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Lumineszierender Schirm und Verfahren zur Herstellung eines solchen
Schirmes Die Erfindung bezieht sich auf einen lumineszierenden Schirm für Braunsche
Röhren, für Röntgenzwecke od.. dgl. und auf ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Schirmes.
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Die bekannten Schirme enthalten als lumineszierenden Stoff im allgemeinen
einen Stoff im kristallinischen Zustand, der auf einer Unterlage angeordnet ist.
Diese Unterlage bildet bei Braunschen Röhren und Fernsehröhren oft den Boden der
Röhre selbst. Bei Schirmen für Röntgenzwecke ist der aktive Stoff immer auf einer
undurchsichtigen Unterlage angeordnet.
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Ein Lumineszenzschirm nach der Erfindung für Braunsche Röhren, für
Röntgenzwecke od. dgl. ist aus stabförmigen lumineszierenden Kristallen aufgebaut,
die sich praktisch alle parallel zueinander und mit ihrer größten Abmessung senkrecht
oder etwa senkrecht zur Schirmoberfläche erstrecken.
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Die Richtung der Kristalle ist also derart, daB deren Längsrichtung
sich etwa parallel zur Richtung erstreckt, in der die die Lumineszenz erzeugenden
Strahlen auf den Schirm auftreffen.
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In den bisher bekannten Schirmen liegen die Kristalle beliebig durcheinander,
was. mit der Herstellungsart im Zusammenhang steht. Dabei` wird z. B. der lumineszierende
Stoff aus einer Suspension durch Absetzen, durch Aufstauben oder mittels einer ähnlichen
Bearbeitung auf einer Unterlage angebracht. Im allgemeinen werden die von den Kristallen
ausgehenden Lichtstrahlen diese Kristalle in allen Richtungen verlassen.. Infolgedessen
tritt immer eine starke Lichtstreuung auf, d. h. wenn auf
den ;jSchirm
ein, -Strahlenbündel (Röntgenstrahlen oder" @lektro,-nen) sehr kleinen Querschnittes
.auf-. trifft, so wird der Lichtfleck, den man auf dem Schirm beobachtet, größere
Abmessungen als dieser Querschnitt haben. Auch bei länglichen prismatischen Kristallen
tritt diese Streuung auf, obgleich die Lichtstrahlen- für einen beträchtlichen Teil
an den Endflächen austreten. Wenn nämlich im Innern eines Kristalles Licht ausgesandt
wird, so wird ein Teil der Strahlen an den Seitenwänden vollkommen reflektiert und
schließlich den Kristall an einer Endfläche verlassen. Obwohl es mithin eine gew@i@sse
Vorzugsrichtung für die Lichtstrahlen gibt, wird die Streuung nicht herabgesetzt,
da die Kristalle im Schirm vollkommen. unorientiert 1,iegen, _ Durch die deutsche
Patentschrift 743 340 ist bereits ein Leuchtschirm für Röntgenstrahlen. bekanntgeworden,
der dadurch gekennzeichnet ist; daß die Leuchtkristalle in eine einen Brechungskoeffizienten
besitzende Werkstoffmasse eingebettet sind und die Oberfläche dieser Masse bis zur
Hälfte ihrer Decke in eine Vielzahl punktgroßer Felder in Form von Stäbchen oder
Kegeln aufgeteilt' ist. Bin söleher Lumineszienzschirm ist zwar so aufgebaut, daß
das emittierende Licht in Richtung des Beobachters konzentriert wird, aber es ist
dabei keine Rede davon, daß man stabförmige Lumineszenzkris.talle verwenden soll.
Gerade hierdurch aber läßt sich ein erheblicher Vorteil erzielen, weil die einzelnen
Kristalle ganz eng beieinander angeordnet werden können. Es entsteht dann nicht
wie bei einem Schirm gemäß der deutschen Patentschrift 743 34o ?in Raster auf dem
Bild. Die Vermeidung eines solchen Rasters ist insbesondere für Röntgendurchleuchtungen
sehr wichtig, -denn dabei sind die Kontraste doch immer verhältnismäßig schwach.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber dem durch die erwähnte Patentschrift
offenbarten Stand der Technik liegt in der Möglichkeit einer einfachen Herstellung
solcher Schirme, worüber weiter unten im einzelnen berichtet wird. Schließlich tritt
bei einem Schirm nach der Erfindung keinerlei Absorption. in einem Zwischenstoff
auf, .der im Gegensatz zu dem Leuchtschirm nach der erwähnten deutschen Patentschrift
gar nicht vorhanden ist.
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Bei einem Schirm nach der Erfindung hat man den großen Vorteil, daß
sich sämtliche Endflächen der länglichen Kristalle parallel oder etwa parallel zur
Unterlage und senkrecht zur Richtung, in der die Strahlen den Schirm treffen, und
also auch etwa senkrecht zur Richtung erstrecken, in der man den Schirm beobachtet.
Da, wie oben gesagt, die Endflächen der Kristalle einen großen Teil der gesamten
Lichtausbeute durchlassen, erzielt man eine viel größere Helligkeit. Es ist sozusagen,
als, ob der Schirm aus einem einzigen Kristall besteht, wodurch also die Streutang
und infolgedessen die Absorption verringert wird.
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Die Unterlage, auf der sich die Kristalle befinden, kann .entweder
durchsichtig oder. undurchsichtig sein. . Bei Braunsehen Röhren findet man im allgemeinen
eine durchsichtige Unterlage; man wird ein Bild. auf dem Schirm dann von der Seite
beobachten, idie von. der Strahlenquelle abgewendet ist. Es ist aber auch möglich,
eine undurchsichtige Unterlage in einer B.raun.schen Röhre zu verwenden, bei der
man dann das Bild an der Sei te der Strahlenquelle beobachten muß. Bei Schirmen
für Röntgenzwecke, sowohl für Verstärkung als auch für Durchleuchtung, ist der lumineszierende
Stoff immer auf einer undurchsichtigen Unterlage angebracht; weil diese aus einem
Stoff besteht, der für Röntgenstrahlen leicht durchlässig ist, kann man auch in
diesem Fall den Schirm an der von der Strahlenquelle abgewandten Seite beobachten.
Bei Verwendung einer undurchsichtigen Unterlage ist es in beiden Fällen vorteilhaft,
diese reflektierend zu machen:, weil dann eine größere Bildintensität erreicht wird.
Bei Braunsehen Röhren kann man dazu eine Metallschicht als Unterlage verwenden oder
auf der eigentlichen Unterlage anordnen. Dies hat außerdem den Vorteil; daß eine
vorzügliche Leitung des Schirmes erzielt wird, was zur Abführung der Ladung von
dem Schirm sehr erwünscht ist. Bei Röntgenschirmen besteht die reflektierende Unterlage
im allgemeinen aus Glanzpapier oder -pappe.
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Einer der für einen Schirm nach der Erfindung am meisten geeigneten
Stoffe ist das Magnesiumwolframat, weil dieses in sehr regelmäßigen länglichen Prismen
kristallisiert.
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Es hat sich gezeigt, daß die Kristallabmessungen nicht innerhalb sehr
enger Grenzen zu liegen brauchen, wenn nur .der Bedingung entsprochen wird, daß
die Längsabmessung die größte Abmessung in einer Ebene senkrecht dazu übersteigt.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines lumineszierenden Schirmes, wie
oben geschildert, das gleichfalls in dem Rahmen, der Erfindung fällt, besteht darin,
daß lumineszierende stabförmige Kristalle in einem elektrisch isolierenden Mittel
suspendiert werden, in dem sie unlöslich sind. In diesem Mittel wird ein elektrisches
Feld erzeugt, das senkrecht zu einer Unterlage gerichtet .ist, die sich ebenfalls
im Isoliermittel befindet. Infolge Einwirkung des elektrischen Feldes richten.sich
sämtliche Kristalle parallel, und zwar derart, daß ihre größte Abmessung mit der
Richtung des elektrischen Feldes zusammenfällt. Wenn sich die Kristalle nunmehr
auf der Unterlage absetzen, so werden sie dort einen lumineszierenden Schirm bilden,
in dem sich sämtliche Kristalle; parallel und senkrecht zur Oberfläche der Unterlage
erstrecken.
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Man wird vorzugsweise das Verfahren nach der Erfindung derart durchführen,
daß sich das Feld parallel zur Richtung erstreckt, in der sich die Kristalle unter
dem Einrfluß der Schwerkraft absetzen. Die Unterlage wird dabei waagerecht in der
Flüssigkeit angeordnet.
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Als Isoliermittel können Stoffe wie Benzol oder Toluol zur Verwendung
kommen.
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Es folgt ein Beispiel einer Ausführungsform des Verfahrens- nach der
Erfindung.
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Kristalle von Magnesiumwolframat (lange, dünne Prismen) werden in
Benzol eingeführt, das. sich zwischen zwei waagerechten Metallplatten in einer gegenseitigen
Entfernung von 3 mm befindet,
zwischen denen eine Spannung von etwa
1500 Volt angelegt wird. Sämtliche Kristalle setzen sich nunmehr senkrecht zur unteren
Elektrode ab, die positiv ist. Diese Elektrode könnte man also als lumineszierenden
Schirm, z. B. in einer Braunschen Röhre, verwenden. Sinngemäß ist es nicht erforderlich,
daß sich die Kristalle unmittelbar auf der Elektrode absetzen, denn man kann z.
B. eine isolierende Schicht auf der Elektrode anbringen, so daß sie sich auf dieser
Schicht absetzen,. Nach beendeter Sedimeutierung entfernt man diese Unterlage, mit
den :darauf vorhandenen Kristallen aus der Flüssigkeit und verwendet sie als lumineszierenden
Schirm. Durch eine geeignet gewählte Anordnung kann man eine oder die beiden Elektroden.
auch außerhalb der Flüssigkeit anbringen. Dies ist z. B. wichtig, wenn man den Boden
einer Braunschen Röhre mit einer lumineszierenden Schicht überziehen will.
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Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung, in der ein Lumineszenzschirm
nach der Erfindung dargestellt ist, näher erläutert.
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In der Zeichnung sind die Kristalle mit i bezeichnet; sie befinden
sich parallel zueinander und senkrecht zur Unterlage 2. Die Unterlage hat in diesem
Beispiel eine reflektierende Oberfläche. Die Abmessung a eines jeden Kristalles
liegt etwa zwischen o,oi und o,1 mm; die Abmessung b beträgt etwa 0,31 mm.
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Wenn in einem Punkt P eines Kristalles Licht erzeugt wird, so werden
die Lichtstrahlen u. a. den Wegen folgen, die von den ausgezogenen Linien mit Pfeilen
angedeutet sind. Da eine reflektierende Unterlage verwendet wird, werden auch diejenigen
Strahlen, die in Richtung derselben ausgesandt werden, wieder derart reflektiert
werden, daß sie schließlich den Kristall an der anderen Seite verlassen.
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Das. Festhaften der Kristalle an der Unterlage kann. auf sehr verschiedene
Weisen bewirkt werden. Als Klebemittel wird man zweckmäßig Celluloseester oder Celluloseäther,
wie Nitrocellulose oder Äthylcellulose, verwenden. Diese Stoffe kann man nämlich
im Suspensionsmittel zur Lösung bringen. Nach Absetzung des lumineszierenden Stoffes
auf der Unterschicht läßt man das Suspensionsmittel verdampfen, gegebenenfalls durch
Erwärmung. Dabei bleibt dann das Klebemittel zwischen den Kristallen und ,der Unterlage
und zwischen den Kristallen zurück.