DE69107939T2

DE69107939T2 - Radiolumineszierende Lichtquellen.

Info

Publication number: DE69107939T2
Application number: DE69107939T
Authority: DE
Inventors: Nazir P Kherani; Walter T Shmayda; Stefan Zukotynski
Original assignee: Ontario Hydro
Current assignee: Ontario Power Generation Inc
Priority date: 1990-09-17
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2011-08-22
Also published as: CA2049409C; JPH05107394A; JP3062315B2; ATE119707T1; EP0476845B1; EP0476845A1; US5118951A; DE69107939D1; CA2049409A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf radiolumineszierende Lichtquellen und betrifft hauptsächlich radiolumineszierende Lichtquellen, die durch Tritium betrieben werden. Die Erfindung ist jedoch auch bei radiolumineszierenden Lichtquellen anwendbar, in denen ein radioaktives Element, das sich von Tritium unterscheidet, als eine Quelle für Elektronen oder andere subatomare Partikel zur Anregung eines Leuchtstoffes verwendet wird.
Die Radiolumineszenz gehört zur Erzeugung von Licht durch die Anregung eines Leuchtstoffes, insbesondere durch eine radioaktive Quelle. Die erste Anwendung der Radiolumineszenz bestand darin, daß Leuchtfarben auf Weckern, Uhren, Flugzeugskalen und dergl. verwendet wurden, wobei die Farben aus einer innigen Mischung von Radiuin und Zinksulfid-Leuchtstoff bestanden. Mit der Kenntnis der schädlichen Auswirkungen von Radium auf den Menschen und der vergrößerten Verfügbarkeit von anderen potentiellen Radionukliden, wie beispielsweise Promethium-147, Krypton-85 und Tritium, nahm der Gebrauch von Radium für diesen Zweck ab. Heute werden radiolumineszierende Lichtquellen, die zur wartungsfreien Beleuchtung verwendet werden, hauptsächlich durch Tritiuin betrieben. Beispiele für die Verwendung von Tritiuin bei Anwendungen der Radiolumineszenz sind beispielsweise in den US-Patenten 3 176 132, 3 260 846, 3 478 209 und 4 677 008 zu finden.
Die frühesten Tritium-Lichtquellen wiesen die Form von radiolumineszierenden Farben auf, wobei Tritium in einem organischen Harz gegen Wasserstoff ausgetauscht wurde, wobei das Harz auch als ein Bindemittel zu seiner Verbindung mit einem Zinksulfid-Leuchtstoff verwendet wurde. Derartige Lichtquellen waren jedoch wegen der Undurchsichtigkeit des Harzes und auch wegen der Neigung zur Desorption des Tritiums aus dem Harz uneffizient. Die am meisten verwendete Tritium-Lichtquellen wiesen daher die Form von mit Leuchtstoff beschichteten Glasröhren auf, die mit Tritiumgas gefüllt waren. Während diese Lichtquellen den radiolumineszierenden Farben im allgemeinen überlegen sind, haben beide ihre Nachteile im Hinblick auf die leichte Herstellung und die effizientere Verwendung des Tritium-beta-Zerfalls. Genauer gesagt, bestehen inhärente Beschränkungen der Wirksamkeit, die bei diesen Vorrichtungen erzielt werden kann, wegen des Energieverlustes der beta-Zerfallsprodukte, wenn diese das Tritiumgas durchqueren, wie auch wegen der niedrigen Photonenwirksamkeit und Selbstabsorption durch den Leuchtstoff. Wegen dieser inhärenten Beschränkungen wurden beträchtliche Anstrengungen auf die Entwicklung und Anwendung von Figurationstechniken und optischen Techniken zur Optimierung der Leuchterregung verwendet.
Trotz der zuvor erwähnten Entwicklungen ist die heutige Verwendung der Radiolumineszenz nur auf wenige Anwendungsfälle beschränkt. Die Beschränkung der Anwendung der Radiolumineszenz ist in vielen Anwendungsfällen, in denen diese Anwendung wünschenswert wäre, auf zwei fundamentale Probleme zurückzuführen.
1) Wie sind die beta-Zerfallsprodukte auf das phosphoriszierende Medium mit einem vernachlässigbaren Energieverlust zu übertragen?
2) Wie ist die beta-Energie mit einer minimalen Selbstabsorption durch den Leuchtstoff in Licht umzuwandeln?
Die obigen Beschränkungen werden gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung in großem Maße dadurch überwunden, daß eine intrinsische radiolumineszierende Quelle konstruiert wird, die im wesentlichen ein radioaktives Element enthält, das in einer amorphen Halbleitermatrix eingeschlossen ist. Der amorphe Halbleiter kann die Form eines dünnen transparenten Filmes aufweisen, der auf einem transparenten Substrat oder alternativ auf einem Substrat abgeschieden ist, das eine reflektierende Oberfläche bildet, die so beschaffen ist, daß sie das erzeugte Licht konzentriert und in eine bestimmte Richtung lenkt.
Alternativ kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die das radioaktive Element enthaltende amorphe Halbleitermatrix als eine Elektronenquelle zur Erregung einer abgeschiedenen Leuchtstoffschicht verwendet werden. Das radioaktive Element kann Tritium sein.
Beispielsweise kann die amorphe Halbleitermatrix eine amorphe Silizium-Tritium-Legierung (α-Si:T) sein, die durch die Glirnin-Entladungszersetzung eines tritierten Silans (SiT&sub4;) in einem Gleichstromsattelfeld hergestellt wird. Durch Einverleigung geeigneter Dotierstoffe oder durch Legieren mit Elementen, wie beispielsweise Germanium, Kohlenstoff und/oder Stickstoff, kann die Farbe oder der Wellenlängenbereich des sich ergebenden Lichtes auf bestimmte Anforderungen bemessen werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein anderes radioaktives Element als Tritium, beispielsweise C&sub1;&sub4;, das in der amorphen Halbleitermatrix eingeschlossen ist, als die Erregungsquelle dienen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im folgenden werden Beispiele für die Anwendung der Erfindung im Zusammenhang mit kommerziell nützlichen radioluminesz ierenden Vorrichtungen einer vergrößerten Wirksamkeit beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer radiolumineszierenden Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt einer modifizierten radiolumineszierenden Lichtquelle, bei der die Tritiumkonzentration in dem amorphen Halbleiter abgestuft ist,
Fig. 2a ein Diagramm, das die Verteilung der Tritiumkonzentration in dem Halbleiter zeigt;
Fig. 3 ebenfalls zum Teil einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 den Teil eines Querschnittes einer modifizierten Lichtquelle, bei der das Licht in einer ausgewählten Richtung konzentriert wird;
Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Lichtquelle, die jedoch eine Mehrzahl von radiolumineszierenden Schichten vereinigt;
Fig. 6 einen vergrößerten schematischen Querschitt der in der Fig. 5 gezeigten Lichtquelle;
Fig. 7 eine weitere mehrschichtige radiolumineszierende Lichtquelle mit einem zylindrischen Aufbau;
Fig. 8 einen vergrößerten schematischen Querschnitt der in der Fig. 7 gezeigten Lichtquelle;
Fig. 9 ein Detail einer extrinsischen radiolumineszierenden Lichtquelle gemäß der Erfindung;
Fig. 10 ein Detail einer weiteren extrinsischen radiolumineszierenden Lichtquelle gemäß der Erfindung;
Fig. 11 ein Detail einer noch anderen extrinsischen radiolumineszierenden Lichtquelle gemäß der Erfindung;
Fig. 12 einen schematischen vergrößerten Querschnitt einer mehrschichtigen extrinsischen radiolumineszierenden Lichtquelle des in der Fig. 11 gezeigten Typs.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Allgemeines

Die vorliegende Erfindung, die in Übereinstimmung mit den unten beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang init Tritium betriebenen radiolumineszierenden Lichtquellen angewendet wird, basiert im wesentlichen auf der Anwendung von dünnen Filmen aus amorphen Halbleitern, in denen Tritium eingeschlossen ist (hier als TAS-Filme bezeichnet), die auf geeigneten Substraten abgeschieden sind, die selbst für geeignete Wellenlängen durchlässig sind oder die hochreflektierende Oberflächen bilden, auf denen die Filme abgeschieden werden. Der TAS-Film kann unter Anwendung einer von mehreren kommerziell verfügbaren Techniken abgeschieden werden. Beispielsweise kann er durch eine Glimmentladungs- Zersetzung von Precursor-Gasen zur Erzeugung von Halbleitermaterialien abgeschieden werden. Tritium-beta-Zerfallsprodukte mit einer Durchschnittsenergie von 5,7 keV durchqueren einen TAS-Film, wobei sie Energie zur Bildung von Elektronenlochpaaren und von Bremsstrahlung verlieren, bis sie thermalisiert sind und sich mit positiven Ladungen verbinden. Die Rekombination der Elektronenlochpaare verursacht eine charakteristische Lumineszenz, die zu dem Bandspalt des mit Tritium behandelten amorphen Halbleiters paßt. Die Verwendung verschiedener Verbindungen oder Dotierelemente mit verschiedenen Konzentrationspegeln ändert den Bandspalt oder -abstand oder bildet Bandspaltzustände und ändert daher die Wellenlänge des emittierten Lichtes. Man kann daher irgendeine Wellenlänge von dem Infrarot- bis Ultraviolettbereich auswählen.

Auswahl der Materialien

Das bevorzugte TAS ist mit Tritium behandeltes amorphes Silizium (a-Si:T). In früheren Jahren hat mit Wasserstoff behandeltes amorphes Silizium (a-Si:H) beträchtliches Interesse erregt. Dieses Interesse hat sich in großem Maße durch sein Potential für optoelektronische Anwendungen vergrößert. Die zwischenatoinare Verbindung ist in a-Si ähnlich derjenigen des kristallinen Si. Als Ergebnis sind die Bereiche der zulässigen Energiezustände in den beiden Materialien ähnlich verteilt. Weil jedoch in a-Si eine weitreichende Periodizität fehlt, werden die k-Erhaltungsregeln für optische Übergänge gelockert und a-Si verhält sich folglich wie ein Halbleiter mit direktem Bandabstand, wohingegen kristallines Silizium ein Material mit einem indirekten Bandabstand in der Darstellung der Blochfunktion ist. Dieses für einen direkten Bandabstand typische Verhalten des a-Si bringt es in die Gruppe der optoelektronischen Materialien zusammen mit GaAs.
Viele Zustände des Bandabstandes, die in a-Si wegen dieser Defektnatur existieren, können durch Verbinden mit Wasserstoff eliminiert werden. Typischerweise werden 10 bis 25 Atomprozent Wasserstoff in ein a-Si:H zum Erhalt eines Materials mit guten optoelektronischen Eigenschaften eingeführt. Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl die elektronischen Eigenschaften der Siliziumwasserstoffbindungen dann beeinflußt werden, wenn sie einer Beleuchtung mit hohen Pegeln ausgesetzt werden, die Bindung stark genug ist, daß Wasserstoff in a-Si:H bis zu Temperaturen von größer 300ºC chemisch stabil ist. Der Energiespalt von A-Si:H mit Wasserstoffgehalt in dem Bereich von 10 bis 25 Atomprozent vergrößert sich jeweils von etwa 1,7 bis 2,0 eV. Er kann auch durch Legieren mit Kohlenstoff (a-Si:C:H) oder Stickstoff (a-Si:N:H) vergrößert oder durch Legieren mit Germanium (a-Si:Ge:H) verkleinert werden.
A-Si-H kann in der Form von großflächigen dünnen Filmen auf einer großen Vielzahl von billigen Substraten, wie beispielsweise Glas, unter Verwendung von Verarbeitungstechniken mit niedrigen Temperaturen (typischerweise unter 350ºC) abgeschieden werden. Dadurch wird a-Si:H der ideale Kandidat für viele Anwendungen bei Vorrichtungen mit großen Oberflächen. Obwohl eine Anzahl unterschiedlicher Techniken für die Herstellung von a-Si-H-Dünnfilmen entwickelt wurden, wird a-Si:H mit der besten Qualität im allgemeinen durch die Zersetzung von Silan (SiH&sub4;) durch eine Glimmentladung erreicht. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß sowohl "aktivierter" Wasserstoff und Sihn-Radikale während der Entladungsabscheidung vorhanden sind und als Ergebnis zeigen sich Verbesserungen der Wachstumskinetik und der Passivierung der elektrisch aktivierten Defekte.
Ein verfahren, das auf dem Prinzip eines durch ein elektrostatisches Feld gestützten Oszillators von geladenen Partikeln stützt, umfaßt die Verwendung einer Zersetzung von Silan in einem Gleichstrom-Sattelfeld durch eine Glimmentladung. Dieses Verfahren verbindet viele der positiven Eigenschaften sowohl der Hochfrequenz- wie auch der Gleichstromdiodenentladungstechniken. Die Elektrodenkonfiguration besteht aus einer Anode in der Form eines kreisförmigen Ringes aus rostfreiem Stahl, der ein lose gewebtes Drahtgitter aus rostfreiem Stahl stützt, das durch einen isolierenden Träger zwischen zwei zusätzlichen kreisförmigen Ringen aus rostfreiem Stahl desselben Durchmessers gehalten wird, die mit ähnlichen Drahtgittern aus rostfreiem Stahl bespannt sind. Die beiden äußeren Ringe sind geerdet und bilden daher die Kathoden eines symmetrischen Sattelfeldhohlraumes. Die beheizten Substrathalter sind in der Nähe der Kathoden montiert. Sie können zu einem positiven oder negativen Potential angehoben werden. Silan, Silan mit Phosphin, Silan mit Diboran, Methan, Wasserstoff, Stickstoff und Argon werden in die Kammer über ein massenströmungsgesteuertes Verteilersystem mit mehreren Kanälen zugegeben. Es kann ein gemeinsames Bedampfen mit Silizium oder Dotierstoffen und Legierungselementen ausgeführt werden.
Die Elektrodenkonfiguration für das Gleichstromsattelfeld erleichtert die Ausbildung der Entladung über einen weiten Druckbereich von mehr als 500 mTorr bis zu weniger als wenige mtorr und sogar noch weniger, während sie die Abstimmprobleme beseitigen, die die herkömmlichen Hochfrequenztechniken behindern. Das Schichtwachstum wird bei Hochfrequenzentladungen in einem großen Maße indirekt durch das induzierte Gleichstromfeld gesteuert. Die Elektrodenkonfiguration mit dem Gleichstromsattelfeld liefert eine ähnliche Gleichstrom-Potential-Verteilung, die aber direkt steuerbar ist.
A-Si:H-Filme, die mechanisch stabil sind, nicht abblättern oder ausblühen bzw. Blasen bilden, mit einer guten Haftung am Substrat, können gleichzeitig sowohl aufleitenden wie auch isolierenden Substraten unter Verwendung einer Entladung in Silan abgeschieden werden, die in einer Plasmakammer für ein Gleichstromsattelfeld gezündet wurde. Der hohe Entladungsstrom, der unter Verwendung einer Elektrodenkonfiguration für ein Sattelfeld bei relativ niedrigen Drücken erhalten werden kann, um die Polymerisationseffekte zu minimieren, ermöglicht die Abscheidung von a-Si:H-Filmen mit Halbleiterqualität bei relativ hohen Raten über 5 A/sec im Vergleich zu etwa 2 bis 3 A/sec bei der Verwendung von bisherigen Technologien. Es wurden vor kurzem Filme mit einer Photoleitfähigkeit von 2x10&sup4; bei einer AML Beleuchtung und einer Dunkelwiderstandsfähigkeit von 5x10¹&sup0;Ωcm hergestellt.
Der Wasserstoffeinbau kann durch die Abscheidungsbedingungen gesteuert werden. Beispielsweise kann bei einer vorgegebenen Abscheidungstemperatur der relative Teil des in Monohydrid- und Dihydridstellen eingebauten Wasserstoffes über die Entladungsspannung und den Druck variiert werden. Höhere Spannungen (d.h. höher als 1000 V) und niedrigerer Drücke (d.h. kleiner als 50 mTorr) vergrößern den Einbau von Wasserstoff in Dihydridstellen, insbesondere bei niedrigen Substrattemperaturen (d.h. TS ≤ 300ºC).
A-Si:H zeigt eine sehr starke Photolumineszenz bei Temperaturen unter 150 K und eine noch beträchtliche Lumineszenz bei Raumtemperatur. Es wurde die Elektrolumineszenz in a-Si:H p-i-n-Dioden beobachtet. Die Spitzenlumineszenz von a-Si-H liegt im Infrarotbereich bei etwa 1,3 eV. Durch Verbinden mit Kohlenstoff oder Stickstoff kann das Energieband oder der Energiespalt von amorphem Silizium jedoch auf über 4 eV vergrößert werden und auf diese Weise kann die Spitzenelektrolumineszenz in den sichtbaren Bereich des Spektrums bewegt werden. Tatsächlich wurde kürzlich von Emissionen über das gesamte sichtbare Spektrum für a-Si:C:H p-i-n Dioden berichtet (maximale Lumineszenz von 30 cd/m² und Wirkungsgrad von 10&supmin;&sup4; lm/W bei Zimmertemperatur).
Durch die oben genannten verfahren können mit Tritium behandelte amorphe Siliziumfilme (a-Si:T) auf einem Substrat gebildet werden oder es können Filme verwandter Legierungen, die Siliziumcarbid und Siliziumnitrid enthalten, gebildet werden. Das Material des Substrates kann Glas, Saphir, Quarz usw. sein.

Ausführungsformen

In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Teile verwendet.
Die Fig. 1 zeigt eine TAS-Schicht 10 einer Dicke von nur wenigen um, die auf einem Substrat 11 aus Glas, Quarz oder Saphir abgeschieden ist. Das Substrat weist die Form einer Platte mit einer Dicke von etwa 1 mm auf. Die Schicht 10 ist im wesentlichen für das erzeugte Licht transparent, wobei das Licht in alle Richtungen gestrahlt wird, wie dies durch Pfeile dargestellt ist. Diese Vorrichtung, die die Erfindung in ihrer einfachsten Form darstellt, ist in einem abgedichteten transparenten Gehäuse 12 eingeschlossen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 1 besitzt die TAS- Schicht eine gleichmäßig verteilte Tritiumkonzentration und aus diesem Grunde besteht an der äußeren Oberfläche der Schicht ein Fluß von Primär- und Sekundärelektronen. Die TAS-Schicht stellt daher eine Elektronenquelle mit einem Gesamtstrom in der Größenordnung von nAcm&supmin;² dar. Vom Blickwinkel der Lichterzeugung her neigt eine TAS- Schicht mit einer abgestuften Tritiumkonzentration dazu, diese extra Energie in Licht umzuwandeln und so die Leuchterregung zu vergrößern. Die Fig. 2 zeigt eine solche Lichtquelle, die derjenigen der Fig. 1 ähnlich ist, jedoch eine abgestufte Tritiumkonzentration besitzt, die in Richtung auf die Oberflächen abnimmt, wie dies die Kurve der Fig. 2a zeigt.
Wie dies die Fig. 3 zeigt, kann der Leuchtfluß durch die vorsehung einer optisch-reflektierenden Schicht 13 zwischen der TAS-Schicht 10 und dem Substrat weiter vergrößert werden. Die reflektierende Schicht 13, deren Dicke in der Größenordnung von 100 Angström liegt, kann durch Abscheiden von Silber, beispielsweise auf dem Substrat, hergestellt werden, wobei die TAS-Schicht 10 auf der reflektierenden Schicht abgeschieden werden kann. Bei dieser Ausführungsform weist die TAS-Schicht vorzugsweise eine abgestufte Konzentration von eingeschlossenem Tritium wie im Falle der Ausführungsform der Fig. 2 auf. Das erzeugte Licht, das anfänglich in Richtung auf die reflektierende Schicht sich ausbreitet, neigt dazu, einer spiegelnden oder diffusen Reflexion zu unterliegen, was von der Qualität der reflektierenden Schicht abhängt. Dadurch wird die Lichtabstrahlung idealerweise im idealen Fall um einen Faktor 2 erhöht.
Wie dies die Fig. 4 zeigt, kann der Lichtfluß weiter dadurch erhöht werden, daß alle Außenflächen der abgestuften TAS-Schicht 10 mit einer optisch hochreflektierenden Schicht 14, abgesehen von einem engen Rand, beschichtet werden. In diesem Fall wird das Licht durch die totale Innenreflexion konzentriert. Dadurch wird eine vergrößerte Lichtabstrahlung an dem unbeschichteten engen Rand 15 erreicht. Für eine totale innere Reflexion muß die optisch reflektierende Beschichtung eine Brechzahl aufweisen, die kleiner als diejenige der gestuften TAS- Schicht ist. Der Gesamtlichtausgang kann dadurch vergrößert werden, daß eine sehr kleine Anzahl von abwechselnden Schichten von optisch reflektierenden Schichten 14 und TAS-Schichten 10 abgeschieden werden. Eine solche Konfiguration ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei die Fig. 5 eine im allgemeinen perspektivische Darstellung der Vorrichtung zeigt und die Fig. 6 eine in großem Maße vergrößerte Teildarstellung des Schichtaufbaus im Querschnitt zeigt. Das transparente Gehäuse wurde weggelassen, damit der Innenaufbau sichtbar wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die geometrische Konfiguration der zusammengesetzten Lichtquelle nicht auf die in den Fig. 5 und 6 dargestellte rechteckige Form beschränkt sein muß. Die Fig. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Lichtquelle mit demselben mehrschichtigen Aufbau wie die vorangehende Ausführungsform der Erfindung, aber mit einer zylindrischen Beschaffenheit. Die Fig. 8 zeigt eine mehrschichtige Struktur der Lichtquelle im Querschnitt, wobei jedoch die Dicken der reflektierenden Schicht und der TAS-Schicht aus Gründen der Deutlichkeit stark vergrößert sind.
Die oben beschriebenen Lichtquellen können als "intrinsische" Lichtquellen bezeichnet werden. Dies bedeutet, daß das Tritium in der phosphorisierenden Matrix eingeschlossen ist. Es ist kein externer Leuchtstoff erforderlich. Im allgemeinen kann man erwarten, daß eine solche intrinsische Lichtquelle eine größere Lichtabstrahlung erzeugt als eine extrinsische Lichtquelle. Trotzdem ermöglicht die Verfügbarkeit einer TAS-Schicht als eine Elektronenquelle, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 1 weiter oben erwähnt wurde, daß die Erfindung im Zusammenhang mit einer extrinsischen Lichtquelle angewendet wird, bei der ein Leuchtstoff einen ausreichenden Quantenwirkungsgrad, eine Stabilität gegen Strahlungsbeschädigungen und die gewünschten Emissionscharakteristiken besitzt. Die Fig. 9 bis 12 zeigen solche extrinsischen Lichtquellen.
In der Fig. 9 ist die TAS-Schicht 10 zwischen Leuchtstoffschichten 16 sandwichartig angeordnet. Dadurch ergeben sich zwei planare Oberflächen, die radiolumineszierendes Licht abstrahlen. Das Substrat 11, das aus Glas, Quarz oder Saphir besteht, auf dem der Leuchtstoff abgeschieden ist, ist für die emittierte Lichtstrahlung transparent. Bei der Fig. 10 ist eine optisch hochreflektierende Schicht 14 zwischen dem Substrat 11 und dem Leuchtstoff 16 abgeschieden, so daß sie das Licht reflektiert und dadurch die Lichtausstrahlung idealerweise um einen Faktor 2 vergrößert. In diesem Fall sind die Leuchtstoffschicht und die TAS-Schicht transparent und absorbieren die emittierende Lichtstrahlung nicht. In der Fig. 11 ist die extrinsische Lichtquelle mit einer optisch hochreflektierenden Schicht 14, abgesehen von einem engen Rand 15, bedeckt, so daß das Licht durch eine totale innere Reflexion konzentriert und dadurch die Lichtausstrahlung vergrößert wird. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß durch die geeignete Kombination der Brechzahlen der Schichten eine totale Innenreflexion erhalten wird. Die Fig. 12 zeigt schematisch im vergrößerten Schnitt eine Struktur, die sehr viele extrinsische Lichtquellenelemente mit vergrößerter Leuchtausstrahlung umfaßt, die zur Bildung einer zusammengesetzten radiolumineszierenden Quelle mit einem großen Gesamtlichtausgang gestapelt sind.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen beruhen die radiolumineszierenden Lichtquellen auf der Verwendung von dünnen Schichten bzw. Filmen aus einem amorphen Halbleitermaterial mit eingeschlossenem Tritium. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß auch andere radioaktive Elemente, die beta-Zerfallsprodukte emittieren, an der Stelle von Tritium verwendet werden können. Außerdem wird darauf hingewiesen, daß, während die Matrix am geeignetsten als dünne Schicht abgeschieden werden kann, die Matrix auch einen Körper einer beträchtlichen Dicke umfassen kann, solange dieser transparent für das durch die Rekombination der Elektronenlochpaare emittierte Licht ist. Es ist daher beispielsweise klar, daß die Nützlichkeit der in den Fig. 4 bis 8 und den Fig. 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen, in denen Licht in der Schicht über eine Entfernung übertragen wird, die die Schichtdicke bei weitem übersteigt, davon abhängt, daß die Matrix im wesentlichen unabhängig von ihrer Dicke transparent ist.

Claims

1. Radiolumineszierende Lichtquelle mit einem radioaktiven Element, das in einer amorphen Halbleitermatrix (10) eingeschlossen ist.

2. Radiolumineszierende Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das radioaktive Element ein beta-strahlendes Element ist.

3. Radiolumineszierende Quelle nach Anspruch 1, bei der das radioaktive Element Tritium ist.

4. Radiolumineszierende Quelle nach Anspruch 3, bei der die Matrix (10) amorphes Silizium ist.

5. Radiolumineszierende Quelle nach Anspruch 3, bei der der amorphe Halbleiter mit einer Menge dotiert oder legiert ist, daß er Licht in einem ausgewählten Wellenlängenbereich erzeugt.

6. Intrinsische radioluminiszierende Lichtquelle nach Anspruch 2, bei der die amorphe Halbleitermatrix auf die Beta-Strahlung wie ein Leuchtstoff anspricht.

7. Extrinsische radioluminiszierende Lichtquelle mit einem beta-strahlenden radioaktiven Element, das in einer amorphen Halbleitermatrix (10) eingeschlossen ist, wobei die Matrix eine Sekundärelektronenquelle bildet, die auf die Beta-Strahlung anspricht, und wobei ein Leuchtstoff (16) so angeordnet ist, daß er Sekundärelektronen von der Elektronenquelle zur Lichterzeugung auf fängt.

8. Zusammengesetzte intrinsische radioluminiszierende Lichtquelle mit einer geschichteten Struktur, die aus abwechselnden Schichten aus (a) einem amorphen Halbleiter (10), der ein eingeschlossenes beta-strahlendes radioaktives Element enthält, und (b) aus optisch reflektierendem Material (14) besteht, wobei die amorphen Halbleiterschichten vollständig von den Schichten aus dein reflektierenden Material eingeschlossen sind, abgesehen von einer Seite der Struktur, wobei in den Halbleiterschichten erzeugtes Licht in Richtung auf die eine Seite durch eine totale innere Reflexion kanalisiert wird.

9. Zusammengesetzte intrinsische radioluminiszierende Lichtquelle nach Anspruch 8, wobei das radioaktive Element Tritium ist.

10. Zusammengesetzte intrinsische radioluminiszierende Lichtquelle nach Anspruch 9, wobei der Halbleiter amorphes Silizium ist.

11. Zusammengesetzte extrinsische radioluminiszierende Lichtquelle mit einer geschichteten Struktur, die aus abwechselnden lichtemittierenden Schichten (10) und Schichten aus einem optisch reflektierenden Material (14) besteht, wobei jede lichtemittierende Schicht (10) ein betastrahlendes radioaktives Element aufweist, das in einer Halbleitermatrix eingeschlossen ist, wobei die Matrix eine Sekundärelektronenquelle bildet, die auf Beta-Strahlung anspricht und sandwichartig zwischen Leuchtstoffschichten (16) angeordnet ist, die so positioniert sind, daß sie Sekundärelektronen von der Elektronenguelle zur Lichterzeugung einfangen, und wobei jede lichtemittierende Schicht (10) vollständig durch das optisch reflektierende Material (14) eingeschlossen ist, abgesehen von einer Seite der Struktur, wobei emittiertes Licht in Richtung auf die eine Seite durch eine innere Totalreflexion kanalisiert wird.