DE4121151A1 - Leuchtschirm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtschirm zur Wandlung hochenergetischer Strahlung in Lichtstrahlung. Solche Leuchtschirme finden Anwendung in der bildgebenden medizi­ nischen Diagnostik und werden bei Röntgenbildverstärkern, Röntgendetektoren, Röntgenfilmaufnahmen als Verstärkerfolien, bei Speicherleuchtstoffbildsystemen und bei Gammakameras ein­ gesetzt. Bei diesen Leuchtschirmen wird die hochenergetische Strahlung im Leuchtstoff absorbiert und in Lichtstrahlung umgewandelt, was spontan oder beim Speicherleuchtstoff erst nach Stimulation erfolgt. Eine hohe Schichtdicke des Leucht­ stoffes ist im Interesse einer hohen Quantenabsorption wün­ schenswert. Das im Leuchtstoff durch Quantenabsorption ent­ stehende Lumineszenzlicht breitet sich jedoch im Leuchtstoff in einem gewissen Ausmaß auch seitlich aus, wobei dieser Effekt mit der Schichtdicke des Leuchtstoffes steigt. Die seitliche Lichtausbreitung bewirkt eine Verschlechterung der Modulationsübertragungsfunktion des bildgebenden Systems bzw. begrenzt das Auflösungsvermögen. Deshalb ist eine Kanalisie­ rung des Lichtes, d. h. also eine weitgehende Verhinderung der seitlichen Lichtausbreitung, anzustreben. Verhindert werden kann dies durch Absorption, zweckmäßiger ist jedoch durch Reflexion, um die gesamte emittierte Lichtmenge möglichst wenig zu vermindern.

Aus der US-PS 30 41 456 ist ein Leuchtschirm bekannt, der aus einem transparenten Kunststoff, der mit einem Leuchtstoff ge­ tränkt ist, besteht. Zur Herstellung eines Leuchtschirmes wird der transparente Kunststoff in Scheiben geschnitten, wobei die Seitenflächen der Scheiben verspiegelt und anschließend wieder zusammengefügt werden. Der wieder zusammengesetzte transpa­ rente Kunststoff wird dann in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung erneut in Scheiben geschnitten, wobei auch dann wieder die Seitenflächen der einzelnen Scheiben verspiegelt werden. Auch diese Scheiben werden wieder zu einem Körper zusammengefügt. Es werden somit quadratische Säulen gebildet, deren Seitenflächen verspiegelt sind. Dieser Leuchtschirm ist nur mit hohem Fertigungsaufwand herstellbar. Der Wirkungsgrad ist gering, da die Säulen nicht aus reinem Leuchtstoff bestehen.

Aus der EP-02 42 024-A2 ist ein Eingangsleuchtschirm eines zweistufigen Flachbildverstärkers bekannt, der aus einer geätzten Glas- oder Keramikplatte besteht. Diese Glas- oder Keramikplatte weist einzelne, durch Ätzen entstandene Zellen auf, die durch Aluminiumbedampfung verspiegelt sind. In diese einzelnen Zellen wird dann der Leuchtstoff eingefüllt. Um eine gute Modulationsübertragungsfunktion zu erhalten, sind auch der Zwischenleuchtschirm und der Ausgangsleuchtschirm ent­ sprechend auszubilden. Die Herstellung eines solchen Flach­ bildverstärkers ist sehr aufwendig und teuer, da drei Leucht­ schirme herzustellen sind.

In dem Artikel "Image Intensifier Tubes with Intagliated Screens" aus Advances in Electronics and Electron Physics Vol. 74 ist ein Ausgangsleuchtschirm beschrieben, der eine aus Glasfaseroptik bestehende Platte mit einzelnen Faserele­ menten aufweist, die durch Ätzen hergestellt sind. In jede einzelne Faser sind Phosphorpartikel eingefüllt, die bei Elektronenbestrahlung lumineszieren. Um zu vermeiden, daß sich dieses Lumineszenzlicht seitlich ausbreitet, sind die seitlichen Wände jeder einzelnen Faseroptik metallisiert.

Aus der DE-OS 28 07 572 sowie der DE-OS 33 25 035 sind Röntgenleuchtschirme bekannt, deren Leuchtschicht in den Löchern einer Lochrasterplatte eingebracht ist. Die Loch­ rasterplatte kann aus Eisen, Leichtmetall oder Glas beste­ hen. Die Löcher in der Lochrasterplatte können rund, quadra­ tisch oder bienenwabenartig strukturiert sein und sind durch Ätzen von an den gewünschten Stegen der Löcher mit Schutz­ lack versehenen Metallplatten hergestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, nach dem Leuchtschirme für Röntgenbildverstärker, Verstärkerfolien, Speicherleuchtstoffbildsysteme und Gammakameras auf einfache Weise herstellbar sind.

Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirms folgende Verfahrensschritte auf:

• a) Herstellen einer Positivform durch Einbringen einer Matrix in einen Körper aus hochschmelzendem Material,
• b) Ausfüllen der Positivform mit Glas oder Metall zur Herstel­ lung einer Negativform als Substrat für den Leuchtschirm,
• c) Trennen der Formen und
• d) Einbringen des Leuchtstoffes in die Negativform.

Vorteil der Erfindung ist, daß somit auf einfache Weise und damit kostengünstig reproduzierbar und fertigungsgerecht Leuchtschirme hergestellt werden können, die Säulen aus Leuchtstoff aufweisen.

Vorzugsweise besteht die Positivform aus hochschmelzender inerter Keramik, die in eine durch Erwärmung geschmolzene Platte aus Metall oder Glas gepreßt wird, zur Herstellung der Negativform. Der Leuchtstoff wird dann durch Schmelzen oder Sintern in die Negativform eingebracht.

Vorteilhafterweise wird die Negativform aus Kupfer auf elektrochemischem Wege mit Silber oder Palladium beschichtet und anschließend die Schachtwände der Negativform auf elektro­ chemischem Wege auf 5 µm bis 30 µm Dicke gedünnt. Es werden somit Leuchtschirme erhalten, die einen hohen Füllfaktor mit Leuchtstoff aufweisen, so daß sie eine hohe Auflösung und eine hohe Quantenabsorption haben.

Erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschir­ mes werden nachfolgend beschrieben.

Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Her­ stellung einer Positivform in einen Körper aus hochschmelzen­ dem Material die gewünschte Matrix eingebracht, was beispiels­ weise durch Sägen, Laserbestrahlung oder Erodieren erfolgen kann. Dabei können die Einschnitte senkrechte Wände aufweisen, sie können auch konisch ausgebildet sein. In diese Positivform wird das Material, aus dem die Negativform als Substrat herge­ gestellt werden soll, z. B. ein Glas von geringerem Brechungs­ index als der einzufüllende Leuchtstoff oder ein Metall, ein­ gebracht. Nach dem Trennen der Formen wird eine Negativform erhalten, die Schächte entsprechend der in die Positivform eingearbeiteten Matrix aufweist, die Kammern bilden, in die dann der Leuchtstoff eingefüllt wird zur Herstellung des Leuchtschirmes. Ein konisches Profil der Einschnitte in der Positivform ist für die Entformung vorteilhaft.

Der Vorteil des Verfahrens ist, daß die kostenintensive Her­ stellung der räumlichen Struktur nur einmal z. B. beim Sägen der Positivform durchgeführt werden muß. Von dieser Positiv­ form können dann beliebig viele Negativformen hergestellt werden. Die aus Metall oder Glas bestehende Negativform kann zu einer Kalotte umgeformt werden, wenn der Leuchtschirm bei invertierenden Röntgenbildverstärkern eingesetzt werden soll. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß die Negativform nach ihrer Trennung von der Positivform noch durch Ätzen verändert werden kann. Das mit Leuchtstoff ausfüllbare Volumen kann somit durch Verringerung der Wandstärken der Kammern vergrößert werden. Das Atzen kann hierbei rein chemisch oder bei Metall auch elektrochemisch erfolgen. Um die Gesamthöhe der Schächte zu erhalten, kann vor dem Ätzen die Stirnfläche der Schächte mit einer gegen das Ätzmedium resistenten Schutz­ schicht überzogen werden. Diese Schutzschicht kann auf dem Substrat verbleiben, sie kann auch abgeschliffen oder abgeätzt werden. Durch eine solche Nachbehandlung des Substrates können mit einer Positivform verschiedene Negativformen als Substrat hergestellt werden, je nach Intensität und Dauer der Nachbe­ handlung.

Zur Herstellung einer Positivform wird nach einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren in eine Platte aus hochschmelzen­ der Keramik, z. B. BN, AlN, Al₂O₃ mittels einer Säge mit sehr dünnem Sägeblatt eine Anordnung von parallelen, eng aneinan­ derliegenden Schnitten angebracht. Die Breite der Schnitte beträgt z. B. 20 µm-200 µm bei einer Tiefe von z. B. 200 µm bis einige Millimeter. Die Entfernung der Schnitte voneinander beträgt z. B. 100 µm bis 1 mm. Dann wird die Platte um 90° gedreht und nochmals der gleichen Behandlung unterzogen, so daß ein quadratisches Gitter entsteht. Bei Wärmezuführung wird die gesägte Positivform dann mit einer zweiten Platte aus dem gewünschten Substrat, Metall oder Glas zusammengepreßt, so daß ein Abdruck als Negativform entsteht. Man trennt die Formen und füllt dann den Leuchtstoff in die Negativform, was durch Schmelzen oder Sintern oder durch evtl. mehrmaliges Einstreuen des Leuchtstoffpulvers mit anschließender Erwärmung bis zum Schmelzen des Leuchtstoffes erfolgt.

Nach einem dritten erfindungsgemäßen Verfahren kann das Material zur Herstellung der Negativform als feines Metall- oder Glaspulver in die Positivform eingefüllt werden, so daß nach dem Sintern oder Schmelzen des Glas- oder Metall­ pulvers die Negativform als Substrat erhalten wird.

Nach einem vierten erfindungsgemäßen Verfahren ist die Nega­ tivform z. B. aus Kupfer hergestellt. Auf elektrochemischem Wege wird die Negativform stirnseitig mit einem edleren Metall, z. B. mit Silber oder Palladium, beschichtet. Hierzu wird ein mit silber- oder palladiumhaltiger Lösung getränkter Schwamm oder Filz auf die Negativform aufgelegt und eine Spannung mit der Negativform als Kathode angelegt. Die Stirn­ fläche der Negativform wird somit galvanisch mit einer dünnen Silber- oder Palladiumschicht überzogen. Anschließend werden die Schachtwände der Negativform elektrochemisch von z. B. 30-110 µm auf z. B. 5-30 µm Dicke gedünnt. Die Silber- oder Pal­ ladiumschicht kann anschließend abgeschliffen oder abgeätzt werden. Es ist auch möglich, das elektrochemische Dünnen so zu steuern, daß der erste Teil des Ätzvorganges bei einem Poten­ tial ausgeführt wird, bei dem nur das Kupfer der Negativform abgetragen wird. Anschließend erhöht man das Potential, so daß auch die Silber- bzw. Palladiumschicht in Lösung geht. Dies ist wünschenswert, um Kammern zu erhalten, die nach oben erweitert sind.

Durch das Verfahren des elektrochemischen Dünnens kann das arbeitsintensive Verfahren zur Herstellung der Positivform vereinfacht werden, da die Schnitte mit größerer Schnittbreite in die Positivform eingebracht werden können. Werden z. B. 50 µm breite Schnitte 500 µm tief ausgeführt, so wird eine Negativ­ form erhalten, die ein Aspektverhältnis von nur 1:10 aufweist. Durch ein Dünnen der Schachtwände der Negativform von 50 auf z. B. 10 µm wird das Aspektverhältnis auf 1:50 gesteigert. Außerdem wird so das aktive, also zur Strahlungswandlung beitragende Volumen des Leuchtschirmes erhöht, denn beim anschließenden Einfüllen von Leuchtstoff erhält man einen höheren Füllfaktor. Sind z. B. die Schachtwände nur 10 µm dick und besteht zwischen der Mitte der einen Schachtwand bis zur Mitte der nächsten Schachtwand ein Abstand von 100 µm, so erreicht man bei Leuchtstoffüllfaktor 1 einen Leuchtstoff­ anteil am Leuchtschirm von 81 Vol-%.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirmes mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) Herstellen einer Positivform durch Einbringen einer Matrix in einen Körper aus hochschmelzendem Material,
• b) Ausfüllen der Positivform mit Glas oder Metall zur Her­ stellung einer Negativform als Substrat für den Leucht­ schirm,
• c) Trennen der Formen und
• d) Einbringen des Leuchtstoffes in die Negativform.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Positivform aus hochschmelzender Keramik besteht,
wobei die Positivform in eine durch Erwärmung geschmolzene Platte aus Metall oder Glas gepreßt wird zur Herstellung der Negativform und
wobei der Leuchtstoff durch Schmelzen oder Sintern in die Negativform eingebracht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein feines Glas- oder Metallpulver in die Positivform eingefüllt wird, das zur Herstellung der Negativform anschlie­ ßend gesintert oder geschmolzen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Negativform aus Kupfer auf elektrochemischem Wege mit einem edleren Metall beschichtet wird und
wobei die Schachtwände der Negativform auf elektrochemischem Wege auf 5-30 µm Dicke gedünnt werden.