird.20988 3/10?«-16- PHN.573013· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger an einer Oberfläche, auf der das Leuchtmaterxal angebracht wird, mit einem einer erwünschten Rissstruktur entsprechenden Muster versehen wird.14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmaterial in Teilschichten angebracht wird, wobei eine zuerst angebrachte Teilschicht mit einer Rissstruktur versehen wird, welche Rissstruktur an den danach anzubringenden Teilschichten fortgesetzt wird.15· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmaterial auf einer feinmaschigen Gaze aufgedampft wird, die auf einem thermisch isolierenden Untergrund vorgesehen ist.16. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtschirms nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rissstruktur durch mechanische Verformung des Trägers mit der aufgetragenen Leuchtschicht in der Leuchtschicht angebracht wird.
Applications Claiming Priority (1)
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| NL7109571.A NL165882C (nl) | 1971-07-10 | 1971-07-10 | Luminescentiescherm met een mozaiekstructuur van ruimtelijk gescheiden gebiedjes van luminescentie- materiaal; beeldvormende inrichting i.h.b. roentgen- beeldversterkerbuis, voorzien van zo'n scherm, en werkwijze voor het vervaardigen van zo'n scherm. |
Publications (2)
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