DE901567C

DE901567C - Luminescent screen

Info

Publication number: DE901567C
Application number: DEA10367D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Techn Wol Ferrant
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-07-03
Filing date: 1937-07-03
Publication date: 1954-01-11

Description

Leuchtschirm Es ist bekannt, daß Phosphore, z. B. Zinksulfid, falls sie sich während der Erregung in einem elektrischen Felde befanden, aufleuchten, sobald das elektrische Feld aufgehoben wird, wie ein wenig bekannter Versuch von P. L e n a r d lehrt. Bei diesem Versuch bestand der Kondensator, in dem das Feld erzeugt wurde, aus kammartigen Elektroden, die ineinandergeschoben waren. Der verbleibende Zwischenraum 'war mit pulverförmigem Leuchtphosphor ausgefüllt (vgl. »Handbuch der Experimentalphysik, herausgegeben von Wien und Harms, Bd. 23, Teil I, S. 266 bis 268, insbes. Abschn. b). Es liegt seit langem das Bedürfnis vor, Leuchtschirme herzustellen, die eine große Flächenhelligkeit aufweisen. Derartige Leuchtschirme werden in Braunschen Röhren für Meß- und Fernsehzwecke, in Elektronenmikroskopen, als Fluoreszenzschirme für Röntgenstrahlen usw. gebraucht. Nach der Erfindung sollen daher zur Aufzeichnung von Bildern oder Vorgängen aller Art Leuchtschirme Verwendung finden, die durch gleichmäßige Bestrahlung in einem elektrischen Feld erregt werden und unter dem Einfluß der sichtbar zu machenden Strahlung aufleuchten. Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden beschrieben werden.Luminescent screen It is known that phosphors, e.g. B. zinc sulfide, if they were in an electrical field during the excitation, light up, as soon as the electric field is canceled, like a little-known experiment by P. L e n a r d teaches. In this experiment the capacitor passed the field was generated, from comb-like electrodes that were pushed into one another. The remaining one The space in between 'was filled with powdered luminous phosphor (cf. »Handbuch der Experimentalphysik, edited by Wien and Harms, Vol. 23, Part I, p. 266 bis 268, especially section b). There has long been a need to manufacture fluorescent screens, which have a high surface brightness. Such luminous screens are in Braunschen Tubes for measuring and television purposes, in electron microscopes, as fluorescent screens used for x-rays etc. According to the invention are therefore intended for recording of images or processes of all kinds fluorescent screens are used, which through uniform irradiation can be excited in an electric field and under the Influence of the radiation to be made visible light up. Details of the invention should be described below.

Die Entstehung des leuchtenden Bildes wird in zwei oder drei Phasen zerlegt, die sich in rascher Folge wiederholen können, so daß die Intensität möglichst groß wird und, falls es sich um bewegte Bilder handelt, der Eindruck der gleichmäßigen Bewegung hervorgebracht wird. Wesentlich ist, daß in der letzten Phase der Bildentstehung im Phosphor ein Feldprofil entsteht (elektrisches Feld), das dem einfallenden Bilde entspricht, da das Leuchten des Phosphors dem so entstandenen Feldprofil und damit dem Bild entspricht.The creation of the luminous image will be in two or three phases broken down, which can be repeated in rapid succession, so that the intensity is as possible becomes large and, in the case of moving images, the impression of uniformity Move is produced. It is essential that in the last phase of the creation of the picture A field profile is created in the phosphorus (electric field), which corresponds to the incident image corresponds, since the glow of the phosphor to the resulting field profile and thus corresponds to the picture.

Eine Ausführungsform ist die folgende. Ein Bild, z. B. von dem Elektronenstrahl eines Kathodenstrahloszillographen geliefert, steht als elektrische Ladung pro Bildelement zur Verfügung (Abb. i). Wird hier das vom Strahl i bestrichene Bildfeld in sehr viele Teile zerlegt und erhält jeder Teil beispielsweise einen Faradayschen Auffänger 2 oder ein anderes gleichwertiges Organ, so kann man die dort anlangenden Ladungen einer Phosphorplatte 3 zuführen, die ebenfalls in sehr viele, dem Bildfeld entsprechende Kondensatoren unterteilt ist, wobei die Gegenelektrode 4. nicht unterteilt sein muß, aber zweckmäßig durchsichtig und leitend, z. B. als dünne Silberschicht, ausgestattet wird. Von dieser Seite her wird beobachtet. Die drei (oder zwei) Phasen der Bildentstehung spielen sich folgendermaßen ab.One embodiment is as follows. An image, e.g. B. from the electron beam supplied by a cathode ray oscilloscope is shown as an electric charge per picture element available (Fig. i). Here the image field swept by the beam i becomes very dismantled many parts and each part receives, for example, a Faraday catcher 2 or another equivalent organ, one can see the charges that arrive there a phosphor plate 3, which also in very many, corresponding to the image field Capacitors is subdivided, the counter electrode 4. not being subdivided must, but appropriate transparent and conductive, z. B. as a thin silver layer equipped will. It is observed from this side. The three (or two) phases of image creation play out as follows.

I. Phase. Die unterteilten Kondensatoren 2 bis 4. werden über hohe Widerstände 5 mit einer Hilfsspannungsquelle 6 verbunden und dadurch aufgeladen. Gleichzeitig wird die Phosphorplatte durch Bestrahlung mit einer gleichmäßigen Lichtquelle stark erregt, wobei der Strahlengang von der Phosphorplatte zum Beobachter gesperrt ist.I. phase. The divided capacitors 2 to 4 are over high Resistors 5 connected to an auxiliary voltage source 6 and thereby charged. At the same time, the phosphor plate is irradiated with a uniform light source strongly excited, whereby the beam path from the phosphor plate to the observer is blocked is.

II. Phase. Die Spannung liegt noch immer an dem unterteilten Kondensator, der Strahlengang ist für den Beobachter noch geschlossen, aber ein anderer Strahlengang für infrarotes Licht ist geöffnet, so daß die Phosphorplatte rasch ausgeleuchtet wird, während der Strahlengang für die Erregung bereits geschlossen ist. Diese zweite Phase ist nicht nötig, wenn zur Ausleuchtung genügend Zeit zur Verfügung steht.II phase. The voltage is still on the divided capacitor, the beam path is still closed to the observer, but a different beam path for infrared light is open so that the phosphor plate is quickly illuminated while the beam path for the excitation is already closed. This second Phase is not necessary if there is enough time for illumination.

III. Phase. Der Strahlengang für den Beobachter ist geöffnet, der Strahlengang für die Erregung ist (wie in Phase II) geschlossen, :auch der Strahlengang für das ausleuchtende Infrarot kann geschlossert, sein. Außerdem ist aber in der dritten Phase die das Hilfsfeld herstellende, von der Quelle 6 gelieferte Spannung abgeschaltet, so daß die durch den Elektronenstrahl zugeführte Bildintensität Entladungen ,an den unterteilten Kondensatoren verursacht, die entsprechende Feldänderungen im unterteilten Kondensator hervorbringen. Es entsteht also ein dem Bild entsprechendes Feldstärkenprofil, das zu entsprechendem Leuchten der Phosphorplatte Anlaß gibt und dessen allzu rasches Abklingen durch die Widerstände 5 verhindert wird. Je nach der Geschwindigkeit der auftreffenden Elektronen können sie die Platte negativ oder aber (durch Sekundärelektronenauslösung) positiv machen. Entsprechend ist die Polarität der Spannungsquelle 6 zu wählen.III. Phase. The beam path for the observer is open, the The beam path for the excitation is closed (as in phase II), including the beam path for the illuminating infrared can be closed. But also in the third phase, the voltage supplied by the source 6 which produces the auxiliary field turned off, so that the image intensity supplied by the electron beam discharges , causes the corresponding field changes on the subdivided capacitors in the compartmentalized condenser. The result is something corresponding to the picture Field strength profile that causes the phosphor plate to glow accordingly and whose too rapid decay is prevented by the resistors 5. Depending on The speed of the impinging electrons can make them negative or the plate but make positive (by triggering secondary electrons). The polarity is corresponding the voltage source 6 to be selected.

Der Strahlengang für die Beobachtung, für die Erregung der Phosphorplatte und die Ausleuchtung wird z. B. durch eine rotierende Scheibe, die entsprechende Ausschnitte enthält, geöffnet und geschlossen. Abb.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Phosphorplatte 3 trägt auf der dem Beobachter zugekehrten Seite, wie schon im ersten Ausführungsbeispiel, eine durchsichtige und leitende Belegung 4.. Die andere Belegung besteht aus einer Schicht 7 von sehr hohem Widerstand. Der Widerstand muß so groß sein, daß aufgebrachte Ladungen sich erst in merklicher Zeit ausgleichen können. Diese Schicht hohen Widerstandes entspricht den Zuleitungswiderständen 5 zu der unterteilten Kondensatorbelegung 2 des in Abb. i dargestellten Beispiels. Die drei Phasen der Bildentstehung werden hier wie im ersten Beispiel durchlaufen. Eine rotierende Scheibe 8, die entsprechende öffnungen enthält, schaltet die Strahlengänge für den Beobachter bei 9 für die Erregungsstrahlung, z. B. einer Quecksilberdampflampe i o, und für eine Bogenlampe i i, der ein Filter 12 vorgeschaltet ist, das nur Infrarot durchläßt, ein oder aus. Das Abschalten der Spannung von der Schicht 7 an der Phosphorplatte erfolgt z. B. mit Hilfe des Schalters 13.The beam path for observation, for the excitation of the phosphor plate and the illumination is z. B. by a rotating disk, the corresponding Contains cutouts, opened and closed. Fig.2 shows another embodiment. The phosphor plate 3 carries on the side facing the observer, as in first embodiment, a transparent and conductive coating 4 .. The other Allocation consists of a layer 7 of very high resistance. The resistance must be so large that the charges applied will only balance each other out after a noticeable period of time can. This high resistance layer corresponds to the lead resistances 5 to the subdivided capacitor assignment 2 of the example shown in Fig. i. The three phases of image creation are run through here as in the first example. A rotating disk 8, which contains corresponding openings, switches the beam paths for the observer at 9 for the excitation radiation, e.g. B. a mercury vapor lamp i o, and for an arc lamp i i, which is preceded by a filter 12, the infrared only lets through, on or off. Switching off the voltage from layer 7 on the phosphor plate takes place z. B. with the help of switch 13.

Die drei (zwei) Phasen der Bildentstehung sind durch die Abb.3 anschaulich dargestellt. In Richtung der Zeitachse beginnt die Phase I. Die Spannung e wird an die Phosphorplatte gelegt, die Erregung E beginnt. Phase II: Die Erregung E ist beendet und, falls notwendig, beginnt die Ausleuchtung A. Phase III : Die Spannung e' ist von der Phosphorplatte abgeschaltet, so daß unter dem Einfluß einer von außen wirkenden Strahlung, die einem Bild äquivalent ist, in der Phosphorplatte ein Feldstärkenprofil (wobei e' flächenhaft ausgedehnt aufgefaßt werden muß) ausbilden kann, das zu entsprechendem Leuchten Anlaß gibt: Bisher ist als Ursache für die Entstehung des Feldstärkenprofils stets die Entladung der Belegung 2 oder 7 durch Ionen- oder Elektronenstrahlen oder Licht angenommen worden. Der Schirm eignet sich jedoch auch zum Sichtbarmachen von Röntgenbildern. Bestrahlt man nämlich eine Einrichtung, etwa Abb. i oder z entsprechend, mit Röntgenstrahlen, die z. B. eine Hand durchsetzt haben, so erhält man ein entsprechendes Schattenbild, und die Röntgenstrahlung verändert (im allgemeinen erhöht) die Leitfähigkeit der Platte 3, so daß die einzelnen Teile der Phosphorplatte sich entsprechend der Röntgenstrahlintensität entladen. Das Feldprofil entsteht also in diesem Fall durch die Leitfähigkeit der Platte. Das gleiche gilt unter Umständen auch bei Verwendung von Licht an Stelle von Röntgenstrahlen, wie überhaupt je nach dem Charakter der Strahlung beide Effekte in verschiedenem Anteil zusammenwirken können. Während langsamere Elektronen bis zu einigen iooo Volt hauptsächlich entladend wirken, können sehr schnelle Elektronen, die in die Platte eindringen, deren Leitfähigkeit merklich erhöhen. Auch kann nicht nur die Leitfähigkeit der Platte, sondern auch die eines etwa vorhandenen evakuierten, Luft- oder gasgefüllten Zwischenraumes zwischen Platte und Belegung durch die auftreffende Strahlung erhöht werden. Die Oberflächenladung läßt sich aber nach einem weiteren Erfindungsgedanken auch durch Ionisationsströme ändern, und zwar so, daß die Phosphorplatte eine Elektrode einer Ionisationskammer bildet.The three (two) phases of the image creation are illustrated in Figure 3 shown. Phase I begins in the direction of the time axis. The voltage e becomes placed on the phosphor plate, the excitation E begins. Phase II: The excitation E is ends and, if necessary, illumination A. Phase III: The voltage e 'is cut off from the phosphor plate, so that under the influence of an outside acting radiation, which is equivalent to an image, a field strength profile in the phosphor plate (whereby e 'has to be understood as extensive) can train that to the corresponding Luminous cause: So far is the cause for the emergence of the field strength profile always the discharge of occupancy 2 or 7 by ion or electron beams or Light has been accepted. However, the screen is also suitable for making visible X-rays. If one irradiates a device, e.g. according to Fig. I or z, with X-rays, e.g. B. have penetrated a hand, you get a corresponding one Shadow image, and the X-ray radiation changes (generally increases) the conductivity the plate 3, so that the individual parts of the phosphor plate according to the Discharge x-ray intensity. In this case, the field profile is created by the conductivity of the plate. The same applies under certain circumstances to use of light in place of X-rays, as in general, depending on the character of the Radiation both effects can work together in different proportions. While slower ones Electrons up to a few thousand volts can have a mainly discharging effect fast electrons that penetrate the plate, their conductivity is noticeable raise. Also, not only the conductivity of the plate, but also that of one any evacuated, air or gas-filled space between the plate and occupancy can be increased by the incident radiation. The surface charge but can be after a also through further inventive ideas Change ionization currents, in such a way that the phosphor plate has an electrode of a Forms ionization chamber.

Die in Abb. i und 2 dargestellten Anordnungen eignen sich vor allem zur Herstellung kurzzeitiger, in größerem zeitlichem Abstand folgender Bilder mit großer Leuchtstärke, da in diesem Fall die Vorbereitungszeit der ersten und zweiten Phase lang sein kann. Man kann dann die Widerstände 5 (Abb. i) oder den Widerstand der Schicht 7 (Abb. 2) sehr groß machen oder die Belegung 2 bzw. 7 während der III. Phase sogar von der Spannungsquelle 6 abschalten, so daß das durch die Einwirkung von z. B. stoßartig erzeugten Röntgenstrahlen verursachte Feldstärkenprofil sich nicht rasch über die Widerstände ausgleichen kann.The arrangements shown in Fig. I and 2 are particularly suitable for the production of short-term pictures with a longer time interval great luminosity, since in this case the preparation time of the first and second Phase can be long. You can then use the resistors 5 (Fig. I) or the resistor the layer 7 (Fig. 2) make very large or the occupancy 2 or 7 during the III. Phase even switch off from the voltage source 6, so that by the action from Z. B. bursty generated X-rays caused the field strength profile cannot quickly compensate for the resistances.

Schwierigkeiten können sich bei der Anordnung nach Abb. i oder 2 dann ergeben, wenn die Phasen in rascher Folge durchlaufen werden sollen oder wenn das primäre Bild in zeitlich konstanter, geringer Intensität zur Verfügung steht. In diesem Fall muß man die Widerstände 5 (Abb. i) bzw. den Widerstand 7 (Abb. 2) klein wählen, was zu einem frühzeitigen Verschwimmen des Bildes Anlaß geben würde. Zweckentsprechend wäre es, wenn der Widerstand der Phosphorplattenoberfläche einmal klein, etwa in der Größenordnung metallischer überzüge, und einmal (während des Aufbaues des Feldstärkenprofils durch das in geeigneter Form vorliegende Bild) sehr groß, etwa in der Größenordnung der Oberflächenwiderstände bester Isolatoren, gemacht werden könnte. Diese Forderung wird erfüllt, wenn man die lichtleitende hochisolierende Phosphorplattenoberfläche mit Hilfe eines Elektronen- oder Ionenstromes, vorzugsweise von Teilchen geringer Energie (z. B. 5 Volt) auflädt, durch die keine Ionisation des etwa vorhandenen Gases und keine Auslösung von Sekundärteilchen auf der Platte stattfindet. Eine Anordnung dieser Art ist in Abb. q. dargestellt, bei der der Ionen-oder Elektronenstrom, der von 1q. ausgeht, vermittels des Gitters 15 gesteuert werden kann. Die ganze Anordnung ist in das Glasgefäß 16 eingebaut. Die durchsichtige und leitende Elektrode q. liegt wieder an einem Pol der Spannungsquelle 6, an deren anderem Pol die Kathode 1q. liegt. Der Beobachter befindet sich bei 9. Die einzelnen Phasen der Bildentstehung werden in folgender Weise durchlaufen. Während der I. und Il. Phase können die geladenen Teilchen, z. B. Elektronen, das Gitter 15 durcheilen und laden die Oberfläche der Phosphorplatte 3 so lange auf, bis keine Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche der Phosphorplatte und dem Glühdraht mehr vorhanden ist. Die Erregung und Ausleuchtung usw. wird wie in den anderen Beispielen vorgenommen. Während der III. Phase werden die Elektronen am Durchtritt durch das Gitter von der Steuerspannung i gehindert, so daß bei der jetzt folgenden Änderung der Oberflächenladung durch das einfallende Bild keine Ladungsströme vom Glühfaden her fließen können. Eine andere Möglichkeit der Sich'tbarmachung schnell veränderlicher Bilder besteht darin, den Schirm in Form einer um ihre Achse rotierenden zylinderförmigen Trommel oder einer um ihren Mittelpunkt in ihrer Ebene sich drehenden Scheibe auszubilden. In diesem Fall kann der Wiederaufbau der erregten Phosphore in der Zeit erfolgen, die verstreicht, wenn der betreffende Teil der Scheibe oder Trommel das Beobachtungsfeld verlassen hat, bis zu dem Zeitpunkt, in dem er dem aufzeichnenden, das Feldstärkeprofil erzeugenden Strahl ausgesetzt ist. Natürlich ist bei dieser Betriebsweise das sichtbar zu machende Bild so zu steuern, daß es für den Beobachter in richtiger Zusammensetzung erscheint.Difficulties can arise with the arrangement according to Fig. I or 2 if the phases are to be run through in rapid succession or if the primary image is available in a temporally constant, low intensity. In this case, the resistors 5 (Fig. I) or the resistor 7 (Fig. 2) must be selected to be small, which would lead to an early blurring of the picture. It would be appropriate if the resistance of the phosphor plate surface could be made small, for example in the order of magnitude of metallic coatings, and very large once (while the field strength profile is being built up by means of the suitable image), roughly in the order of magnitude of the surface resistances of the best insulators . This requirement is met if the light-conducting, highly insulating phosphor plate surface is charged with the aid of an electron or ion current, preferably of low-energy particles (e.g. 5 volts), through which there is no ionization of any gas present and no triggering of secondary particles on the plate takes place. An arrangement of this kind is shown in Fig. Q. shown, in which the ion or electron current that of 1q. goes out, by means of the grid 1 5 can be controlled. The whole arrangement is built into the glass vessel 1 6 . The transparent and conductive electrode q. is again on one pole of the voltage source 6, on whose other pole the cathode 1q. lies. The observer is at 9. The individual phases of the creation of the image are run through in the following way. During the I. and Il. Phase can be the charged particles, e.g. Rush through as electrons, the grid 1 and 5 charge the surface of the phosphor plate 3 so long until there is no potential difference between the surface of the phosphor plate and the filament is no longer present. The excitation and illumination etc. is done as in the other examples. During the III. During the phase, the electrons are prevented from passing through the grid by the control voltage i, so that no charge currents can flow from the filament during the subsequent change in the surface charge due to the incident image. Another possibility of making rapidly changing images visible is to design the screen in the form of a cylindrical drum rotating around its axis or a disk rotating around its center in its plane. In this case, the regeneration of the excited phosphors can take place in the time that elapses when the relevant part of the disk or drum has left the field of observation until the point in time at which it is exposed to the recording beam producing the field strength profile. Of course, in this mode of operation, the image to be made visible must be controlled in such a way that it appears in the correct composition for the observer.

Geeignete Phosphorplatten, die eine genügend hohe Durchschlagsfestigkeit aufweisen, kann man so herstellen, daß man die pulverförmigen Phosphore mit durchsichtig erstarrenden Lacken oder schmelzenden Harzen vermischt oder emailleartige Schmelzen unter Beimischung von Phosphoren herstellt.Suitable phosphor plates that have a sufficiently high dielectric strength have, can be produced in such a way that the powdered phosphors are transparent with solidifying lacquers or melting resins mixed or enamel-like melts with the addition of phosphors.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for making visible by means of matter or wave rays written records indicated by a disk from a phosphor, which lights up when it is excited by light located in an electric field, with the glow at the moment of switching off of the field takes place, means for evenly illuminating this plate with exciting Light, preferably with a mercury vapor lamp, means for generating a electric field in the phosphor during exposure to exciting light, means to produce a field strength profile in the plate by partially reducing the electric field with the help of the radiation to be made visible, means that merely the luminous process for recovery by visual observation of photographic recording registration or the like.

2. Arrangement according to claim i, characterized by means to illuminate the phosphor plate after excitation, the illumination is terminated at the latest when a new arousal begins.

3. Arrangement according to claim i or 2, characterized by means for alternating activation the excitation and lighting period, if necessary with the activation of the lighting period after the excitation period. q ..

Arrangement according to claim i or the following, characterized characterized in that the phosphor plate is provided with two assignments, one of which is divided many times, the other is transparent and conductive, where the field strength profile caused by the primary image due to changes in charge the subdivided plate or by changing the conductivity locally the phosphor plate is made, and that the subdivided occupancy over high Resistors and a voltage source with the transparent, conductive assignment, is preferably connected via a switch.

5. Arrangement according to claim i to 3, characterized in that the phosphor plate has a layer on one side very large resistance, preferably via a switch and a voltage source with a transparent and conductive covering on the other side of the phosphor plate is connected, the field strength profile through the primary image due to changes in charge the surface of the high resistance layer or changes in conductivity the phosphor plate is created.

6. Arrangement according to claim q. or 5, characterized in that that the switch that the assignments of the phosphor plate over the voltage source connects the illumination with the switching mechanism for the excitation of the phosphor of the phosphor and the utilization of the luminous image is coupled in such a way that it is during the recovery period is switched off.

7. Arrangement according to claim i to 3, characterized characterized in that for producing the electric field in the phosphor plate an ion or electron source is used for excitation, from which charged particles are released be shot at the plate. ß. Arrangement according to claim 7, characterized in that that to control the ion or electron currents a grid attached to a voltage is provided. G. Arrangement according to claims i to $ for the visualization of pictures written point by point, e.g. B. of television pictures, measurement curves or the like., characterized in that the phosphor plate is designed as a disk or drum is that rotates during operation, and compensation means are provided that control the recording beam in such a way that this is visible on the rotating plate The picture to be made appears in the natural shape. ok Arrangement according to claim i to g, characterized by a phosphor plate, which is used to achieve a possible high dielectric strength by mixing the powdered phosphorus with later transparent solidifying lacquers or fusible resin or by melting them together is made with enamel.