DE2616837A1

DE2616837A1 - Strukturierter leuchtschirm fuer roentgenstrahlen

Info

Publication number: DE2616837A1
Application number: DE19762616837
Authority: DE
Inventors: Stanley Joseph Lubowski; Robert Kessler Swank
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1976-11-11
Also published as: ES447428A1; AU498615B2; FR2309970B1; US4011454A; US4069355A; AU1148076A; ATA294476A; NL7604561A; FR2309970A1; ES460984A1; GB1544184A; AT357646B; GB1544183A

Description

Dip Frfinduiip· betrifft pinpn Leuchtschirm zur Vpr^'pndune mit. ninptn PöntpTPnp-pr^t zur nnwandlunr· eier Föntp-^nstrahlpri in sichtbarps Liclit. InsbPSondprp ist der vpi-bnssprtp Lpuohtsnhirm prpmäss dpr Frf induni?: bpsondprs <?;ppif^rnrt zur Vprwpnduncc am pinc"anersspiticrpn Fndp ρϊπργ nöntpcpnbildvnrRtärkprröhrp. Solchp Fönt^rnvprstärkprröhrnn wprrjpn bpsondprs in Pöntprnixprätpn für dip mpdizinisch'-· Anwpndunp· brnutzt, um dip Pontpfnstrahlune- zu vnrrin,'{prn, wplnhp durch das t^nradp bpobacht^tp Körpprornran hindurchgeht. vSolchp PSntp-°nbildvprstärkpr pnthaltpn tvpischprwpisp piiip Frontplattp am pinFanp;ssfitip;pn Fndp, hinter dpr pin«³ leuchtstoff schiebt, ndpr pin Schirm zur Absorption dpr auftrpffpndpn Pöntpc^pnphotonen und zur Abst.rahlunp- von Li ch t phot, on on

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angpbracht ist. unmittelbar hinter diesem Leuchtschirm befindpt sich pinp Photokathode odpr pin" ^hotopmlssionsschieht, wnlf.hr dip Lichtnhotonen "on d^m Leuchtschirm absorbiert und Photoelektronpn anss«ndpt. Innerhalb oer PvaVui^trn Pöntg^nbi Idvprstärkprröhre werden diese T>hotoelrktronen h^s<"hl pnn irrt, und fokussiert, um auf difSp Wpjsp pin "Bild" auf einem zwo it pn Leuchtschirm am ausgangsseitigpn odpr rückwärtigen Fndp dpr Pöhrp zu przpurren. Da dpr ursprüngliche oder eingangssei ti ge Leuchtschirm für Jedes absorbierte Röntgenohoton vielr Lichtphoton«->n aussendet und dip durch dipsp Photonen rrzpufrtpn Photonlrktronpn vom Photopmitt:^r in dpr Föhrp bpso.hlninip-t wprdpn, prhält man pin rplativ hpllrs Bild am Ausgranocspndp dpr Pöhrp.

Di*³ Hpllicrkpit. dps lr-tzt^n Bildes ist t^ilwpisp pinp Funktion dpr Dicke dpr prst^n Lpuchtstoffschicht an dpr Fingangsseit ρ dpr Röhrp, da dip /Vbsorntion dft- uvsprünplichpn Rontprenstrahl^n durch dip Schicht umso erösspr ist, jp dicker diesp Schicht ist. Andprprspits wprden dip Auflösung und der Kontrast verringert, wpnn dipse Schicht dicker und dicker gemacht wird, da dip durch Absorption eines einzigen Pöntgennhotons ausgesendptpn Lichtphotonpn an Punkten dpr Tipuch Lstoff oberfläche austreten werdpn, die mit Vprgrössprung dpr Dicke pine arössevn Fntfprnung in Ouerrichtung besitzen Fine solche seitliche Ausbreitung wird durch zwei Faktoren verursacht: erstens strahlt dpr Leuchtstoff Lichtphotonpn in allen Fichtungen von dem Punkt aus ab, in dpm ein Röntgenphoton absorbiert v/i^T'd_f und zweitens können sogar Lichtphotonpn, dip sich mehr oder weniger senkrecht zur Obprflache bPWPgpn, mindpstpns zu einem p-pwissvn Masse in seitlicher Richtung gpstrput werden, bevor sie die Oberfläche prrpichpn. Daher ist dip tatsächlich verwendptp Dicke der Leuchtstoffschicht oder dps Schirms am Fingan^sende einer solchen Bildvprstärkerröhre ein Kompromiss zwischen dpr erwünschten hohen Absorotion von Pöntgpnstrahlpn, wie nan sie durch dick« Schichten erhaltpn kann, und dpr erforderlichpn oder gewünschten hohen Auflösung und Kontrast, welche sich mit Verringerung der Dicke des Lichtschirms prhöhen. Fs wäre offensichtlich erwünscht, die Dicke

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des Lpuchtschirms zu Thöhpn, ohn« hxprdurch di^ Auflösung· und dpn Kontrast zu vprschlpoht.rrn. Allprptnpin ausrrpdrürkt kann dips dadurch prrpicht wprdpn, dass dip sM tlichpn Wpfrlänn;pn der Lichtphotonpn in dpm Lpuchtschirra vprrinp-ort wprdpn, und ps wurdpn bprpxts p-pwiss^ Vprfahrpn vorr^srhlafrpn, um dips zu chpn. Bpispi"lswPiRo b^tvnffon dip ττρ,-natrpt_Knhrifton 3 3 ?83 ?^R und 3 7^3 ?^^Q pinfianrssri 1 ip-p T,ouohtschirrap für Könt- ^pnbildvprstärkpr, wplnhp Finriohtunnrpn bpsitz^n, um dip spitliohp Ausbrpxtung: dps Lichtps im Innern dps Lpunhtschirms zu vprrinf^prn (sowxp Vprfahrpn zur Hnrstpllun«: solchpr Finrichtunpr^n). Dip vorlipgpndp Frfindung: ist auf das pclpi^hp Problpm dpr Vprmindprunp· dpr Ausbrpitunpc dpr Lx^htnhotonpn in spitlichpr Bichtunpr im Innprn dps Lpuohtschirms pcpricht^t. Dip Struktur vorlipgpndpn Frfindunp unt.prsoh^idpt. sich .i pdoch von dpm stand dpr drpx ρrwahnt pn Patentschrift pn darin, dass das Matprial dps Schirms (bpispxplsv/pxsp dotxprtps räsium.iodid) Splbst mindpstpns tpilswpxsp zur Hpmmuni* d^r spxtlinhpn Ausbrpitung dps Lichts bpiträfrt. Das Vprfahrpn dpr Hprstplluntr pxnps solchpn Schirms ist völlirr v^rschipdpn von dpm dpr drpx vorpjpnanntpn Patpntschriftpn. Insbpsondprp wird das Cäsiunrjodid durch Dampfabschpxdun^ (wip in pin pm \⁷akuumvprdampf pr) auf pin pm Substrat abgpschxpdpn (dipsps ist vorzu^swpxsp so t;pstaltpt, dass ps pyhabpnp Plattformpn bpsitzt, auf dpnpn sich das Material bpvorzugt abschpxdpt), und zv/ar in ρϊπργ solchen Wpxsp, dass ριπρ Rpxhp von Säulpn dps Lpuchtschirmmat.prials s:pbildet wird, wobpx dipspr Säulpn von pxnpm Raum umffpbpp ist. In dxpspr

irECPndwplchp Linhtnhotonpn, dip im Innern pxnpr Säulp dps Leuchtstoff rs «rzputrt wprdm, durch innprp Totalrpflpxion in dipspr Säulp ^phalt.pn wprdpp, wpnn nicht das Photon auf ρχηρ Obprflächp unt^r pinpm rplativ klpxnpn Auftrpffwinkpl auf trifft (gpmpsspn zur S«nkrpnht.pn auf dip Obprflächp). In dipspr Wpxsp wird ρχηρ rplativ hohp Säulp als Lichtlpxtpr wirkpn, um dpn Anteil dpr p^zpuptpn Lichtohotonpn zu prhöhpn, welchp aus dpr obprpn Obprflächp austrptpn (wpnn man sich dip Säulp so vorstpllt, dass sxp von dpm Substrat aus nach obpn

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ragt), und auf diese w_Pisp wird dip Anzahl der.i enigen Photonen verringert, welche aus dpr Säulp in seitlichpr Fichtung austrpfpn (d.h. durch irgendeine dpr Oberflächen, dir> allgemein vertikal vorlauf pn und senkrecht zu dips^r oberen Oberfläche sind). Um wpitprhin dpn Anteil der Liohtphotonpn zu veringern, wplchp durch dips? vertikalen Obprflächpn austrptpn könnten (indpm sip auf dip Oberfläche unter einem Winkel auf troff pn, dpr klpinpr ist als dpr kritische Winkpl), wird vorzurswpisp dpr Raum zwischpn dpn ρχπζρΙπρπ Säulen mit ein pm Matprial argpfüllt, das pinp ßphinderung piner solohpn spxtlichen Verbreiterung bewirkt. Vorzugsweise ist dieses Material pin stark mflpktiprpndps Matprial (im GPi;pnsatz zu pinptn absorbip^r"ndpn), so dass pin größorpr Antril di.pspr ^hoton^n, wplnhp durch din ,Soitrnwändp dpr Räulpn austrptpn, in dip Säulm zufttnkrpfIpkti^rt wprdpn, anstpllp einpr blosspn Rpspitiiyunr: (dips wärp bpisoiplswpisp dpr Fall, wpnn das Matprial zwischpn dpn Säulrn hauptsächlich dip Photonpn absorbiprpn würdp). Im Idpalfallp ist das Matprial zwischpn dpn Säulpn nicht nur pin rpflpktiprpndps Matprial, sondprn ist auch splbst pin Leuchtstoffmatprial (d.h. ps absorbiert Föntppnphotonpn und przpusrt s^inp pipcti pn Lichtphoton nn) . Durch rieht ig ρ Formation und ßphandl unt? dps abRpschiedpnpn Lpuchtstof fmatprials könnpn dip Säulen im wesentlich pn transparent und mit rplativ glattpn Obprflächpn hpr^pstpllt werden, so dass dip Gpsamtmpngp der Lichtphotonpn prhöht wird, wplchp dip obprp Oberflächp prreichpn (dips ist dip Oberfläche benachbart zur ohotopmittierpnden Schicht dpr Pöntpen-Bildvprstärkerröhre). Weiterhin erhöht die Finfüguns: eines stark reflektierpndpn Matprials zwischpn den einzelnpn Säulpn wespntlich den Anteil dpr alljrpmpin spitlich verlaufenden Lichtphotonen, welche letztpndlich aus der oberen Oberfläche der frleiohen Säule austrptpn, in dpr sip erzeugt wurden. Daher hemmt ein Leuchtschirm, der gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, nicht nur die Photonen in ihrer Ausbreitung in seitlicher i?ichtunp (diese Ausbreitung würde die Auflösung und dpn Fontrast verringern), sondern führt auch den grössten Teil dieser sich in seitlichpr Bichtunp· ausbrpitendpn

Photonen in df>n trlpinhcn (s^hr kl^in^n) Ou^rsohnitt dpr zurück, in dpr si.o pntstand^n sind, und zwar in nin^r solchen Wpisp, dass df>r grösstp Tpü dprsplbpn lptztpndlich aus dpr p-pwünschtpn obnrpp Obprfla'chp dipspr glpi.ch<->n Säulp austritt, wodurch dpr wirkungsgrad dps Schirms vprgrössprt wird.

Fin bpssorps Vprständnis dpr Vortpüp dpr Frfindung ergibt sirh aus dpr nächst oh pn dpn ausf ührlichrn Bpschroibunp: pinnr bpispi^lhaftpn bpvorzufrtpii Ausführunpcsform d«r Frfindune im Zusammenhang mit dpn

Figur 1 ist. ρϊηπ tpilwpisp schpmatischp >Schnittansirht pxnor konvr-ntionpllpn Pöntgpnbildvprstärk^rröhrp und zpigt dnn normalen Gebrauch pin ^r solchen Pöhrp.

Figur ? umfasst di<-> ^igurpn °a bis °h und ist pin Flipssbild d^r v"rsnhi°dpn pn bni n^r ffprstplliing pinps Lpuchtsch irms gpmäss dpr Frfindung vprwpndptpn Vprfahrpnsschritt.p.

Figur 3 umfasst dip Figurpn 3a bis 3h und zptgt dpn leuchtschirm in d»->n oinzplnpn vprschi^dpnpn Hprstpllungsstuf ^n, wip sip sich b"i ßppndigung dns pntsprpchpndpn Vprfahrpnsschritt <-> s nach Trieur 2

Figur 4 ist pin" tpü^pisp sch^matischp Schnittansicht

Vakuumvprdamnfprs mit h^issnr Wnnd, dpr zur Hprstpllung Lonohtschirms gpmäss ö(=r Frfindung vprwpndpt wird

Figur 5 ist pin« Kurvpndarstpllung zum V^rglpich "inps gfmäss dpr Frfindung hprgpstpllt^n Lpuchtschirms mit zwpi konvontionfllpti I.ruchtschirmpn mit kompaktpr Schicht aus dpm glpich^n chpmisch^n Matprial.

F> 0 3 8 Λ B / 0 « fi 1

2615837 - β -

Dip Figur 1 zeigt pino konvpntionpllp Pöntgpnbildvprstärkprröhrp, wplchp einpn Glaskolbpn IO umfasst, dpsspn Innprps pvakuiprt ist. Am pingangsspxtigpn Fndp dps Kolbpns odpr dpr Röhrp IO trägt pine Frontplattp 1Oa auf ihrpr innorpn obprflächp pinp Leuchtstoffschicht mit pinnr gleiohmässigen Dickp im Bprpich von ptwa ι·>5 bis 3no Mikron (o,oo5 bis ο,οι? Zoll). Wahlwpisp kann pinp optisch undurchsichtig, .1 pdoch für Pöntgenstrahlpn durchlässig« Schicht Ha zwisc'ipn dpr Frontplattp lOa und dpm Leuchtschirm 11 angpordnpt wprdpn, um das Findringpn von auftrpffpndpm Licht zu untprdrückpn, ohnp ηpdoch dip Föntgpnstrahlen zu bppinträchtigpn, wplohp in dir Röhrp in dpr ffpisp pintrpt.pn, wxp dips duieh dip Pfpilp links nnbpn dpr Abbildung an^pdeut^t ist. Finp solchp dünne undurchsichtii^p Schicht 11a kann bpispiolswpisp aus Paopp odpr pinpr dünnrn Aluminiumplattp bpstphpn (odpr aus pin pm andprpn Mntall mit rplativ nipdrippm Atomcrpwicht) . Auf dpr innprpn Obprflächp dpr Lpuchtstoffschicht 11a ist ein sehr dünner Film 1°. aus einem nhotopmittierpndpn Matprial a>ifgebracht (mit einer nickp von p+^a ion A). Auf dipsp Wpisp bpwirkpn dip von dpm Leuchtstoff ι¹ absorbiertpn Röntgenstrahlen dip Fmission von Lichtphoton pn (für iedps absorbiprfp Röntgpnphoton wrdpn vipIp Lichtphotonpn abpfppcpbpn), und diesp Lichtphotonpn wprdpn ihrprspits durch dip photopmittiprpndp Schicht 19. (durch Absorption und prneute Fmission) in Photoplpktronpn umi^pwandplt. Dipsp Photoplpktronpn vorlauf pn in dpr Figur 1 allgpmpin nach rpchts und wprdpn durch dip prstp Flpktrodp 13a fokussiprt, die auf pinrm Potpntial von mphrprpn hundprt Volt g^haltpn wird, und auf pinen zwpitpn Lpuchtschirm durch dip Flpktrodp 13b bpschleuni^t, welchp auf pinpm Potential von vxplpn tauspnd Volt gphaltpn wird (bpxspxplswnisp ^5 Kilovolt), wobei dipspr zwpitp Lpuchtschirm 14 auf dpr innprpn Obprflächp des rückwärtigen oder ausgangsspitip-pn Fndes 10b dps Glaskolbpns aufgebracht ist. Dip Flpktrodpn 13a und 13b b«sitzpn pinp gppignptp Gestalt und wpr-den auf oinpm gppignptpn Potpntial gphaltpn, um pinp optischp Fokussiprung dpr bpschlpunigtpn Flpktronpn auf dpm Schirm 14 zu prgpbpn, so dass auf dpm ausgangsspx1 igpn Schirm 14 pin« hellerp Form dps Bildps auf dpm prstpn

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Leuchtstoff schirm Π gebildet wird, wobei dieses Abbild unmittelbar von dpm Bedienungspersonal betrachtet wprden kann (beispielswpxsp von pinpin Arzt).

Splbstvprständlich ist das Signalrauschverhältnis dps Bildps umso grosser, ,i e grösspr dpr Anteil dpr eintrptpndpn Pöntgpnstrahlpn ist, dpr von dpm ursprünglich pn pingangsseitigpn
Lpuchtstoff 11 absorbiert wird (damit ist auch dip Anzahl dpr von dpmsplbpn abgpgebenen Lichtphotonen grosser), Andprprspits wurde bereits vorstfhpnd ausgeführt, dass dip Versohlechtprung der Auflösung und dps Kontrastps dps Bildps umso grösspr ist, j ρ dickpr dpr Leuchtstoffschirm H gemacht wird, da dip Lichtphotonpn, welche innprhalb dpr Lpuchtstoffschicht erzeugt werden und in spxtlicher Richtung verlaufen (d.h. untpr einem
grossen Winkel relativ zur Oberfläche dps Lpuchtschirms), teilweise an Stellen austraten wprdpn, wplchp nicht dem Ort der
Röntgenstrahlen entsprechen, die ursprünglich ihre Emission verursacht haben. Durch dip vorliegende Erfindung wird dip Auflösung (und der Kontrast) vprbpss«rt, wplche man von einem Leuchtschirm einer gegebenen Dick<-· erhält, odpr alternativ wird dip ßpnutzung pinps dickemn und dahpr besser absorbi^rpnden (für Röntg pns trahlr-n) eingangsseitig^n Tipuchtschirms möglich, olinr dabei die hohe Auflösung und den höh pn Kontrast zu verlieren (altprnativ wird die Absorption durch <*ine> etwas vergrössprtp Dickp gpstpxg«rt und dip Auflösung und dpr Kontrast wprdpn durch Begrenzung des Verlaufs der Lichtphotonpn in spxtlichpr Richtung vprbpssprt). Obwohl die zugrunde liegendpn Phänompnp dpr vorliegenden Frfindung piim gpwissp Ähnlichkpxt zu dpnjenigen der vorgenannten TlS-Patentsnhriftpn 3 783 ?oR und 3 783 999 besitzpn, sind die tatsächliche Struktur und die Verfahren zur Herstellung des LeuchtstoffSchirms grundsätzlich verschieden. Zusammengefasst wird gemäss der Frfindung der Leuchtstoffschirm als Anordnung von getrennten kleinen Säulen ausgebildet, die allgemein senkrecht zur Oberfläche des Schirms verlaufen, so dass die im Innern ,jeder einzelnen Säule erzeugten Lichtphotonpn eine Neigung besitzen, in derselben zu verbleiben und daher

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-R-

nahn zu dpm T^unkt ihrpr ursprünglichen Fraission austretpn (d.h. an dpm Ort, an dpm dpr ursprüngliche Röntgenstrahl absorbiert wurdp). TVpitprhin wrdfn die Zwischenräume zwisolmn dxpspn schmalen einzelnen Säulen vorzurswoisp mit einn_m Material ausgpftillt, das in hohpm Massp rpflpktiprpnd ist, so dass din-,ipnigen Lichtphotonen, welche sonst aus dpn Seitpn dpr Säuion austrptpn würdpn, nicht nur daran gphindprt wprdpn, sondprn auch mindpstpns in dpr Mehrzahl dpr Fällp in dip Säule zurückgeführt wprdpn und lptztpndlich oben an dpr Säulp austrptpn (d.h. rpohts ijpsphpn in dpr Figur i), so dass sip zur Hplligkeit bpitragpn ohnp nachteilige Wirkungen auf dip Auflösung und dpn Kontrast dps Schirms.

In pinpr bpispielhaf fen bevorzugten Fo>'m wird pin leuchtschirm fTpmäss dpr Frfindun? hr>rs:pstpllt crpmäss dpr Abbilunnpr dps Flipssbildps dpr 'Pifrur *> mit dpn sich aus ipdpm dipspr Hprstpllun£?sschrittρ pr^pbpndpn Strukturen, wxp sxp aus Fi^ur prsichtlich sind. D^r prstp Schritt b^strht in dpr Bildung pinps drpxdimpnsionalpn Mustprs auf dpm Substrat, auf dpm spätpr das Cäsium.jodid abp:pschxpdpn xvprdpn soll. Insbpsond^rp kann das Substrat pin Aluminiumblech spin, das mit pinpm Stpmppl spprpsst unddadurch mit pinpm Muster vprs-hpn wird, so dass man das in Fijuir 3a darfst «lit ρ drpidimpnsionale Mustpr prhält. In pinpr bpsondprs vortpi !haften Ausf ührunfSf orm dps erfinduno-SGCPmässen Lpuchtstoffschirms wurdp das Aluminium räumlich so gpstaltpt, dass ps im wpspntlichrn quadratischp prhabpnp Tpüp ^O bpsitzt mit pin^r Spitpnlänpcp von etwa 1OO Mikron (0,004 Zoll), gptrpnnt durch vprtxpftp TpxIp 9.2 mit pinpm spxtlichpn Teil ^4 von etwa ?5 Mikron, wobei dip Obprfläche 9Λ um etwa 35 Mikron tipfpr lieprt als dip obpre Obprflächp 96 dpr prhabenpn oder Plattformteilo dps Substratps. Obwohl in dpr Draufsicht dpr Figur 3 nur ein ρ Rpihr von prhabpnpn und vprtxpftpn ΤρχΙρπ- 9n, 9.9 ersichtlich sind, sind splbstvprständlich ρχηρ ptossp Zahl solchrr Rpihen von prhabpnpn und vertipftpn ΤρχΙρπ hint.prpinandpr in dem Blech ausgebildet, wobei splbstvprständlich pin vrtifftpr Tpil hintpr

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/jpdpm dpr prhabpnen quadratischpn TpHp ?O vorhandpn ist in pinpr Richtung snnkrp'iht zur Zpichpnpbpnp. In ähnlichpr sind als B^isniol nur oi.ni.oT> wpniirp dpr vi^lpn Rprpinh^ darflpstpllt, welch ρ in öm- rich tun"· dpi- Paniprpbenp vm'handpn sind. Von ob pn bptraoht.pt besitzt daher das Substrat das allgF-mpin^ FrschpinuniTSbi Id pinps Schachbretts mit dpr Ausnahmp, dass anstpllp dpr Linipn zwischen dpn vprsnhipdpnpn Ouadratpn im Schachbrptt hipr dip Vertiefungen 9*> vorhandpn sind. Das Substrat wird dann in pinpn Vakuumvprdampfpr pingesptzt, so dass das Casi.um.jodid als Dampf vorzupsw^isp auf dpn prhabpnpn Berpichon *?0 abgpschipdpn werden kann, ohnp dass pin nennenswprtpr T^iI in dpn vprtipftpn βρτ-pichpn vo abp;pschipdpn wird. Zur Frlpichtprunp- dpr Frziplunpc di^sps Frp-pbnissps wird vorzuiTSWPisr pin Fpisswandvakuiiravnrdaranf ^r bpnutzt. Fin solnhpr Vprdamnfpr ist. schpmatisnh in Fi?rur 4 davpcpstpllt, wobri einp Ouflle von Cäsium.iodid sch^matisnh durch das konvpntionpllp "Schiffchpn" 3D an^pdputpt. wird, wlchps b^i 3? pulvprförmipcps Cäsiunrjodid enthalt und durch dip üblichpn Mittpl bphpizt wird, bpispiplswpisp durch dip schpmatisch darerpstpllte Hpizspulp 34, Dpr Vprdampfpr wird uls Vprdampfpv dps Hpisswandtyps bpzpichnpt, da dip Innpnwand 3P. auf pinpr Tpmppratur e;phaltpn wird, wplchp hoch Rpnuir ist, so dass dpr Cäsium.iodiddampf, wplchpr pntlanp: von auf dpn Ppxt.pnwändpn auftrpffpnden Linipn (35, 37) strömt, trotzdpm dpn ßprpich dps andprpn Fndps dpr Kammpr prrpicht, in dpm das Substrat 1Π ann-r-ordnpt ist, und zwar untnr rplativ jrrosspn Auf trpf fwinkpln (relativ zur Spnkrpchtpn zur Substrat.obprflächp) . Dip dirpktpn Lauf'vpftp von dpm Schiffchpn zum Substrat (dipsp würdpn pinp Abschpidunsr nntpr rplativ klpinpn Auf trpf fwinkpln bpwirkpn) wprdpn vorzuprswpisp durch pin T>rallblpch 38 blockiprt.. Dahpr wird das Cäsium.iodid auf

dpm Substrat, das auf pinpr Tpmppratur im B^rpich von ptwa 50 bis 15O C frphaltpn wird, ausschlipsslich untpr rplativ hohpn Auftrpffivinkpln abp-pschipdpn,' und ps wurdp fpst^pstpllt, dass hiprdurch dip erwünscht⁰ Wachstumsform vprbpssprt wird, wplchp darin bpstpht, dass das abp-pschipdpnp Cäsium.iodid Türmp oder

ρ η α R 4 R / η « ρ ι

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Säulpn 4O l^di^lich auf den prhab^nrn B^rpxchpn °O dps Substrats IP einlass dpr Abbildung in Firrur 3b bildet. Fs wurdp als praktisch bpfundpn, das näsium/jodxd auf drra Substrat in Finnin solchen Hpxssiyandvakuumvprdampf or mit pin pt üblic'iprwpis hoh«n Opschwindi<rk«~it aufzubrinp-^n, nämlich mit «inpr Dickp von ptwa FO Mikron nro "Tinufp. Dnh^r wird das Oäsium.iodid nach Ipdiflich rt">a ° ¹/° 'tinntm Türm^ orfpr Paulen 4ο mit "inpr Höhp von ptva τ°.^κ. Mikron C^,ⁿⁿ5 Zoll") rcobild^t hab^n, wif PS in Fip-ur 3b p-^zpiprt ist. Fs ist zu b^acht^n, dass praktisch k^in Material in dpn Vprtipfiinp-pti abscnsrhipdpn wird, tpüwpisp yr^rrnn dpr Abschattunrrsv/irkunp· dpr prhab^npn Bprpichp °-O dos Substrats selbst und tPilwpisp (nachdpm pinmal dip Abschpidunp: bpfonnpn hat) wpprpn dpr analopcpn und sogar noch grössprpn Abschattunrcswirkunp: dpr Säulpn 4O. Fs ist auch in Fi£ur 3b zu bpacht«n, dass mit fortschrpitpndpr Abschpidunrr rinr> Tpndpnz zu" v^rdickunp· odpr Vprbrpitprunf? dpr Säulpn brsondprs in dpi~ Näh^ dps ^bprtpils bpstpht, wpnn sip pinp Höhn von ptv/a 1?5 Mikron orr^icht h^b^n. Win noch nachst^hpnd prsichtlich, wird di> Abschpidunfi hauptsächlich an dipspm Punkt aber pb roch ^n, um zu vprhindprn, dass,\vxp b»i 4°-, 44 anp;odput pt, dipsp Vprbrpxtprunn: so t^ross wird, dass praktisch dpr Zwischpn raum zwischen don zwpi bpnachbartpn Säulpn gpschlosspn wird.

Um dipsp A?"prbrpitprunsc (b^i 4?, 44 in Fip:ur 3b) an dpm Obprtpil dpr Säulpn zu vnrmindprn und auch noch in pcpwisspm Maßp dpn Abstand (siphp 4G in Fif?ur 3b) zwischpn bpnachbartpn Säulpn zn prhöh^n, wprdpn das Substrat und dpr tPilwpisp abg«- schipdpnp Cäsium.i odidschirm im vakuum bpx rin^r Tpmppratur von ptwa ^50 bis 5O^^Or· v/ährpnd pxnpr npu^r "on °O Minutpn (bpi dpr höhprpn ^pnanntpn Tpmp^ratur) nd.pr bis zu ^inpr S tun dp (wpnn dpr untprp TpII dxpsps Tpmppraturbprpxchs benutzt wird) gpbrannt. Finp solch ρ ^T7ärmpbphandlunp: kann in dpm frlpichpn Hpisswand-Vakuumvprdampfpr (s. Fip-ur 4) auss-pführt wprdpn, indpm pinfach din allfipmpin^ Tpmnpratur in dpm Gehäusp auf den gpwünschtpn Tpmppraturbprpich anfx^hobpn wird, wobpi p

zpitig dip Vakuumpumpp in ßptrieb ist, um pin praktisch vollständiges Vakuum aufrpchtzuerhalten. Bas Cäsium.iodid bpi 3? und/oder spin Behälter 3O wprdpn natürlich «^ntwpder pntfprnt odpr das Material wird vorher vollständig aufgpbraucht. Dip Auswirkung dieses Brennvorgangs bpstpht darin, dass das Cäsium.jodid in dpr Säulp kompakter gemacht wird, indpm vollkommpnprp Körner gebildet werden, so dass nach pinor solchpn Behandlung dip Höh^ und, was noch wichtigpr ist, die Breite der Säulp geringfügig kleiner wprden. Weiterhin wird sogar bei dom Temppraturbnrpich von 45O bis 5OO°C ein TpH dps zuvor abg «-schild pn pn Cäsiumjodids sublimiert, und diese Sublimation erfolgt hauptsächlich an der oberen Oberfläche der Säulen und besondprs an dpn Fckpn (siphe 49, 44 in Figur 3b). Daher bpsitzt der Schirm nach dieser Wärmebehandlung allgpmpin dip Form, wie sip in Figur 3c gpzeigt ist, wobpx dip Säulen 40' nicht mphr die verbrpitprtpn Fcken an ihrpm Oberteil enthalten (vgl. 49, 44 in Figur 3b), sondern eine obpre Oberfläche 48 besitzpn, wplche eiip entgegengesetzte Tpndenz zur Abrundung bpsitzt. Insbpsondere besitzt dip Oberflache 48 im wpspntlichpn in ihr^r Mitt^ dip glpichp Höhe wie die Säule 40 in Figur 3b (mit Ausnahme einer gewisspn Schrumpfung, wpl^hp durch dip vorgpnannt^ Verdichtung bewirkt wird); die Randteile wie bei 59, 54 sind jedoch wesentlich niedriger und geringfügig abgerundet relativ zu den entsprechenden Fcken 42, 44 vor der Wärmebehandlung. Weiterhin ist dpr Baum zwischen den Säulen bei 46· mindestens geringfügig grösspr wpgen der Verdichtung der Säulen während der Wärmebehandlung. Durch dip Verdichtung und durch dip Tatsachp, dass ein grosser Teil des Materials in der Nähp der Fcken des ob^rpn Fndes der Säulen durch die Neigung zur Sublimation bpspxtigt wurden, ist dip Tendenz der Säulen zur Annäherung an ihrpm oberen Bpreich praktisch b«spxtigt. Obwohl die Säulen noch nahezu die. voll« Höh*⁵ von 195 Mikron (etwa O,OO5 Zoll) besitzpn wie vor dem Br^nnschritt dpr Figuren 9o und 3c, ist r-s in dieser bestimmt pn Ausf tthrungsf orm prwünscht, Säulen mit einer Höhp von ptwa 950 Mikron (O,OiO Zoll) herzustellen. Um dies zu erreichen, wprden dip in dpn Figurpn 9b und 3b dargpstpllten Schritte wxpdprholt, wobpx .jedoch ,i ptzt dip schon

mit Säulpn vprsehenp Struktur nach Figur 3c als das Substrat vprwpndpt wird, auf dpm weiteres Cäsium.iodid abgeschieden wird. Auf dipsp Wpisp wird dpr tpilv/pisp hergestellte Schirm dpr Figur 3c (dieser v/urdp in dpm gleichen Heisswandvakuumvprdampf er nach Figur 4 wip zuvor ausgeführt gebrannt) .jptzt verwendet, um darauf wpitprps Cäsium.iodid in genau dpr gleichen Wpisp abzuschpiden, wip ps zuvor in bezug auf dip Figuren 9b und 3b bpschripbpn wurde. Insbpsondprp wird dip Temperatur der teilweise hergestellten Einrichtung nach Figur 3c auf etwa 5O bis 150⁰C gehalten, während Cäsium.iodid mit einer rplativ grossen Absch^idungsgeschwindigkeit (ei η ρ Dicke von 5O Mikron nro Minute) auf dersplben so lang«= abgeschieden wird, bis dip Gesamthöhe der Säulpn etwa ?50 Mikron beträgt (d.h. es wird eine zusätzliche Dicke von 1 ?5 Mikron abgeschieden). Das erhaltene Produkt wird in Figur 3d gezeigt, wobei die ursprünglichp Säule bei 4(V angedeutet ist und ihrp ursprüngliche obere Fläche durch die gestricheltpn Linien bpi 48 angpdputet ist. Diese Linie stellt nicht nur die Abgrenzung zwischen dem zuvor abgeschiedpnen Cäsiumjodid und dem neu abgeschiedenen Cäsium.iodid dar, sondern besitzt auch noch ^inr> physikalische Bedeutung, da das Cäsium.iodid unterhalb dieser Linip bprpits durch den Brennschritt dpr Figuren ">o und 3c verdichtet wurde, während das Material oberhalb der liinip bpi 60 noch nicht auf diese Weise verdichtet wurde, Wie in dem analogen in Figur Hb gezeigten Fall wird das neu hinzugefügte Material eine Neigung zur Bildung einer Säule zeigen, die sich mit wachsender Höhe allmählich verbreitert und besonders einp Npigung besitzt, sich in der Nähe dps obpren Bereichs durch Bildung von Fcken 69, 64 zu vprbrpitern. Um den Zwischenraum zwischen den neu gebildpten Säulenteilen 60 zu erweitern und mindestens teilweise das Material in der Nähe der Punkte der Fcken 62, 64 zu beseitigen, wird der teilweise hergestellte Schirm nach ^igur 3d in der gleichen Weise behandelt, wie es zuvor beschrieben wurde.

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Auf diese Weise wird die gesamte Dicke des teilweise hergestellten Schirms der Figur 3d zwischen einer Stunde und 20 Minuten bei 450 bis 500°C gebrannt, um den Zwischenraum 66 zu verbreitern und die Fcken 62, 64 (s. Figur 3d) zu beseitigen, so dass man eine Struktur nach Figur 3e erhält. Insbesondere ist der obere Teil 60' ,jeder Säule ,jetzt geringfügig schmäler als vor dieser Brennstufe und die zuvor vorhandenen Fcken (s. 6?, 64 in Fig. 3b) wurden durch Sublimation entfernt, wodurch eine relativ abgerundete obere Oberfläche 68 an der Säule zurückbleibt. Fs ist zu beachten, dass in Figur 3e die ursprünglich mit 48 bezeichnete Trennlinie zwischen dem zuerst abgeschiedenen Teil 40' und dem zweiten abgeschiedenen Teil 6O' jeder Säule jetzt mit 48' bezeichnet ist, da das Material zu beiden Seiten dieser Grenzfläche nunmehr identisch ist und diese daher ,jetzt imaginär ist.

Fs ist zu beachten, dass die Krümmung der zwischpngefügten oberen Oberfläche 4B (Figur 3c), dargestellt durch die gestrichelte Linie 48' und die analoge gekrümmte obere Oberfläche 68, in Figur 3e etwas übertrieben dargestellt ist und diese Oberfläche stärker einer Fbene angenähert ist als dies gezeigt ist. Dies» Übertreibung wurde vorgenommen, um besser den Unterschied zwischen den Oberflächen 48, 68 und den ursprünglichen Oberflächen mit den Fcken 5?, 54 bzw. 62, 64 in den Figuren 3b bzw. 3d darzustellen. Andererseits ist der Zwischenraum zwischen den Säulen nach der Wärmebehandlung (bei 46' bzw. 66¹) in den Figuren 3c bzw. 3e wesentlich grosser zumindest in der Nähe ihres oberen Teils als die entsprechenden Zwischenräume 46, 66 der Figuren 3b bzw. 3d, obwohl dies aus der Zeichnung nicht ersichtlich sein mag. Insbesondere bewirkt die Wärmebehandlung bei 450 bis 500 C eine Volumen schrumpfung von etwa 1O ^a _r durch Ausheizen von Hohlräumen, welche während der. Abscheidung bei niedrigerer Temperatur in dem vorhergehenden Herstellungsschritt gebildet werden. Dieser Schrumpfungseffekt allein würde eine Verbreiterung der oberen Teile der Zwischenräume ergeben, welche oben, wie aus den Figuren 3b und 3d ersichtlich, nahezu verschwunden sind, und zwar eine Vergrößerung auf etwa 10 bis 15 Mikron. Die

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Sublimation pinps Teils des Matprials von dpr gesamten Obprfläehp j pdpr dpr Säulen, besonders ,j r-doch von dpm Bprpich, dpr zuvor durch dip Fclcpn 4?, 44 in ^iirur 3b und 6?, 64 in Figur 3d

gebildet wurde, bewirkt eine weitere Verbreiterung dpr oberpn Bereiche dieser Nuten oder Zwischenräume, so dass die Nuten mindestens stark an die ursprüngliche Breite der Vertiefungen

Mikr on

im Substrat 13 (nämlich ?50 angenähert sind. Offensichtlich können die Abscheidungsschritte bei relativ niedriger Temperatur (Figuren ?b und 3b und Figuren 3d und 3d) und die Brenn- oder Wärmebehandlungsschritte (Figuren *>c und 3c und Figuren °e und 3e) in Sequpnz so viele Male wiederholt werden, wie dies erforderlich ist zum Wachstum der gewünschten bestimmten Dicke des Cäsium-,jodids, wobpi gleichzeitig das Cäsiumiodid in getrennten Säulen gehalten wird.

In der bestimmten abgebildeten und bes^hrir-benen Ausftihrungsform war "S erwünscht, ein ο Leuchtstof f schiebt oder· pinen Leuchtschirm mit feiner Dicke von ⁰JV"* Mikron (O₁D^-O Zoll) zu bilden, und es wurde gefunden, dass nur zwei Zyklen mit Abscheidung und Wärmebphandlung erforderlich sind, um dies zu erreichen. Offensichtlich ist die Materialmenge (d.h. die Höhe der gebildeten Säule) in einem einzigen Abscheidungsschritt du^ch die Tatsache begrenzt, dass die oberen Bereiche der Säulen nach der Abscheidung einer gewissen Mengp von Cäsium.iodid eine Neigung zur Schliessung d»s Zwischenraums besitzen (s. Figuren 3b und 3d). Offensichtlich kanu in irgendeinem Schritt eine Dicke von weniger als 125 Mikron abgeschieden werden; solche kleineren Abscheidungsschritte bedeuten jpdoch in gewissem Maße eine Verschwendung dp^TI Zeit und der Ausrüstung. Andererseits wird der Versuch einer Abscheidung von wesentlich mehr als i?5 Mikron pro Schicht dazu führen, dass die Säulen im oberen Bereich zusammenwachsen .

Es sei angenommen, dass die erwünschte Höhe der Säulen erreicht wurde (wie in der beispielhaften Ausführungsform bei Figur 3p).

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Der Schirm wird nunmphr bei etwa 615°C angelassen (diese Tempr— ratur liegt geringfügig untpr dpm Schmelzpunkt von Cäsium.iodid) in einer Argonatmosphärp (bei etwa atmosphärischem Druck), wobei dip Iptztere Massnahme dazu neigt, die Sublimation des Cäsiumjodids zu unterdrückpn. Durch diesen letzten Brennschritt wird der grösste Teil der lichtstreuenden Bläschen ausgeheizt, welche sich durch die Vereinigung von Hohlräumen in den vorhergehenden Schritten ergeben. Obwohl das Volumpn der Säulpn nur zu pinem äusserst geringen Betrag schrumpft, wird trotzdpm das Material der Säulen durch dip Bespitigung solchpr rplativ kleinen Bläschen von pinpm durchschpinenden Zustand zu einem praktisch transparenten Zustand umgpbildpt. Daher bestpht der hauptsächliche Unterschied zwischen der Struktur der Figur 3f nach dem Hochtemperaturbrpnnschritt dpr Figur 9f und der Struktur nach Figur 3e vor diesem Brennschritt hauptsächlich in einer leichten Abflachung der oberen Oberfläche 78 des oberen Teils 70 der Säule und dpr Tatsachp, dass di^ Säulpn ,jptzt transparent sind. Da dieser endgültige Brennschritt b°i hoher Temperatur eine Behandlung bei 615°C in der GrössenOrdnung von 9 odpr 3 Stunden erfordert, wird dieser endgültige Brpnnschritt vorzugsweise in einem getrennten Ofen durchgeführt, anstatt den Heisswandverdampfer für diese Zeitdauer in Anspruch zu nphmen. Wie ,jedoch zumindpst zuvor angpdeut^t, können alle anderen Schritte in dem gleichen Heisswand-Vakuumverdampfer ausgeführt werden, wobei es nicht erforderlich ist, den Leuchtschirm zwischen den einzelnen Schritten herauszunehmen. Während der endgültigpn Brennstufe bei Figur 2f, 3f, kann ein Aktivator (beispielsweise Thallium) zugefügt werden. Alternativ hierzu können nicht-giftige und besser kompatible Dotierungsmittpl, beispielsweise Natrium, in irgendpiner Stufe in das Cäsium.jodid eingefügt werden (gewöhnlich in einer früheren Stufe).

Nach der endgültigen Brennstufe werden die Zwischenräume zwischen den Säulen vorzugsweisp mit einem geeigneten Material ausgefüllt, um zu gewährleistpn, dass das Licht, welches bei Verwendung des Leuchtschirmes in .jeder Säule entsteht, nicht aus einer Säule

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pntwpichen und pin ρ andprp Säulp errpichen kann (hierdurch n'ird dip Art dpr seitlich pn Ausbreitung dps Lichtps bpwirkt., dprpn Verhindprung dpr Hauptzweck dpr Erfindung ist). Wip in dpn Figurpn ?g und 3c: gpzeigt, wrdpn dip Zwischenräume zwischen allpn Säulpn durch dipsps Matprial ausgpfüllt, wip ps bpi 76 angpdputpt ist. Das vprwndptp Matprial kann pinp Substanz spin, dip lpdiglich stark reflektiert, beispxplswpisp fpingppulvertes Titandioxvd, und dipsps kann rafwpdpr in einem Silikonkunstharz eingebracht spin odpr vorzugswpise als Aufschlämmung, b^ispi^lswpxsp in Mpthvlchloroform, aufgebracht iverdpn, so dass es praktisch rpin ist, w°nn dip Flüssigkeit vprdampft. Altprnativ und vorzugswpisp kann d^s Matprial bpi 76 aus einer Gruppp von re lativ stark rpflpktxprpndpn Matprialien ausgewählt wprdpn, dip splbst Lpuchtstoffn mit rplativ pjut^m wirkungsgrad für dip Umwandlung von Böntpcpnstrahlpn in Lichtphotonpn sind. Solchp Matprialipn pnthaltpn Gd₀O₀S und La₀O₀S und solch pin rpflpktiprpndpr Leuchtstoff kann in einem Silikonkunstharz als Trägpr enthalten sein odpr lediglich in dpn Zwischenräumpn als Aufschlämmung mit pinpr verdampfbaren Flüssigkeit eingebracht werdpn (dxpsn wird dann anschließend verdamnft). TTnabhänirig davon, ob das Material bei 7P lediglich pin reflektierendes oder vorzugsweise ein rpflektierpndps Material und pin Leuchtstoff ist, gpwährlpistet diesps Matprial, dass das in iedpr pinzplnen Säule 7O erzeugte Licht sich nicht in eine benachbarte Säule ausbreiten kann, wodurch die Auflösung des Lpuchtschirms wpspntlich prhöht wird. Das Vorhandpnsein eines Zwischenraums zwischen den verschiedenen Säulpn (so dass das im Innprn j pdpr Säule erzeugte Licht teilweise wegen der innerpn ppflex ionpn an dpn

seitlichpn Oberflächen der Säule einrrefangen wird) und auch die reflektierende Eigenschaft des Materials bei 76, wplche gewährleistet, dass dieses Licht nicht aus einpr Säulp austrptpn kann (wie dies der Fall wäre für Strahlen, wplchp nahpzu spnkrecht zur Oberfläche verlaufen), wird eine seitliche Ausbrpitung des Lichtes von einer Säule zur andpren vprhindprt« Hierdurch ist es möglich, den leuchtschirm etwa doppplt so dick zu machen

(d.h. die Tföh^ dnr Spulen in rtrn vr^sihirdnpnn Abbildungen), nämlich mit "inrr Dicke von otwa °5O Mikron (η,ηΐο Zoll) im Vergleich zu konventionellen (nicht-strukturiert pn ) Schirmen aus Leuchtstoff «n, und zwar mit glpichcr odpr überlegen pr räumlicher Auflösung, so dass man "in^ um ptwa 50 °?- vpr^rössprtp Intensität erhält (d.h. Absorption von Röntgenstrahlen und Fmiss ion von Photonen).

Der letzte Schritt in der Herstellung· des Leuchtschirms besteht lediglich in ri^r Zufügung "ines transna^enten oberen Überzugs, wip bei ^n in Figur 3h ^ezeip-t, so dass pi η ρ ebene platte Oberfläche gebildet wird, auf η'ρΙ^Ιιρτ die Photoemitterschicht angpbracht wrdpii kann (s. Figur ¹ bei 1?). Der transparen'e Überzug Π0 kann ein Silikonkunstharz sein, v/eloher in ivp-ondpinPT¹ konventionellen V'pise auf gebracht wird. Fs ist .jedoch zu beachten, dass die "Figuren 3a bis 3h nicht maßstabsgerer.ht sind, obwohl dip relativen Abmessungen der Cäsiunrjodidsäulen und der Zwischenräume dazwischen mindestens angenähert nronortional den tatsächlichen Zwischenräumen sind, wie dies aus den verschiedenen in der vorstehenden Beschreibung gegebenen Zahlenangaben ersichtlich ist. In ähnlicher ^Tireise sind die vplativen Abmessungpn in ^igur ¹ nicht maP-stribSfptren, insbesondere bezüp;-lich der Leuchtstoff sebirht und des nhntn^mi ttierenden tfberzugs 11, ¹ ° relativ zur nicke dr>v Frontnlttte ¹Oa der dort gezeigten B i 1 d ν e rs t ärk e rr öh r e.

Di« relativen Vorteile der "Verwendung eines Leuchtschirms, welcher die beabstandeten kleinen Säulen aus Leuchtstoffmaterial gemäss der Frfindung umfasst, sind leicht aus der Figur 5 ersichtlich, niese ist eine.Kurvp einer Modulationsübertragungsf unkt ion für zwei konventionelle ras ium/jodidsch trrap (d.h. mit komns'.kter Schicht) mit ζ^ινηί verschiedenen Dicken und für einen einzigen CSsiumiodidschirm mit'Pauler gomäss der Frfindung. Die Daten für alle drei Kurven v;u"den unter den gleichen Bedingungen an Leuchtstoffschirmen erhalten, welche mit der

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glpiohpn photo^mittiprpndpn Schicht vprw^ndpt 'vnrdpn dps Matprials und γΙργ Piokp) , wob pi dip fl^ioh° PöntfpnbildvprstärkTröhrp und and pit nönt^pn^oräf ρ vprwnndpf win'drn. Dip obpv dpr bpidpn voll ausfpzorr^npn Kurvpn b^i ^po stnllt dip Modulationsubrrtragunfrsdatpn für ρϊπρ konvpntionpllp Cäsiurnjodidschirmschioht mit pinpr Dickp von 1 °5 Mikron dar (dipsps ist di« Schicht, v/plch^ in dpn vorhanden pn kommprzipllpn Gprätpn am häufiirstpn vprwpndpf wird). Di° obprstp ^pstrichpltρ Kurvp 84 stpllt dip Modulationsüb^rtrafrunpsdatpii für pinpn Cäsium.iodid-Lpuchtschirm mit ρϊπργ Pickp von °5O Mikron dar, wplchpr nach der Frfindunp hprgpstpllt ist. ^Tl _f ^rin lpicht aus dpm Vprprlpich dpr Kurvpn 89 und 84 prsiohtlioh ist, z^is-t dpr dickprp strukturiprtp Leuchtschirm pr^mäss dpr Frfindunp pinpn höh«rpn Kontrast für Linipnpaar« mit pin^ni Abstand von bis zu 3 I/⁹- Linien pro Millimptpr (pt'va OO Linionnaarp pro Zoll). Npb^n dipspr Vprbpssprumr dps Kontrastps für allo nraktisch vprwpndptpn räumlichpn Abständp, dip auch als Vorbpssprunsr dpr schpinbarpn Auflösung: bptracht.pt wprdpn kann, bpsitzt dpr dickprp Cäsium,iodid-I,puchtschirm gpmäss dpr FrfindunfT offpnsichtlich pinp ^rössprp kpit bpx pinpr fipjrpbpnpn Intpnsität dpr auftrpffpndpn strahl^n. Dahpr ist dip Ouantpnabsorption oinps strukturiprtpn Lpuchtschirms mit pin°r Dickp von °5O Mikron (O,OiO Zoll) gpmäss dpr Frfindung 0,55, währpnd pin konvpntionpllpr kompaktpr Leucht schirm mit pinpr Pickp von 1^5 Mikron (0,005 Zoll) nur pinp Ouantpnabsorntion von 0,30 prpibt. Dah^r bpsitzt pin praktisch ausführbarpr Lpuchtschirm p-pmäss dpr Frfindunp: pin« Vprbpssprun«; von 50 ^, so dass nur z'vpi Pritt.pl dpr Strahlun^sdosis prfordprlich ist, um das gleich« Siernalrauschvprhältnis zu Thaltpn, und wpitprhin pinp bpträchtlichp Vprbpssprunp; dpr praktischen Auflösung in dpm norraalprwpisp intprpssiprpndpn ßpreich prrpi^ht wird. Dip unter? voll ausgpzogpnp Kurvp "β stpllt pinpn Cäsium-,iodid-IiPuchtschirm mit pinpr kompakt pn Schicht von ?50 Mikron Dickp (ptwa 0,010 Zoll) dar und ist Ipdiglich zu Vprglp zwpckpn aufgpnommpn (d.h. si.p stpllt kpinpn Schirm dar, normalprwpisp in kommprzipllpn Gprätpn vprwpndpt wird). Obwohl

ROQRiR/ Oh κ"

«in solcher Leuchtschirm mit ρϊπργ dickpn kompakten Schicht snlbstvprständlich nirip Ouantpnabsorption von übnr 0,5 zeigt, ist aus dpi" Kurvp 86 leicht prsichtlich, dass Spin« schpxnbarr Auflösung: und snin Kontrast Sr>hr stark untfr ripn bpxdpn Kurv pn liffpn. Po zeigt b^ispxplswni.s^ b^i rin^m Kon hältnis von n,3 dir strukturinrtp leuchtschicht von ^5O Mikron gpmäss dpr Erfindung ρχηρ Auflösung von *>_tP. Liniprnaarpn nro Millimpter. Finp konvpntionpllp komnaktp leuchtschicht mit Dickp von 125 Mikron zMgt. pin«·* Auflösung von 9,6 Linirnpaarpn pro Millimptpr, während dip komnakt" Lpuchtstoffschicht mit <->inrr Dickp von P-5O Mikron nur 1,3 Linipnpaarp pro Millimptpr auflösen kann (d.h. ptwa 71, 76 und 33 Linipnpaarp pro Zoll). Wpnn man von pinpm andprpn Standpunkt aus bptracht^t daran intTpssiort ist, «inp Auflösung von mindpstpns *> Linipnpaarpn pro Millimptpr zu prhalt^n (d.h. ptwas übpr 50 Linipn nro Zoll), dann zpipct dpr strukturiprtρ Lpuchtstoffschirm g^mäss dpr Frfindunp pin Kontrastvprhältnis von O,45, dpr konvpntion^llp kompaktp Lpuchtstoffschirm mit pinnr Dickp von ¹95 Mikron zpigt pinpn Kontrast von 0,38, während andprprspits pin Leuchtstoffschirm mit ninpr Dickp von ">50 Mikron nur pin«n Kontrast von 0,18 bpsitzt. Wpnn dahpr dpr strukturiprtp Lpuchtstoff schirm pc^pmäss dpr Frfindunpc mit pinpr. kompaktpn Cäsium.iodidschicht mit prlpichpr Dickp von ?5O Mikron und ähnlicher Hpllipckfit ppmäss Kurvp 86 v^rglichpn wird, dann ist dpr errossp Untprschipd in dpr Auflösung und in dpm Kontrast !picht prsichtlich. T'/pnn dpr Lpuchtstoff schirm p;pmäss dpr Frfindunr (Kurvp 84) mit. dpm kon ν ^n tion pll pn komnaktpn leuchtstoff schirm ριηα" Dickp von 1*>5 Mikron v_orfrlichpn wird, dann zpifit ργ pin« bpträchtlichp Vprbpssprunsr dpr Absorption und auch noch ρχηρ bpträchtlichp A^prbpssprunr: dpr Modulationsiib^rtra^unpskpnnlinio (d.h. dpr rplativpn Auflösung und dps Kontrastps) in dpm gpsamtpn praktisch intprpssi^rpndpn Bprpich (d.h. bis zu ptwa 3,5 Linxpnoaarpn pro MilliitiPtproder ptwa 90 Linipnpaarpn pro Zoll).

Dahpr zeigt *>in Lpuchtstoff schirm gpmäss dpr Frfindung nicht nur ρχηρ verbpssprtp Ouantpnabsorption odpr ρχηρη Wirkungsgrad, der

zu pinpm höhpren Signalrauschvprhältnis <Jps Bildes führt, sondern auch einp praktisch vprbesserte Auflösung und Kontrast im "Verhältnis zu pinpm kom'entionpllen kompakten Leuchtschirm (mit der halben Dicke). Mit anderen Worten ist die Hemmung dpr seitlichpn Ausbrpitung dpr in dpn pinzplnen Säulen des erfindungsgemässen LeuchtstoffSchirms przeugten Lichtphotonpn so wesentlich, dass die Auflösung oraktisch überlegen ist der Auflösung eines LeuchtstoffSchirms mit konv^ntionpllpm Aufbau, der nur die halbe Dicke besitzt. W^nn der Leuchtstoff schirm gpmäss der Frfindung mü «inem kompakten Leuchtstoff schirm dpr gleichpn Dicke verglichen wird, ist der Unterschied in der Auflösung und dpm Kontrast sehr deutlich ausgeprägt, wi" dies aus dem Vergleich der Kurvpn 84 und 86 in Figur 5 ersichtlich ist. Daher zeigt der Schirm gemäss der Frfindung ein höheres Signalrauschvprhältnis und eine praktisch grössere Auflösung und Kontrast als vorhandene konventionelle Schirme und zeigt einen äusserst bfmerkenswprten Unterschied in der Auflösung und im Kontrast im Vergleich zu einem Schirm, der in konvpntioneller Weise mit dem doppelten Wert der normalprwpise handelsmässig hergestellten Dicke hergestellt wird (um auf diese Weisr» praktisch die gleichp Absorption zu erreichen wip der Leuchtschirm mit dem strukturinrten Aufbau). Offensichtlich kann für Sonderzwecke der erfinduno-sgemässe Leuchtstoffschirm als Kompromisslösung mit pin er besonderen Dicke hergestellt werden (bpispielsweisp grosser als 125 und kleiner als 250 Mikron), so dass man rine andere Beziehung zwischen verbesserter Absorption und verbesserter Auflösung und Kontrast erhält. Wpnn daher ein Leuchtschirm gpmäss der Prfindung so hergpstpllt wird, dass die Säulpn nur einp Höhe von 1?5 Mikron besitzen, und vorzugsweise die spitlichen Abmessungen in ähnlicher Wpisp verkleinprt wurden (sowohl die Breitρ als auch die Abstände), wie dies leicht durch Verkleinerung des Schachbrettmusters auf dem Substrat erreicht werden kann, dann besitzt der hierdurch erhaltene Schirm offensichtlich «ine stark verbesserte Auflösung und Kontrast im Vergleich zu einem konventionellen komoakten Schirm mit einer Dicke von 125 Mikron

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(er wird ,jedoch im allgemeinen keinpyerbesserung der Absorption gegenüber diesem aufweisen). Umgekehrt kann der Schirm gpmäss der Erfindung sogar noch mit einer grösseren Dicke als 350 Mikron hergestellt-werden, um auf diese Weise die Helligkeit noch weiter zu vergrössern. Die Auflösung und der Kontrast (d.h. bis zu pin em Wert von 9. Linienpaarer pro Millimeter) werden dabpi nicht untpr den Wert für die Auflösung und den Kontrast eines konventionellen kompakten LeuchtstoffSchirms mit einer Dicke von 1 "Ϊ5 Mikron verringert. Di» beispielhafte Ausführungsform wi^vd daher als Annäherung an dip b^stp Kompromisslösung mit rinnr Dicke von 95Π Mikron betrachtet, um auf diese Weise sowohl eine beträchtlich^ Verbesserung der Absorption und mindestens eine gewisse Verbesserung der Bildqualität zu erhalten. Diese Ausführungsform ist .iedocb selbstverständlich lediglich beisnielhaft, da in einem bestimmten Anwendungsfall entweder die Absorption oder die Bildqualität als wichtiger betrachtet werden kann, so dass der Schirm mit einer grösseren oder kleineren Dicke wie die beispielhafte Form mit einer Dicke von 250 Mikron hergestellt werden kann.

Obwohl die Frfindung vorstehend in ihrer bevorzugten Umgebung; als Leuchtstoffschirm für eine Röntgenbild-Verstärkerröhre des allgemeinen Tvps nach Figur 1 beschrieben wurde, kann der Leuchtstoffschirm gemäss der Frfindung auch in radiographischen Verstärkerschirmen besonders desjenigen Tvps verwendet werden, bei denen ein Leuchtstoffschirm zwischen eine Quelle für Röntgenstrahlen und einen Film angeordnet wird (dabei wird das durch Röntgenstrahlen untersuchte Objekt oder die Person selbstverständlich allgemein zwischen der Röntgenquellp und de^ Kombination aus Leuchtschirm und Film angeordnet). Da die Erfindung für alle diese analogen Zwecke benutzt wenden kann, ist sie nicht beschränkt auf einen Leuchtstoff schirm für die Verwendung in einer Pöntgen-Bildverstärke.rröhre. Weiterhin sind vorstehend bestimmte Materialien, Bedingungen (beispielsweise Temperatur und ähnliche) und Geräte für dip Herstellung offenbart. Für den

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Fachmann ist ,7 pdoch ersichtlich, dass di^sp zu pin pm gewissen Gradp abgpändprt wprdpn könnpn, b^sondprs im Hinblick auf dip Tatsachp, dass dip vorgpnanntpn Variabler! zu ρϊπρπι gpwisspn Grad abhängig von^inandpr sind. Dip bpschripbpnp bpxspiplhaftp Ausführungsform dpr Struktur und das bpstimmtp Hprst f ah rpn sind dahpr lpdifrlich bpispiolhaft und bpinhaltpn dpi* Erfindung.

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Claims

Patentanspruchρ

Verfahren zur Herstellung pinps vprbpssprtpn Lpuchtstoffschirms dps Typs zur Absorption "inpr Strahlun^sart und zur Rppmission pinpr andprpn Strahlungsart, gpkpnnzpiohnr>t durch folg pn d»

Vprfahrpnsschrittp;

ein allgemein ebenes Substrat wird mit pin^m Muster vprsphpn zur Bildung einpr grosspn Vxplzahl von rplativ erhabenen ßprpich^n, dip durch relativ vprtiefte Bereiche voneinander getrennt sind, wobpx dieses Muster auf pinpm bpträchtlichen Flächpnbnreich dps Substrats erzeugt wird,

auf dem mit Muster ausgestatteten Substrat wird ein Leuchtstoffmatprial untpr grösseren Winkeln rplativ zur Senkrechten zum Substrat abgpschxpden, so dass nur die erhabpnen Bereiche mit einpr wesentlichen Dicke des Leuchtstoffmatprials bedeckt werden und die vertieften Bereiche im wpsentlichen kein Material enthalten, wodurch eine Leuchtstoffschicht erhalt pn wird, dip praktisch voneinander getrpnntp Säulen aus dptn Leuchtstoff material umfasst, und

abschliessend wird der Lpuchtstoffschirm dps Säulpntvps so behandplt, dass das Leuchtstoffmatprial dpssplbpn im wpspntlichpn transparent wird, durch pin? praktische Bpseitigung kleiner Bläschpn, wplchp rinn Strpuung von Strahlung im Innprn d(=>s Matprials verursachen könnten,

wodurch ein Leuchtschirm mit pinpr Reihp von b^abstandeten im wpsentlichen transparpntpn Säulpn dps L^uchtstoffmatprials gpbildpt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch £ e -

kennzeichne t , dass das Leuchtstoffmatprial Cäsium.iodid enthält.

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3. Vprfahrpn nach Anspruch 1 odpr 9, dadurch gpkpnnzpichn pt , dass das Lpuchtstoffmatprial Cäsium.jodid onthält, das mit pinpm dpr Mptallp Thallium und Natrium dotiprt ist.
4. Vprfahrpn nach Anspruch 1 bis 3, dadurch jTPkpnnzpichn^t , dass das Lpuchtstoffmat^rial in pinpm TTpisswandvprdamnfrr aufppbracht wird, so dass dpr ^rOSStP Tpü d^s Lpuchtstof f mat prials, das Substrat prreicht, an dpn Spifpnwändpn dps Vnrdampfprs abprallt und auf dpm Substrat untnr pinpm hohpn Winkpl rplativ zur S^nk^pohtpn aufprallt.
5. Vprfahrpn nach dpn Anspruch pn 1 bis 4, dadurch

sc^kpnnzpichnpt , dass nach dpm Aufbrinp^n

dps Lpuchtstoffmatprials, jpdoch vor dpr pndgültig^n Bphandlunc:, zwischendurch dip sSul^nförmiprp Lpuchtstoffschicht b^handplt wird zur Vprgrösspruni; dpr Abständp n dpn Lpuchtstof fsäulpn .
6. Vprfahrpn nach Anspruch 5, dadurch g ρ -

kpnnzpichnpt , dass d^r zwischpngpfügtp Vprfahrpnsschritt «in Frhitzpn dps zusammpncipsptztpn Substrat- und L<^uchtstoffmatprials auf ρϊπρ Tpmppi'atur zwischpn ptwa 450 bis 5OO°C währpnd ptwa 9.Π bis 6Π Minutpn umfasst.
7. Vprfahrpn nach Anspruch 5, dadurch £ _n _

kpnnzpichnpt , dass d^r Vprfahrpnsschritt

dps Aufdampfpns und cl^r Zwischenruf (irrt ρ Bphandlun?rsschritt mind^st^ns einmal wifdprholt wrdpn, b^vor opt pndp;ttltip;p 3phandlun"-sschritt ausgpführt wird.
8. Vprfahrpn nach clm Ansprüchen ι bis 7, dadurch

irpkpnnzpichn^t , dass dpr prdgültigp

B^h^ndlun^sschritt pin Frhitz°n dps Lpuchtstoffmatprials

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währpnd pin ^r bpträchtlichpn Zeitdauer auf pin» Temperatur in dpr Nähe spines Schmelzpunktes unt^r Bedingungen umfasst, w>lchp sein ρ Neigung zur Sublimation begrenzen,

9. Vprfahren nach Anspruch 8, dadurch ε; ρ -

kpnnzpichnpt , dass das L^uchtstoffmat^rial Cäsium.iodid ist und dip Fndbehandlung pin Frhitzpn auf ptva 615 C währpnd einer Zeitdaupr von etwa 9 bis 3 Stunden un⁺pr Inertgas mit pin pm Druck von <~twa einer Atmosphä- rn umfasst.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis Π, dadurch gekpnnzpichnet , dass nach dem endfrültigpn Behandlunpcsschritt dip Zwischpnräume zwischen dpn Säulpn aus Lpuchtstoffmatprial mit pin er Substanz ausgpfüllt wprden, welche in hohem Massp rpflektierend für die Strahlung ist, dip vom Leuchtstoffmatprial abgegeben wird, so dass die Strahlung, welche aus der Seitenwand einer Säulp austritt, in d"r si.p entsteht, in diese Säul° zurttckreflektiprt wird.

11. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet , dass di« reflektierende Substanz Titandioxvd (TiO₀) umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch g<=- kennzpichnet , dass die reflektierendp Substanz pin zweites Leuchtstoffmaterial enthält, das auch noch reflektiprende-Figensohaftpn bpsitzt.

13. Verfahren nach Ansnruch ^ir>, dadurch g ρ kennzeichnet , dass dip rnf. lektierpnde Leuchtstoffsubstanz aus dpr Gruppe der Matprialpn, bpstehend aus Gadolinoxysulfid (Gdp,0₉S) und Lantbanoxvsulfid (La₂OpS) bpstpht.

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14. Verfahren nach dpn Ansprüchen 10 bis 13, d a d u r c h gekennzeichnet , dass nach der Verfahrensstufe dps Ausfüllens dpr Zwischenräume übpr dpn Säulen und dpr reflektierenden Substanz ^in transparpntps Material als Überzug aufgebracht wird zur Bildung einer pbpnpn relativ glatten obprpn nbprflächp.

15. Vprfahren nach d<m Anspruch pn I bis 14, dadurch gekpnnzeichn^t , dass dip prhabpnpn Tpüp dps Substrats quadratisch sind mit piner Seitenlange von einigen O,O^5 mm (oinippn Ο,οηΐ Zoll) und dass dip vprtipftpn Tpüp und ihrp rolati"p Tipfp in dpr Gvösspnordnung von 0,005 _mm (ο,ΟΟΐ Zoll) sind.

16. Vprbpssprtpr Lpuchtschirm für g,

dadurch ,^pkpnnz^ichnpt , dass

pr umfasst:

tragpndps Substrat (18) mit pinpr Ob^rflächp, welche ein ρ i^rossp Vielzahl \'on kleinen prhabpnpn Berpichpn (90) enthält, di° allp untprpinandpr durch rplativ vprtipftp ßprpich.p (9.9.) srptrpnnt sind,

wobpi auf ,jpdpm dpr prhabpnpn ßprpichp (i?0) pin ρ Säulp (4O) aus Lpuchtstoffmatfrial für Pöntgpnstrahlpn anpipordnet ist, und dipsp Säulen untprpinandpr durch ρχηρη mprklichpn Zwischpnraum b^abstandpt sind, dpr allgempxn der Breite der vertieftpn Teile des Substrats (18) entspricht, wobei dip Leuchtstoffsäulen im wesentlichen transparpnt sind für die von dem Louchtstoffmaterial abgpgebene Strahlung und eine reflektierpndp Substanz, welchp in dpn Zwisch pn räumen so angeordnet ist, dass sie ,iede der Leuchtstoffsäulen umschlirsst,

wodurch die in ,jeder Säule von dem Leuohtstoffmaterial abgpgpb^ne Strahlung am Austreten aus den Seitenwänden der Säulen und am Eintreten in eine andprp Säulp gphindprt ist, und statt dpssen in die Säule zurückreflektiert wird,

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so dass sir letzt pn ditch an der obrrrn Oberfläche dm¹ glpichpn Säule austritt, in dpr dip Strahlung ursortinglich entstandpn ist.

17. Vnrbessprtpr Leuchtschirm für Röntgenstrahlung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet", dass dip prhab^npn T^Ip (?O) dps Substrats (18) quadratisch sind und pinp Kantenlänge von einigen O,O95 mm besitzpn und dip vertieften TpUp und ihrp relativp Tipfp dip Gross pn Ordnung von η,ο^δ mm

1.8. Vprbpssprtpr Lpuchtschirm für röntgenstrahlung nach d<->n Ansprüchen ¹G odpr 17, dadurch p· e k ρ η η -

zpichnpt , dass das L^nchtstoffmitnrial Cäsiumjodid enthält.

19. Vprbessprtpr Leuchtschirm für Röntgenstrahlung nach dpn Ansorüchen 16 bis 1R₁ dadurch g ρ k e η η -

zeichnet , dass das Leuchtstoffmaterial Cäsiumjodid enthält, das mit ninpm dpr Metalle Thallium odpr Natrium dotiprt ist.

30. Vprbesserter Leuchtschirm für Röntgenstrahlung nach den Ansprüchen 16 bis 1Q, dadurch gpkpnn-

zpichnpt , dass dip reflektierende Substanz Titandioxyd (TiO,,) umfasst.

. Verbessertpr Leuchtschirm für Röntgenstrahlung nach den Ansprüchen 16 bis in,· dadurch gekennzeichnet. , dass die rpflpktiprpndp Substanz pin zwpitps Leuchtstoff mat p.rial mi^ ref lektierenden Figpnschaftpn umfasst.

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°ⁿ.. ^vrrb"SSrrtpr Tr^urhtsnhirm für FontcrpnstrnhlunT n^inh Λη soi-uch ^o1 , dadurch i^^k^nn^pi^h

n ρ t , dass das z'v^it" L^itnhtstoffm^t^rial auP ^iη dnr Matorialipn d^^ Gviinn", bpst^h^nd η us fid (Gd₀O₀S) und Lanthnnor^sulfid (T^₉O₀S

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