JP2501368B2 - 固体映像変換素子 - Google Patents

固体映像変換素子

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は赤外線、X線及びγ線等の非可視波長の輻射
線像を可視映像に変換する固体映像変換素子に関するも
のである。
[従来の技術及びその問題点] 一般に固体映像変換素子は第1図に示すように、ガラ
ス等の透明基板1、透明電極2、電場発光体層3、反射
層4、不透光層5、光導電体層6(以下PC層とい
う。)、背面電極7を順次積層した構造を有する。
上記映像変換素子は以下のようにして非可視波長像を
可視映像に変換するものである。
透明電極2と背面電極7との間に400〜500Vの交流電
圧を印加した状態で、背面電極7側から例えばX線像を
照射する。X線像が照射されない状態では数十MΩ・cm
の高い比抵抗を有するPC層6に大部分の印加電圧がかか
るため、電場発光体層3は発光しない。しかしX線を照
射し、そのX線量が増加するに従い、PC層6の抵抗が減
少し印加電圧の一部が電場発光体層3に分配され、電場
発光体層3が発光開始電圧を越えることによって、入射
X線像に対して透明基板1側に変換出力像が得られる。
なお不透明層5は電場発光体層3からPC層6に正帰還が
かかり像が得られなくなるのを防止するために設けられ
たものである。
前記映像変換素子において電極2、7を除く層は粉末
状の素材を有機バインダー中に分散させ、これをスクリ
ーン印刷等により塗布することにより形成される。この
ように素材を溶媒中に分散させて塗布した層は一般に分
散型と呼ばれ、その膜厚は通常数十μmから数百μmを
有する。上記のような構成の固体映像変換素子を総称し
て分散型固体映像変換素子と呼び、これは以下のような
問題点がある。
発光面の均一性が主として電場発光体層3を構成す
る蛍光体粒子の大きさ、分散状態、塗布膜厚により左右
される。
PC層6の膜厚が厚い(数百μm)ために大きな印加
電圧を必要とする。
電場発光体層3は分散型であるために輝度が低く、
寿命も短い。
電場発光体層3、反射層4、不透光層5を有してい
るため透明基板1側からの輻射線を透過しない。
背面電極7として金属を蒸着した薄膜を利用してい
るため、背面側からの輻射線のPC層6に対する励起効率
が悪い。
その中でも特に、の問題点のため、現在では背面
電極7に対する透過力の大きいX線像による固体X線映
像変換素子しか実用に至っていないのが実状である。
[発明が解決しようとする問題点] 従って本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は高感度、高輝度画像を得るための固体映
像変換素子を提供するにあり、また他の目的としてγ
線、X線のみならず、近赤外、中赤外、遠赤外像までも
可視映像に変換できる固体映像変換素子を提供するにあ
る。
[問題点を解決するための手段] 本発明の固体映像変換素子を図面を参照して以下に詳
説する。
第2図は本発明の固体映像変換素子の一実施例を示す
模式断面図であり、透明基板1、透明電極2、第1の絶
縁層11、薄膜発光層12、第2の絶縁層13(11、12、13を
合わせて2重絶縁型薄膜ELという。)、ドット状低抵抗
層(以下ドット層という。)14、PC層6、背面電極7を
順次積層した構造を有している。
本発明の固体映像変換素子において透明電極2、第1
の絶縁層11、薄膜発光層12、第2の絶縁層13、ドット層
14及び背面電極7はいずれも真空蒸着またはスパッタリ
ングによって形成することができる。
透明電極2の材料としてはIn2O3、SnO2、ITO(酸化イ
ンジウムスズ)、AZO(アルミドープ酸化亜鉛)等を用
い、絶縁層11および13の材料にはY2O3、Al2O3、Ta2O5
PbNb2O6、BaTiO3等、Al、Si、Ti、Ta、希土類及びアル
カリ土類金属の群から選ばれた少なくとも一種類以上の
金属の酸化物、またはそれらの混合物を用い、薄膜発光
層にはZnS:Tb,F、ZnS:Mn等通常の薄膜EL用発光材料を用
い、また背面電極7はAl、Au等の金属のほか、透光性に
する場合には透明電極2と同じ材料を用いることができ
る。
ドット層14はAl、Au等の金属、ITOまたはAZO等を用
い、第2の絶縁層13の上にドット状のマスクを介して蒸
着またはスパッタリングを行うか、またはフォトレジス
トを使用したリフトオフ法等により、およそ100Å〜5
μm、好ましくは0.1〜1μm前後の厚さで形成するこ
とができる。またフォトエッチング法により形成しても
良い。
PC層6はCdSe:Cu,Clの粉末を有機バインダー中に分散
させ、ドット層14上に塗布することによって形成するこ
とができる。CdSe:Cu,Clは本来近赤外域に感度のピーク
を有しているが、その他光導電体としてはCdS、PbS、Pb
Se等数種存在しており、それぞれ特有の感度特性を持っ
ているため変換したい波長に応じて使い分けることがで
きる。
2重絶縁型薄膜ELは、電場発光体層として、現在最も
安定性が高く高輝度であるため汎用されているが、他の
薄膜ELを使用しても何等差し支えない。
[作用] 本発明の固体映像変換素子において、ドット層14の作
用を第2図をもとに第3図の回路を用いて説明する。第
3図−aはドットのある部分、第3図−bはドットの無
い部分の回路図である。PC層6は励起光により抵抗値の
変わる可変抵抗RPCで表され、二重絶縁型薄膜ELは絶縁
層による容量C1、C2間に発光層の容量CELと非線形抵抗R
ELの並列回路が直列接続されている等価回路で表され
る。この回路に示すようにPC層6(RPC)と二重絶縁型
薄膜ELとは直列接続である。そのPC層は光導電性粉体が
絶縁性の有機バインダーに分散された状態で塗布された
構造であるので、PC層の光導電性粉末と二重絶縁型薄膜
EL層の第2の絶縁層13との界面は平面ではなく点接触し
ている。そのためこの界面には多くの空隙が存在し、等
価的に界面に静電容量が生成されたことになる。
従って第3図−bに示すように、第2の絶縁層13上に
直接PC層6を形成すると、その接触面にさらにCbという
容量がC2の上に生成される。しかし第3図−aに示すよ
うに低抵抗ドットのある部分では光導電性粉体が低抵抗
ドットに点接触しても、ドットは第2の絶縁層13に面接
触しているので、Cbのごとき静電容量は発生しないか、
もし発生したとしてもCbに比べ無視できるほど小さい。
なお第3図−aでは低抵抗ドットの抵抗自体はPC層6の
それと比べると同じく無視できる大きさなので省略し
た。
このためドットが存在する部分に比べて、存在しない
部分では同一の入射光量に対するEL発光開始電圧が数十
Vは増大する。すなわちPC層6が入射光により励起され
ても、低抵抗ドットのある部分に対応するEL層しか発生
せず、低抵抗ドットの無い部分は界面の容量Cbが存在す
るため、当然発光しないわけである。仮にドット層14な
しで構成した場合には、素子全体にかかる発光開始まで
の電圧が増大し、EL層およびPC層6が破壊しやすくな
る。
また従来の分散型固体映像変換素子はEL発光の正帰還
によるPC層6励起を大きな比抵抗値(106〜1011Ω・c
m)を有する不透光層で防いでいたのであるが、本発明
はたとえ電場発光体層からドットの無い部分に正帰還さ
れたとしても前記したように界面の容量Cb(ドットの無
い部分)があり、発光開始電圧にまで至らないため発光
しない。
以上より本発明の固体映像変換素子は入射光像によっ
て励起を受けたPC層6部分に対応するEL層がドット状に
発光しドット状の像が得られるものである。
またドット層14を透光性材料で形成した場合、薄膜EL
及びドット層14が光を透過するために透明基板1側から
の波長1μm前後の近赤外線像まで変換することができ
る。
しかし波長3μmから8μmの中赤外、8μm以上の
遠赤外線になると、透明基板1側から入射した前記赤外
線はPC層6に到達する前に透明電極2であるITO、若し
くはAZOに反射、吸収されてしまう。そのため第4図に
示すように透明電極2をストライプ状にすることによっ
て前記赤外線像をPC層6にまで到達させることができ
る。特に図示しないが網目状でも同様に赤外線を透過で
きる。透明電極2をストライプまたは網目状とするには
透光性ドットを形成したのと同様にフォトエッチング
法、またはマスクを介して蒸着あるいはスパッタリング
を行いリフトオフ法などにより形成することができる。
ストライプ、網目の幅、ピッチは特に問わないが、解像
度をあげるためにはドット層14のドットの大きさと同程
度か若しくはそれより小さい幅、ピッチが好ましい。第
5図にストライプ状の透明電極2を形成し、ドット層14
を有する本発明の固体映像変換素子の模式断面図の一部
を拡大して示す。この図で示すように透明基板1側から
入射した中赤外、遠赤外線入射光はストライプの間を抜
けてドットに達する。ドットに達するには直接ドットに
斜めに入ってきた光のほか、ドットの無い部分に入って
くる光もある。ドットに当たる入射光はドット成分であ
るITO等に反射または吸収されてしまうが、ドットの無
い部分に当たる入射光は、PC層6を形成する粒子を伝幡
してドット上のPC層6粒子に達する。刺激を受けたPC層
6粒子はドット及びストライプが重なった薄膜EL層に電
圧を分配することによって、その部分のみが発光を開始
する。しかしドットの無い部分は前記したように界面の
容量Cbが存在するため発光しないわけである。
また背面電極7をストライプ状とした場合において
も、透明電極2と同様であり中赤外以上の波長は背面電
極7のストライプ、網目を通ってPC層6を刺激し、同様
にストライプ若しくは網目とドットが重なる部分に対応
するEL層のみが発光する。なおストライプまたは網目状
の背面電極7を直接分散型PC層6の上に形成する場合、
リフトオフ法あるいはフォトエッチング法を用いてスト
ライプ等を形成することは、それら工程中に洗浄工程が
あるためPC層6が剥がれてしまい困難である。従って背
面側にもガラス板等の透明基板を設け、その上に透明電
極2と同様にITO等をストライプまたは網目状に形成し
た後、PC層6とITO層を対向させ、密着させる方が好ま
しい。
ところで中赤外、遠赤外線を変換するための固体映像
変換素子は前記したようにPC層6内の電流の伝幡による
EL発光を積極的に利用するのであるが、近赤外に関して
はストライプまたは網目状の電極は必要ないため、ドッ
トの無い部分のPC層6の伝幡は逆に解像度の悪化につな
がる。そのため第6図に示すように各ドットの間に不透
光性の絶縁層を設け、入射光がドットにしか当たらない
ようにすることによって可視映像の解像度を向上させる
ことができる。ドット状不透光性絶縁層は、材料として
例えばPr6O11、Mn2O3、Al2O3の混合物を用い、同じくリ
フトオフ法、フォトエッチング法を用いて形成すること
ができる。
[実施例] まず厚さ1mmのガラス板上にスパッタリングにより500
ÅのITO透明電極2を形成し、その上に同じくスパッタ
によってTa2O5よりなる0.3μm厚の第1の絶縁層、ZnS:
Tb,Fよりなる0.4μm厚の薄膜EL層、Ta2O5よりなる0.3
μm厚の第2の絶縁層を順次積層した。
次にリフトオフ法によりドット径100μmφ、ドット
厚0.1μm、ピッチ200μmのITOよりなるドット層をス
パッタリングにより形成した。
さらにMn2O3:Pr6O11を重量比で4:5の割合で混合した
混合物に対しAl2O3を20重量%添加した混合物の焼結体
をターゲットに用いてスパッタリングを行い、リフトオ
フ法によりドット間に不透光性絶縁層を形成した。
その上にCdSe:Cu,Cl粉末と有機バインダーとしてシア
ノエチルセルロースを混合したスラリーをスキージを用
いて塗布、乾燥し、厚さ150μmのPC層を形成した。
PC層乾燥後、Alよりなる厚み500Åの背面電極7を真
空蒸着法により形成し本発明の固体映像変換素子を得
た。
[発明の効果] 本発明の固体映像変換素子は電場発光体層を薄膜ELと
するために分散型ELに比べ長寿命であり、均一な発光面
が得られるようにより、従来の及びの問題を解決で
きる。
また薄膜ELと分散型ELの輝度−印加電圧特性を比較す
ると、薄膜ELの方が発光開始電圧からの輝度の増加率が
優れている。つまり薄膜ELは分散型ELに比べ同一輝度を
得るためには発光開始電圧よりさらに印加する電圧は少
なくて良いわけである。従って本発明の固体映像変換素
子は前記のように薄膜ELを有しているため輝度の立ち上
がりがよいわけである。このことはPC層6の厚さに対し
ても関係するのであり、つまり従来の固体映像変換素子
であれば電場発光体層に多くの電圧を分配するためには
入射光量を多くするか、またはPC層6を厚くして抵抗を
増やし高い印加電圧をかけなければならない。PC層6に
高い電圧が分配されれば当然EL層に分けられる電圧も大
きくなる。しかし本発明のように電場発光体層が薄膜EL
であれば少量の分配電圧で高い輝度を出すことができる
ため、PC層6は薄くて良いのである。従って本発明は
の問題を解決し、低い印加電圧でも高輝度を出すことの
できる固体映像変換素子である。
また本発明の固体映像変換素子は透光性低抵抗ドット
を有することによりの問題が解決でき、従来のように
背面からの入射像のみにこだわることなく、前面からの
入射像まで可視映像に変換できるようにもなった。また
背面電極7が透明であればPC層6を背面より直接励起で
きるため、の問題も解決でき、さらにストライプまた
はドットにすると背面からの中赤外波長域以上の像も可
視映像に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の固体映像変換素子の構造を示す模式断面
図、第2図は本発明の一実施例による固体映像変換素子
の構造を示す模式断面図、第3図−aおよび第3図−b
は本発明に係るドット層の作用を示す電気回路図、第4
図は本発明に係るストライプ状の透明電極の構造を模式
的に示す斜視図、第5図は本発明に係る固体映像変換素
子の一部を拡大して示す模式断面図、第6図は本発明に
係るドット層および不透光性絶縁層を示す模式断面図で
ある。 1……透明基板、2……透明電極、3……電場発光体
層、4……反射層、5……不透光層、6……PC層、7…
…背面電極、11……第1の絶縁層、12……薄膜発光層、
13……第2の絶縁層、14……ドット層。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に設けられた透明電極上に主と
    して電場発光体層、光導電体層及び背面電極が積層され
    た固体映像変換素子において、前記電場発光体層が薄膜
    ELであり、さらに前記電場発光体層と前記光導電体層と
    の間にドット状の低抵抗層を有することを特徴とする固
    体映像変換素子。
  2. 【請求項2】前記低抵抗層のドット間に不透光性の絶縁
    層を有することを特徴とする請求項1に記載の固体映像
    変換素子。
  3. 【請求項3】前記透明電極若しくは背面電極がストライ
    プ状または網目状であることを特徴とする請求項1ない
    し2に記載の固体映像変換素子
  4. 【請求項4】前記背面電極が透光性であることを特徴と
    する請求項1ないし3に記載の固体映像変換素子。
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