WO1993002978A1 - Strahlenwandlerschirm und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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    • H01J9/227—Applying luminescent coatings with luminescent material discontinuously arranged, e.g. in dots or lines
    • H01J9/2271—Applying luminescent coatings with luminescent material discontinuously arranged, e.g. in dots or lines by photographic processes

Definitions

  • a radiation converter screen often also called a fluorescent screen, fluorescent screen or phosphorescent screen, comprises a layer made of a luminescent material, which is also referred to as a phosphor layer.
  • a high-energy photon radiation is converted into a less energetic photon radiation.
  • UV, X-ray and gamma radiation are converted into visible light.
  • the energy-rich radiation is absorbed in the phosphor layer of the radiation converter screen and the emission of visible light is excited (luminescence).
  • Radiation converter screens are used, among other things, in cathode ray tubes, such as those used for. B. be used as a television picture tube, as well as in X-ray image intensifiers as input and output screen and as X-ray detection systems in medical diagnostics. A two-dimensional or one-dimensional pattern of radiation which is not visible to the eye or cannot be detected by a detector used is converted into a visible or detectable image.
  • such a radiation converter screen In addition to the degree of conversion and the luminosity, such a radiation converter screen also depends on its resolution. With many phosphor layers, the light generated in the phosphor layer spreads isotropically. By spreading the light to the side, so-called transverse conduction, the original image becomes blurred because each point illuminated by the X-rays is represented as a circle of visible light. This worsens the resolution.
  • Various possibilities are known from the literature for preventing the cross line or for ensuring that the cross line is only of short range. In this way, the light propagation is preferably directed perpendicular to the layer plane.
  • the phosphor layer consists of mutually adhering crystal needles that are perpendicular are oriented to the layer level. This orientation of the phosphor crystals results in an optical light-guiding effect in the direction of the crystal longitudinal axis. This effect is reinforced by cracks or gaps between the crystal needles. The formation of such cracks and gaps is favored when using carrier substrates with a mosaic or network structure (see DE 28 10 920). In this way, screens made of doped alkali halides such.
  • the crack and column structure is statistical, so that the resolving power cannot be strictly regulated. A complete separation of all crystal needles is not possible in these structures.
  • a radiation converter screen by epitaxially growing a luminescent layer on a self-supporting, single-crystalline body.
  • the luminescent layer contains one
  • the layer is produced, for. B. by liquid phase epitaxy.
  • the activator is e.g. B. introduced by diffusing.
  • the radiation converter screen is z. B. formed from shells of Y, Gd, Ga and AI and activated with Tb, Tm, Eu, Ce and Nd. This production process is very complex because of the need for a single-crystalline support and is limited to small areas and layer thicknesses. The resolution of the radiation converter screen is also limited because of the optically isotropic permeability of the single crystal body.
  • the invention is based on the problem of a radiation Specify converter screen and a method for its production, which has a high resolution, the size, thickness and shape can be designed as arbitrarily as possible and which is easy and inexpensive to manufacture and controllable in its structure.
  • a glass ceramic which contains at least one luminescence activator is used as the phosphor layer.
  • the glass ceramic can be self-supporting or, for example, on an optically transparent support.
  • B. be made of glass. Glass ceramic materials are created by the controlled crystallization of glasses.
  • glass ceramics In glass ceramics, crystalline areas are embedded in a glass matrix. This structure is achieved by special temperature treatments of glasses made of a glass ceramic material system.
  • a glass melt In the production process, a glass melt is converted into a glass body using typical glass-technical procedures such as B. pour, press, pull, molded.
  • the glass body is at least partially converted from its amorphous structural state into a crystalline state by tempering.
  • appropriate activators such as. B. rare earths or transition elements, the finished glass ceramic has luminescent properties.
  • Luminescent glass ceramics are e.g. B. from J. Andrews, H. Beall, A. Le picki, 3. Lumin. 36 (1986), 65-74 and G. Boulon, Mat. Che. Phys. 16 (1987), 301-347. They are examined with regard to laser applications.
  • the radiation converter screen according to the invention can be produced using simple glass technology.
  • the radiation converter screen is optically transparent and stable. He is tall- flat, thin and structurally producible.
  • the physical and technological properties of glass ceramics are combined with the luminescence ability of crystalline and amorphous solids. Radiation converter screens according to the invention can therefore be produced with great economy.
  • the phosphor layer by appropriate temperature treatment so that it consists of crystallites oriented perpendicular to the layer plane, which are separated by a remaining glass phase.
  • the phosphor layer is arranged on a support and structured so that it consists of individual phosphor blocks arranged periodically in the layer plane.
  • this embodiment can advantageously be produced by exposing, annealing and selectively etching out the exposed parts.
  • the side surfaces of the phosphor blocks can be provided with reflective material.
  • a further improvement in the resolution is achieved by filling the gaps between adjacent fluorescent blocks with reflective material.
  • the cavities can additionally be filled with a collimator material which has a high absorption compared to the incident radiation, such as, for example, B. Pb or W.
  • Fig. 1 shows a section of a radiation converter screen, in which the phosphor layer consists of crystallites oriented perpendicular to the layer plane.
  • Fig. 2 shows a section of a radiation converter screen, in which the phosphor layer consists of polycrystalline glass ceramic blocks.
  • FIG 3 shows a section of a radiation converter screen in which the phosphor layer consists of amorphous glass ceramic blocks.
  • a phosphor layer 12 made of glass ceramic is arranged on a carrier 11 (see FIG. 1).
  • the carrier 11 is, for. B. made of glass.
  • the phosphor layer 12 consists of a glass ceramic from the material system Sr0-Ba0-Ti0 2 -Ln 2 0-, where Ln at least one element from the group Y, Gd, Eu, Ce, Tb, Sm, Nd, Pr, La, Dy, Tm, Lu, Ho, Er, Yb is.
  • Ln acts as a luminescence activator.
  • the phosphor layer 12 is formed such that crystallites 13 oriented perpendicular to the layer plane are separated by a remaining glass phase 14.
  • the phosphor layer 12 is thus anisotropic.
  • the phosphor layer 12 is produced in particular by directional crystallization of a glass layer of the appropriate composition in a temperature gradient.
  • the crystallites 13 and the glass phase portions 14 are chemically and structurally different in the phosphor layer 12. Accordingly, they show different refractive indices for the emitted luminescent light. This causes light to be guided in the direction of the longitudinal axis of the crystallites 13 or the glass phase 14, the greater the difference in the refractive indices, the more effective the light is. This minimizes the optical cross-conduction in the phosphor layer 12. In this way, a high resolution is achieved.
  • the phosphor layer 22 On a carrier 21 from z. B. Glass is a fluorescent layer 22 arranged (see Fig. 2).
  • the phosphor layer 22 is structured. It consists of fluorescent blocks 221 and filler layers 222 arranged between adjacent fluorescent blocks 221.
  • the filler layers 222 are formed from a material such that they act as reflector layers or radiation collimator layers.
  • the phosphor blocks 221 are completely separated from one another.
  • the phosphor blocks 221 consist of many individual crystallites 23 which are cross-linked by a glass phase 24.
  • the crystallites 23 and the glass phase 24 together form a pore-free, completely closed block of material.
  • the filling layers 222 are used for optical encapsulation of the phosphor blocks 221 or for beam collimation. In this way, the resolving power of the radiation converter screen is improved.
  • As filler layer z. B. a metal layer of Al or Au or an oxide layer of Ti0 2 , MgO or 1 2 0, used.
  • the filling layer 222 then acts as a reflector layer. Depending on the application, it may be sufficient to provide only the surfaces of the side walls of the phosphor blocks 221 with a mirror coating. In this case, the filling layers 222 filling the cavities are omitted.
  • the filling layer 222 can also be made of an absorbing collimator material, e.g. B. made of Pb or W.
  • the phosphor layer 22 consists, for. B. from the material system Si0 2 -R 2 0-Ln 2 0 , where Ln at least one element from the group Y, Gd, Eu, Ce, Tb, Sm, Nd, Pr, La, Dy, Tm, Lu, Ho , Er, Yb and R is at least one element of the alkali group. It is particularly advantageous to add a small amount of a photosensitive compound to at least one of the elements Ag, Ce, Cu, Sn or Au to the phosphor layer. In this case, the phosphor layer can be structured very easily.
  • the phosphor layer 22 made of photosensitive glass ceramic is produced by applying a photosensitive glass layer made of a glass ceramic material system to the carrier 21.
  • the photosensitive glass layer is selectively exposed and then annealed.
  • the exposed areas crystallize out.
  • These crystal phases, which arise at the exposed areas, are more soluble than the glass phases, which remain at the unexposed areas. Because of this greater solubility, the crystal phases are selectively etched out.
  • a layer is created that consists of individual glass blocks.
  • the glass blocks are crystallized into a glass ceramic by renewed exposure and tempering.
  • the crystallites 23 form in the
  • a phosphor layer 32 On a carrier 31 from z. B. glass, a phosphor layer 32 is arranged (see FIG. 3).
  • the phosphor layer 32 is structured. It consists of phosphor blocks 321 arranged periodically on the carrier 31. The phosphor blocks 321 are completely separated from one another.
  • the phosphor blocks 321 consist of glass of a glass ceramic which has not crystallized out.
  • the phosphor blocks 321 are therefore amorphous. They consist of the material system Si0 2 -R 2 0 -Ln 2 0_, where Ln and R have the same meaning as in the exemplary embodiment described with reference to FIG. 2.
  • a photo-sensitive compound of at least one of the elements Ag, Ce, Cu, Sn or Au is additionally added to the glass-ceramic material system from which the phosphor blocks 321 are made.
  • Filling layers 322 can be arranged between the phosphor blocks 321.
  • the filler layers 322 are formed from such a material that they act as reflector layers or as radiation collision layers.
  • the filling layers 322 are formed from such a material that they act as reflector layers or as radiation collision layers.
  • filler layer 322 thus serve for the optical encapsulation of the fluorescent blocks 321 or for radiation collimation. That way improves the resolving power of the radiation converter screen.
  • filler layer 322 z. B. a metal layer made of Al or Au or an oxide layer made of Ti0 2 , MgO or A1 2 0 used.
  • the fill layer 322 then acts as a reflector layer. Depending on the application, it may be sufficient to provide only the surfaces of the side walls of the phosphor blocks 321 with a mirror. In this case, the filling layers 322 filling the cavities are omitted.
  • the filling layer 322 can also be made of absorbent collimator material, eg. B. consist of Pb or W.
  • the phosphor layer 32 is produced by applying a glass layer of the stated composition to the carrier 31.
  • the exposed areas are crystallized out by selective exposure and subsequent tempering.
  • these crystal phases are selectively removed from the remaining glass phase. This results in the amorphous phosphor blocks 321.
  • An improvement in the resolution can be achieved by optically coating the side surfaces of the phosphor blocks 321, as also described with reference to FIG. 2. A trouble-free and loss-free propagation of the emitted luminescent light is ensured in the interior of the phosphor blocks 321, since neither grain boundaries nor secondary phases are present in the interior of the phosphor blocks 321.
  • the method for structuring photosensitive glasses which is used in the examples described with reference to FIGS. 2 and 3, is known for structuring glass or glass ceramic.
  • Methods for the production of glass or glass ceramics are e.g. B. in U.S. Patent 2,628,160, S.D. Stookey, Ind. Engineer. Chem. Vol. 45, pp. 115-118 (1953) and G.P. Smith, Glass Techn. Vol. 20, pp. 149-157 (1979).

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Abstract

Eine Schicht aus Glaskeramik oder glaskeramisch erzeugter Glasstruktur mit mindestens einem Lumineszenzaktivator wird als Leuchtstoffschicht (12) für einen Strahlenwandlerschirm verwendet.

Description

Strahlenwandlerschirm und Verfahren zu dessen Herstellung
Ein Strahlenwandlerschirm, häufig auch Leuchtschirm, Fluoreszenz¬ schirm oder Phosphoreszenzschirm genannt, umfaßt eine Schicht aus einem lumineszenzfähigen Material, die auch als Leuchtstoff¬ schicht bezeichnet wird.
In einem Strahlenwandlerschirm wird eine hochenergetische Photonenstrahlung in eine weniger energetische Photonenstrahlung umgewandelt. So werden insbesondere UV-, Röntgen- und Gamma¬ strahlung in sichtbares Licht umgewandelt. Dabei wird in der Leuchtstoffschicht des Strahlenwandlersschirms die energie¬ reiche Strahlung absorbiert und die Emission sichtbaren Lichtes angeregt (Lumineszenz).
Strahlenwandlerschirme finden unter anderem Anwendung bei Kathodenstrahlröhren, wie sie z. B. als Fernsehbildröhre ver¬ wendet werden, sowie bei Röntgenbildverstärkern als Eingangs¬ und Ausgangsschirm und als Röntgendetektionssysteme bei der medizinischen Diagnostik. Dabei wird ein zwei- oder ein¬ dimensionales Muster einer Strahlung, die für das Auge nicht sichtbar bzw. für einen verwendeten Detektor nicht nachweisbar ist, in ein sichtbares oder detektierbares Bild umgewandelt.
Neben dem Konversionsgrad und der Leuchtstärke kommt es bei einem solchen Strahlenwandlerschirm auf dessen Auflösungsver- mögen an. Bei vielen Leuchtstoffschichten breitet sich das in der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht isotrop aus. Durch seitliches Ausbreiten des Lichtes, sogenannte Querleitung, wird das ursprüngliche Bild unscharf, weil jeder von der Röntgenstrahlung beleuchtete Punkt als Kreis sichtbaren Lichtes, abgebildet wird. Dadurch verschlechtert sich die Auf¬ lösung. Aus der Literatur sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Querleitung zu unterbinden oder dafür zu sorgen, daß die Quer¬ leitung nur von kurzer Reichweite ist. Auf diese Weise wird die Lichtausbreitung bevorzugt senkrecht zur Schichtebene ge- lenkt.
Es ist bekannt, Strahlenwandlerschirme durch Aufbringen von Leuchtstoffpigmenten auf ein transparentes Trägersubstrat her¬ zustellen (s. z. B. JP-OS 57-136730, US 4155024, EP 0 187 066). Die Leuchtstoffschichten werden dabei durch einzelne Pulver¬ partikel gebildet, die voneinander mehr oder weniger isoliert sind. In solchen Schichten findet eine isotrope Lichtaus¬ breitung statt, wobei das Licht wegen Streuung und Reflexion nur wenige Partikellagen durchdringt. Einfluß auf die Quer- leitung kann in diesen Schichten nur durch Abstimmung von Partikelgröße, Packungsdichte und Schichtdicke genommen werden.
Aus JP-OS 01-3599, OP-OS 59-158058, EP 0 372395 ist bekannt, zur Verbesserung der Auflösung als Strahlenwandlerschirm Loch¬ platten zu verwenden, deren zylindrische Hohlräume mit Leucht¬ stoffpigmenten gefüllt sind. Die Lochplatte selbst besteht aus lumineszenzinaktivem Material. In einem solchen Aufbau ist Lichtleitung längs der einzelnen Leuchtstoffkanäle möglich. Das Auflösungsvermögen ist bei diesen Strahlenwandlerschrimen durch die Abstände im Lochraster begrenzt. Diese können technologisch bedingt nicht beliebig klein werden. Außerdem wird die Lichtleitung in den Leuchtstoffkanälen durch optische Streuung an Poren zwischen einzelnen Pigmentpartikeln beeinträchtigt. Aus EP 0272581 ist bekannt, für einen solchen Strahlenwandlerschirm geschichtete, perforierte Wolframbleche zu verwenden.
Aus EP 0 322715, DE 2832 141 ist bekannt, Strahlenwandler- schirme durch Aufdampfen von Leuchtstoffen mit gerichteter
Kristallorientierung zu erzeugen. Die Leuchtstoffschicht be¬ steht aus aneinander haftenden Kristallnadeln, die senkrecht zur Schichtebene orientiert sind. Durch diese Orientierung der Leuchtstoffkristalle wird ein optischer Lichtleiteffekt in Richtung der Kristallängsachse erzielt. Dieser Effekt wird durch Risse oder Spalte zwischen den Kristallnadeln verstärkt. Die Entstehung solcher Risse und Spalte wird bei Verwendung von Trägersubstraten mit einer Mosaik- oder Netzstruktur be¬ günstigt (s. DE 28 10 920). Auf diese Weise werden Schirme aus dotierten Alkalihalogeniden wie z. B. CsI:Na und ZnS, (ZnCd)S hergestellt. Die Riß- und Spaltenstruktur ist dabei statistisch, so daß das Auflösungsvermögen nicht streng re¬ guliert werden kann. Eine vollständige Separierung aller Kristallnadeln ist in diesen Aufbauten nicht möglich.
Aus EP 0 068 536 ist bekannt, zur Herstellung eines Strahlen- wandlerschirms mit Hilfe eines Plasmaspritzverfahrens Leucht- stoffpig ente auf strukturierte Substrate aufzuspritzen. Auch hier wird die Auflösung des Strahlenwandlerschirms durch Bildung von Rissen zwischen Kristalliten verbessert. Dieses Verfahren wird auf Leuchtstoff aus CaW04, Y20_(Eu), ZnS und CsI(Na) angewendet.
Aus GB 2 000 173 A ist bekannt, einen Strahlenwandlerschirm durch epitaktisches Aufwachsen einer lumineszenzfähigen Schicht auf einem selbsttragenden, einkristallinen Körper her- zustellen. Die lumineszenzfähige Schicht enthält einen
Aktivatorzusatz. Die Herstellung der Schicht erfolgt z. B. durch Flüssigphasenepitaxie. Der Aktivator wird z. B. durch Eindiffundieren eingebracht. Der Strahlenwandlerschirm wird z. B. aus Granaten von Y, Gd, Ga und AI gebildet und mit Tb, Tm, Eu, Ce und Nd aktiviert. Dieses Herstellverfahren ist wegen der Notwendigkeit eines einkristallinen Trägers sehr aufwendig und auf kleinen Flächen und Schichtdicken begrenzt. Die Auflösung des Strahlenwandlerschirms ist überdies wegen der optisch isotropen Durchlässigkeit des Einkristallkörpers begrenzt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Strahlen- wandlerschirm und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, der ein hohes Auflösungsvermögen aufweist, der in Größe, Dicke und Form möglichst beliebig ausgebildet werden kann und der einfach und kostengünstig und in seiner Struktur kontrollierbar herstellbar ist.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Strahlen¬ wandlerschirm nach Anspruch 1 sowie durch Verfahren zu dessen Herstellung nach den Ansprüchen 10 bis 12.
Als LeuchtstoffSchicht wird eine Glaskeramik verwendet, die mindestens einen Lumineszenzaktivator enthält. Die Glas¬ keramik kann selbsttragend sein oder auf einem optisch transparenten Träger z. B. aus Glas angeordnet sein. Glaskera ik- materialien entstehen durch kontrollierte Kristallisation von Gläsern.
In Glaskeramiken sind kristalline Bereiche in einer Glasmatrix eingebettet. Diese Struktur wird durch spezielle Te peraturbe- handlungen von Gläsern aus einem glaskeramischen Stoffsystem erzielt. Bei der Herstellung wird eine Glasschmelze zu einem Glaskörper unter Verwendung typischer glastechnischer Verfahrens¬ weisen wie z. B. gießen, preßen, ziehen, geformt. Der Glas¬ körper wird durch Tempern aus seinem amorphen Strukturzustand mindestens teilweise in einen kristallinen Zustand übergeführt. Durch Zugabe entsprechender Aktivatoren, wie z. B. seltene Erden oder Übergangselemente, hat die fertige Glaskeramik Lumineszenzeigenschaften.
Lumineszente Glaskeramiken sind z. B. aus J. Andrews, H. Beall, A. Le picki, 3. Lumin. 36(1986), 65 - 74 und G. Boulon, Mat. Che . Phys. 16(1987), 301 - 347 bekannt. Sie werden hin¬ sichtlich Laseranwendungen untersucht.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Glaskeramik als Leuchtstoffschicht ist der erfindungsgemäße Strahlenwandler¬ schirm in einfacher Glastechnologie herstellbar. Der Strahlen¬ wandlerschirm ist optisch transparent und stabil. Er ist groß- flächig, dünn und strukturierbar herstellbar. In der Erfindung werden die physikalischen und technologischen Eigenschaften von Glaskeramiken mit der Lumineszenzfähigkeit kristalliner und amorpher Festkörper kombiniert. Erfindungsgemäße Strahlen- wandlerschirme lassen sich daher mit großer Wirtschaftlichkeit herstellen.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, die Leuchtstoffschicht durch entsprechende Temperaturbehandlung so herzustellen, daß sie aus senkrecht zur Schichtebene orientierten Kristalliten besteht, die durch eine verbleibende Glasphase separiert sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, ist die Leucht- stoffschicht auf einem Träger angeordnet und so strukturiert, daß sie aus in der Schichtebene periodisch angeordneten, einzelnen Leuchtstoffblöcken besteht. Durch Verwendung einer photoempfindlichen Glaskeramik kann diese Ausführungsform vor¬ teilhaft durch Belichten, Tempern und selektives Herausätzen der belichteten Teile hergestellt werden. Zur Verbesserung der Auflösung können die Seitenflächen der Leuchtstoffblöcke mit reflektierendem Material versehen werden. Eine weitere Ver¬ besserung der Auflösung wird durch Auffüllen der Zwischenräume zwischen benachbarten Leuchtstoffblöcken mit reflektierendem Material erzielt. Zur Kolli ierung der einfallenden energie¬ reichen Röntgen- oder Gammastrahlung können die Hohlräume zu¬ sätzlich mit einem Kollimatormaterial ausgefüllt sein, das gegenüber der einfallenden Strahlung eine hohe Absorption auf¬ weist, wie z. B. Pb oder W.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strahlenwandlerschirm, in dem die Leuchtstoffschicht aus senkrecht zur Schicht¬ ebene orientierten Kristalliten besteht. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strahlenwandlerschirm, bei dem die Leuchtstoffschicht aus polykristallinen Glaskeramikblöcken besteht.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strahlenwandlerschirm, bei dem die Leuchtstoffschicht aus amorphen Glaskeramik¬ blöcken besteht.
Auf einem Träger 11 ist eine Leuchtstoffschicht 12 aus Glas¬ keramik angeordnet (s. Fig. 1). Der Träger 11 besteht z. B. aus Glas. Die Leuchtstoffschicht 12 besteht aus einer Glas¬ keramik aus dem Stoffsystem Sr0-Ba0-Ti02-Ln20-, wobei Ln mindestens ein Element aus der Gruppe Y, Gd, Eu, Ce, Tb, Sm, Nd, Pr, La, Dy, Tm, Lu, Ho, Er, Yb ist. Ln wirkt dabei unter anderem als Lumineszenzaktivator.
Die Leuchtstoffschicht 12 ist so ausgebildet, daß senkrecht zur Schichtebene orientierte Kristallite 13 durch eine restliche Glasphase 14 separiert sind. Damit ist die Leucht¬ stoffschicht 12 anisotrop.
Die Leuchtstoffschicht 12 wird insbesondere durch gerichtete Kristallisation einer Glasschicht entsprechender Zusammen- setzung in einem Temperaturgradienten hergestellt.
Die Kristallite 13 und die Glasphasenanteile 14 sind in der Leuchtstoffschicht 12 chemisch und strukturell verschieden. Demnach zeigen sie unterschiedliche Brechungsindices für das emittierte Lumineszenzlicht. Dadurch wird eine Lichtleitung in Richtung der Längsachse der Kristallite 13 bzw. der Glasphase 14 bewirkt, de größer der Unterschied der Brechungsindices ist, desto effektiver ist die Lichtleitung. Dadurch wird die optische Querleitung in der Leuchtstoffschicht 12 minimiert. Auf diese Weise wird ein hohes Auflösungsvermögen erreicht.
Auf einem Träger 21 aus z. B. Glas ist eine Leuchtstoffschicht 22 angeordnet (s. Fig. 2). Die Leuchtstoffschicht 22 ist strukturiert. Sie besteht aus Leuchtstoffblöcken 221 und zwischen benachbarten Leuchtstoffblöcken 221 angeordneten Füllschichten 222. Die Füllschichten 222 werden aus einem solchen Material ausgebildet, daß sie als Reflektorschichten oder Strahlungskollimatorschichten wirken. Die Leuchtstoff¬ blöcke 221 sind voneinander vollständig getrennt.
Die Leuchtstoffblöcke 221 bestehen aus vielen einzelnen Kristalliten 23, die durch eine Glasphase 24 vernetzt sind.
Die Kristallite 23 und die Glasphase 24 bilden zusammen einen porenfreien, völlig geschlossenen Materialblock. Die Füll¬ schichten 222 dienen zur optischen Kapselung der Leuchtstoff¬ blöcke 221 oder zur Strahlenkollimierung. Auf diese Weise wird das Auflösungsvermögen des Strahlenwandlerschirms verbessert. Als Füllschicht 222 wird z. B. eine Metallschicht aus AI oder Au oder eine Oxidschicht aus Ti02, MgO oder 120, verwendet. Die Füllschicht 222 wirkt dann als Reflektorschicht. Je nach Anwendungsfall kann es ausreichend sein, nur die Oberflächen der Seitenwände der Leuchtstoffblöcke 221 mit einer Verspiegelung zu versehen. In diesem Fall entfallen die die Hohlräume aus¬ füllenden Füllschichten 222. Zur Strahlungskollimierung der einfallenden Strahlung kann die Füllschicht 222 auch aus ab¬ sorbierendem Kollimatormaterial, z. B. aus Pb oder W, bestehen.
Die Leuchtstoffschicht 22 besteht z. B. aus dem Stoffsystem Si02-R20-Ln20,, wobei Ln mindestens ein Element aus der Gruppe Y, Gd, Eu, Ce, Tb, Sm, Nd, Pr, La, Dy, Tm, Lu, Ho, Er, Yb ist und R mindestens ein Element der Alkaligruppe ist. Es ist be- sonders vorteilhaft, der Leuchtstoffschicht eine geringe Bei¬ mengung einer photoempfindlichen Verbindung mindestens eines der Elemente Ag, Ce , Cu, Sn oder Au zuzusetzen. In diesem Fall ist die Leuchtstoffschicht sehr einfach strukturierbar.
Die Leuchtstoffschicht 22 aus photoempfindlicher Glaskeramik wird durch Aufbringen einer photoempfindlichen Glasschicht aus einem glaskeramischen Stoffsystem auf den Träger 21 hergestellt. Die photoempfindliche Glasschicht wird selektiv belichtet und anschließend getempert. Dabei kristallisieren die belichteten Stellen aus. Diese Kristallphasen, die an den belichteten Stellen entstehen, weisen gegenüber den Glasphasen, die an den nichtbelichteten Stellen übrig bleiben, eine größere Löslichkeit auf. Aufgrund dieser größeren Löslichkeit werden die Kristall¬ phasen selektiv herausgeätzt. Es entsteht eine Schicht, die aus einzelnen Glasblöcken besteht. Die Glasblöcke werden durch erneutes Belichten und Tempern zu einer Glaskeramik aus- kristallisiert. Dabei bilden sich die Kristallite 23 in der
Glasphase 24. Mit diesem Herstellverfahren können Leuchtstoff¬ schichten praktisch beliebiger Größe und Ausdehnung herge¬ stellt werden. Die Dimensionen der Leuchtstoffblöcke und der Zwischenräume zwischen den Leuchtstoffblöcken sind im wesentlichen durch das Auflösungvermögen der bei der selektiven Belichtung verwendeten Belichtungseinheit begrenzt.
Auf einem Träger 31 aus z. B. Glas ist eine Leuchtstoffschicht 32 angeordnet (s. Fig. 3). Die Leuchtstoffschicht 32 ist strukturiert. Sie besteht aus periodisch auf dem Träger 31 an¬ geordneten Leuchtstoffblocken 321. Die Leuchtstoffblocke 321 sind voneinander vollständig getrennt. Die Leuchtstoffblöcke
321 bestehen aus Glas einer Glaskeramik, das nicht aus¬ kristallisiert ist. Die Leuchtstoffblöcke 321 sind daher amorph. Sie bestehen aus dem Stoffsystem Si02-R20-Ln20_, wobei Ln und R dieselbe Bedeutung wie in dem anhand von Fig. 2 be¬ schriebenen Ausführungsbeispiel haben. Dem glaskeramischen Stoffsystem, aus dem die Leuchtstoffblöcke 321 bestehen, ist zusätzlich eine photoempfindliche Verbindung mindestens eines der Elemente Ag, Ce, Cu, Sn oder Au beigemengt.
Zwischen den Leuchtstoffblöcken 321 können Füllschichten 322 angeordnet sein. Die Füllschichten 322 werden aus einem solchen Material gebildet, daß sie als Reflektorschichten oder als Strahlungsskolli atorschichten wirken. Die Füllschichten
322 dienen damit zur optischen Kapselung der .Leuchtstoff¬ blöcke 321 oder zur Strahlenkollimierung. Auf diese Weise wird das Auflösungsvermögen des Strahlenwandlerschirms verbessert. Als Füllschicht 322 wird z. B. eine Metallschicht aus AI oder Au oder eine Oxidschicht aus Ti02, MgO oder A120, verwendet. Die Füllschicht 322 wirkt dann als Reflektorschicht. Je nach Anwendungsfall kann es ausreichend sein, nur die Oberflächen der Seitenwände der Leuchtstoffblöcke 321 mit einer Ver¬ spiegelung zu versehen. In diesem Fall entfallen die die Hohl¬ räume ausfüllenden Füllschichten 322. Zur Strahlenkollimierung der einfallenden Strahlung kann die Füllschicht 322 auch aus absorbierendem Kollimatormaterial, z. B. aus Pb oder W bestehen.
Die Leuchtstoffschicht 32 wird durch Aufbringen einer Glas¬ schicht der genannten Zusammensetzung auf den Träger 31 her¬ gestellt. Durch selektive Belichtung und anschließende Temperung werden die belichteten Stellen auskristallisi'ert.
Wie anhand von Fig. 2 beschrieben, werden diese Kristallphasen selektiv zur verbleibenden Glasphase entfernt. Dabei ent¬ stehen die amorphen Leuchtstoffblöcke 321. Eine Verbesserung des Auflösungsvermögens läßt sich durch optische Vergütung der Seitenflächen der Leuchtstoffblocke 321, wie auch anhand von Fig. 2 beschrieben, erzielen. Im Innern der Leuchtstoffblöcke 321 ist eine störungsfreie und verlustfreie Ausbreitung des emittierten Lumineszenzlichtes sichergestellt, da im Innern der Leuchtstoffblöcke 321 weder Korngrenzen noch sekundäre Phasen vorhanden sind.
Das Verfahren zur Strukturierung von photoempfindlichen Gläsern, das in den Beispielen, die anhand von Fig. 2 und 3 beschrieben wurden, verwendet wird, ist zur Strukturierung von Glas bzw. Glaskeramik bekannt. Verfahren zur Herstellung von Glas bzw. Glaskeramik sind z. B. in US-PS 2 628 160, S.D. Stookey, Ind. Engineer. Chem. Bd. 45, S. 115 - 118 (1953) und G.P. Smith, Glass Techn. Bd. 20, S. 149 - 157 (1979) beschrieben.

Claims

Patentansprüche:
1. Strahlenwandlerschirm, der eine Leuchtstoffschicht (12, 22, 32) aus Glaskeramik mit mindestens einem Lumineszenzaktivator enthält.
2. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 1, bei dem die Leuchtstoffschicht (12, 22, 32) auf einen licht¬ durchlässigen Träger (11, 21, 31) angeordnet ist.
3. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Leuchtstoffschicht (12) aus senkrecht zur Schicht¬ ebene orientierten Kristalliten (13), die durch eine Glas¬ phase (14) separiert sind, besteht.
4. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 3, bei dem die Glaskeramik aus dem Stoffsystem SrO-BaO~Ti02-Ln20, besteht, wobei Ln mindestens ein Element aus der Gruppe Y, Gd, Eu, Ce, Tb, Sm, Nd, Pr, La, Dy, Cm, Lu, Ho, Er, Yb ist und als Lumineszenzaktivator wirkt.
5. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 2, bei dem die Leuchtstoffschicht (22, 32) aus photoempfindlicher Glaskeramik besteht und bei dem die Leuchtstoffschicht (22, 32) so strukturiert ist, daß sie aus in der Schichtebene periodisch angeordneten, einzelnen Leuchtstoffblöcken (221, 321) besteht.
6. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 5, bei.dem die Glaskeramik Beimengungen von einer photoempfindlichen Verbindung mindestens eines der Stoffe Ag, Ce, Cu, Sn, und Au enthält.
7. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die zur Schichtebene senkrechten Flächen der Leucht- stoffblöcke (221) mit reflektierendem Material (222) ver¬ sehen sind.
8. Strahlenwandlerschirm nach Anspruch 7, bei dem die Zwischenräume zwischen benachbarten Leuchtstoff¬ blöcken (221) mit reflektierendem Material (222) aufgefüllt sind.
9. Strahlenwandlerschirm nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Leuchtstoffblöcke (221) aus vielen einzelnen Kristalliten (23) bestehen, die mit einer Glasphase (24) ver¬ netzt sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Strahlenwandlerschirms, der eine Leuchtstoffschicht aus Glaskeramik mit mindestens einem Lumineszenzaktivator aufweist, bei dem in der Glas¬ keramik durch gerichtete Kristallisation in einem Temperatur- gradienten senkrecht zur Schichtebene orientierte Kristallite (13) gebildet werden.
11. Verfahren zur Herstellung eines Strahlenwandlerschirms, der eine Leuchtstoffschicht aus Glaskeramik mit mindestens einem Lumineszenzaktivator aufweist,
- bei dem auf einen lichtdurchlässigen Träger (22, 32) eine Schicht aus einem glaskeramischen Stoffsystem mit einer Beimengung einer lichtempfindlichen Verbindung mindestens eines der Elemente Ag, Ce, Cu, Sn oder Au aufgebracht wird, - bei dem in der Schicht durch selektive Belichtung und an¬ schließende Temperung an den belichteten Stellen Kristall¬ phasen gebildet werden,
- bei dem die Kristallphasen aufgrund ihrer größeren Löslich¬ keit im Vergleich zur unbelichteten Schicht selektiv heraus- geätzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem nach der Strukturierung der Schicht aus dem glas¬ keramischen Stoffsystem die strukturierte Schicht (22) aus dem glaskeramischen Stoffsystem durch ein weiteres Belichten und Tempern zu Glaskeramik auskristallisiert wird.
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