Brevet FR2000821A1 — publié le 19690912

0142Sf th i r La présente invention concerne -an convertisseur limage à l'état: solide destiné à commander la luminescence d'une couche électroluminescente eu fonction d'une variation de l'impédance électrique d'une couche sensible à une énergie, variation 5 produite par de la lumière-, 'une radiation; au line autre énergie incidente, et plus particulièrement un dispositif dans lequel 11 élec-tro-lurai nescence est commandée électriquement en fonbtion de . ; . • , ; . \ ; ■■ / ~ • - '• "• la variation de l'impédance d'une couche photoconductrice qui est prévue entre la couche sensible à l'énergie eu la couche électro-f"0 luminescente et à laquelle la lumière émise par la couche électroluminescente est appliquée intérieurement en réaction» ' On. décrira ci-après, à titre d.'exemples non limitatifs;,' diverses formes d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel : 15 - La figure f est une vue en coupe schématique d'un, convertisseur d'image à l'état; solide" classique» - Les figures 2 et 5 sont des vues en coupe schématique .de deux formes d'exécution différentes de l'invention» - La figure 4- est" un schéma synoptique d'une autre forme 20 d'exécution de 1'invention» Ainsi qu'il est représenté sur la figure 1, le convertisseur d'image à l'état solide classique, comprend un stratifié constitué par une électrode 1 perméable à la lumière, à une radiation ou à d'autres sortes d'images d'une énergie d'entrée , une 25 couche 2 sensible à une énergie, une couche électroluminescente 4 qui produit 1 ' image - luminescente de sortie L^, une couche opsique 3 prévue* entre la couche 2 sensible à l'énergie et la couche électroluminescente 4-, afin d*empêcher une réaction optique à partir de la couche électroluminescente 4, une autre électrode 5 perméable. 50 à la lumière et une plaque support transparente 6, telle qu'une plaque de verre, une source d'énergie" électrique 7 étant connectée entre les électrodes 1 et 5 pour appliquer la tension de fonctionnement V» Avec la structure précitée, l'image incidente appliquée. 35 à la couche 2 sensible à l'énergie entraîne une réduction de l'impédance ou delà, résistance électrique de cette couche 2 et elle fait par conséquent varier d'une manière corrélative le courant électrique. La couche électroluminescente est ainsi excitée en réponse à l'image incidente de manière à produire une image de sortie luminescente corr'espo ndante Lg » 2000821 " r • a ■ 2000821 69 01425 : v,;:; Dans le dispositif classique tel que. décrit ci-dessus, si la matière sensible à l'énergie qui .constitue .la couche 2, ne présente pas une sensibilité ou une.variation-d'impédance ou de résistance, eu fonction.de l'énergie, .incidentesuffis animent ele-5 vée, la variation de la luminescence de sortie,produite-par la couche 4, en réponse à 1'énergie, incidente, .est trop-faible pour assurer line conversion d'. image satisfaisante et l'on n'.obtient pas un fonctionnement à sensibilité élevée» En outre, si la résistance d'obscurité de .la matière . . ' - - y . 10 sensible à l'énergie n'est pas suffisamment élevée, un .courant électrique suffisamment intense pour provoquer 1 ' électroluminescence s'écoule à travers la couche électroluminescente 4 même.dans le cas où il n'y a pas d'énergie incidente, ce qui abaisse par .conséquent le contraste de l'image lumineuse de sortie sur la couche 4, et 15 ce qui empêche d'obtenir une image satisfaisante» Par ailleurs, si la rigidité diélectrique de la couche 2 sensible à l'énergie n'est pas suffisamment élevée, il n'est pas possible d'appliquer une tension de fonctionnement suffisamment élevée pour provoquer le passage d'un courant suffisamment intense 20 à travers la couche électroluminescente 4, ce qui rend impossible un fonctionnement à sensibilité élevée et fournissant une image lumineuse de sortie intense. Pour les raisons précitées, une condition essentielle à laquelle doit satisfaire le convertisseur d'image à l'état solide 25 classique est que la matière sensible à l'énergie présente une sensibilité élevée à l'égard de l'énergie incidente, une impédance ' ou une résistance élevée lorsqu'elle n'est pas irradiée par une énergie incidente, et une rigidité diélectrique élevée» l - . ! Cependant les conditions précitées ne sont pas nécessai- 30 rement satisfaiteis, en général, par les matières utilisées couramment dans les divers détecteurs d'énergie classiques» Autrement dit une matière qui satisfait à l'une des conditions précitées ou à deux de ces conditions, ne remplit pas les autres conditions» Par'conséquent il est impossible d'obtenir un convertisseur d'image 35 satisfaisant avec la structure classique précitée» Un but de l'invention est de fournir un nouveau convertisseur d'image à l'état solide qui permet de remédier' à cettedifxi-culté. Suivant la présente invention, ia couche sensible à 40 l'énergie est constituée de deux couches à savoir une première 69 0.1425 5 2000821 couche constituant une coucha sensible à 1'énergie-et-qui fonctionne en tant que capteur d'énergie, et une seconde couche agissant eu tant que couche photoconductrice présentant une résistance d'obscurité élevée et une rigidité diélectrique élevée » Par ailleur 5 la 'couche opacue présente dans le dispositif classique est rem-• placée par une couche semi-transparente de manière à transmettre en arrière la lumière émise par la couche électroluminescenteo En outre la couche semi—transparente peut être supprimée ou remplacée par une couche transparente, si les matières constituant la -j0 couche photoconductrice et la couche électroluminescente sont choisies de telle façon que la gamme de sensibilité de la couche photoconductrice soit liée d'une manière appropriée à la gamne de luminescence de la couche électroluminescente<> 3n outre, lorsque le dispositif est constitué de cette manière, il peut assumer une 15 fonction d'emmagasinage d'une image assurée par la réaction totale de la lumière de luminescence» On décrira ci-dessous diverses forn.es d'exécution de l'invention'qui ont été conçues pour la réception de rayons X constituant l'énergie incidente» 20 dispositif représenté sur la figure 2 comprend une plaque support 6 e^ verre transparent, laquelle est recouverte d'une électrode transparente 5S par exemple en o-xyde d'étain, une couche électroluminescente 4- ayant "une épaisseur de l'ordre de 50 microns, laquelle est constituée par une poudre de sulfure de 25 zinc ZnS fluorescent et électroluminescent, étendue sur l'électrode 5, laquelle est agglomérée à l'aide d'un liant tel qu'une résine époxy, une couche 3"' de commande de la réaction optique, ayant une 'épaisseur de l'ordre de 10 à 20 microns et qui e'st appliquée sur la I couche électroluminescente 4-, la couche 31 étant constituée par jO u*1 mélange de poudre de BaTiO^ ou d'un corps similaire et d'un liant semblable à celui indiqué plus haut, et une couche photoconductrice composite 20 empilée sur la couche 31 de commande de la réaction optique, cette couche composite 20 consistant en une première couche photoconductrice 21 sur laquelle est placée une 35 électrode ajourée 10, et une seconde couche photoconductrice 22» Une source d'énergie électrique 7 est connectée entre l'électrode ajourée 10 ev l'électrode transparente 5» afin d'appliquer entre ces électrodes la tension de fonctionnement V» L'image d'énergie incidente L^ est une iuage de rayons 2 40 dans ce cas et la première couche photoconductrice 21 sert en tant 69 01425 4 2000821 que couche sensible à :ùne énergie. ■ • La première couche photoconductri.ce^21-.qui sert en tant qvÉ détecteur de rayons X, est constituée par une mince -couche d'uiie matière telle que t/dllg-x'e, Cdoe, PbS ou PûSe ôu bien encore par 5 un mélange d'une poudre d'une telle matière et d'un liant tel qu'une résine époxy, l'épaisseur de cette couche étant de l'ordre de 50 à 80 microns, les matières précitées ont été choisies à cause de leur sensibilité élevée et de leur réponse rapide à l'égard d'une image d'énergie incidente» Sur la première couche photocon-10 ductrice.21 est prévue une électrode 10 réalisée sous la forme d'une grille parallèle constituée par des fils métalliques fins, par exemple des fils de tungstène ayant ion diamètre d'environ 10 à 50 microns, disposés à des intervalles d'environ 200 à 6Ô0"microns, ou bien encore sous la forme d'un tamis ou d'un réseau ajcnt une maille 15 de 100 à 590 microns, tissé avec des fils métalliques similaires, ou bien encore sous toute autre forme appropriée. La seconde couche photoconductrice 22 est réalisée en une matière qui présente une résistance d'obscurité et une rigidité diélectriques élevées, afin d'assurer 1'obtention d'une image de 20 sortie lumineuse intense et un fonctionnement à sensibilité élevée, cette matière répondant d'une manière appropriée à la lumière produite par la couche électroluminescente. Lorsqu'il est nécessaire d'afficher fidèlement une demi-teinte en réponse à des rayons incidents, la valeur effective de 25 la réaction optique doit être limitée- en réduisant le chevauchement des courbes de réponse spectrale de la photoconductivité de la seconde couche photoconductrice 22 et de l'énergie de luminescence émise à partir de la couche électroluminescente 4, afin de supprimer la caractéristique photoélectrique bistable due à la 30 réaction lumineuse de la couche 4 sur la couché 22. Dans cette forme d'exécution de l'invention, là seconde couche photoconductrice 22 consiste en une poudre photoconductrice de CdS-GdSe (solution solide de CdS et CdSe), mélangée avec un liant tel qu'une résine époxy et appliquée sous la forme d'une couche de 200 à 400 yj microns d'épaisseur, laquelle est plus épaisse que la couche 21. Dans ce cas, la couche électroluminescente 4 est réalisée en une matière à luminescence verte, du type ZnS, qui produit une luminescence intense mais à laquelle la matière photoconductrice précitée ne répond pas beaucoup, afin de commander l'effet de réaction de la luminescence interne et la caractéristique de réponse spectrale. 69 01425 5 2000821 La source d'énergie électrique 7 qui fournit la tension" - ' de -fonctionnement V, est'-connectée entre les électrodes 5 et 10. Les rayons incidents L qui sont appliqués à la première couche photoconductrice 21, modifient l'impédance de cette couche et 5 provoquent par conséquent la luminescence de la couche électroluminescente 4. La seconde couche photoconductrice 22- qui présente une résistance d'obscurité et une rigidité diélectrique élevées, . a une impédance électrique qui diminue- lors de la réception de la lumière appliquée en réaction à partir de la couche éiectrolumi-. 10 nescente 4, et le courant électrique fourni par la source 7 augmente d'une manière corrélative. Il-eu résulte que-la couche■électroluminescente 4 est davantage, excitée et que l'on obtient-finalement une image de sortie L^ amplifiée et convertie. Comme la.rigidité électrique accrue entre les deux électrodes, par suite de l'intro-15 duction de la couche 22, permet l'application d'une tension très élevée, on peut obtenir "une image de sortie L^ très lumineuse. Autrement dit, lorsque la première couche photoconductrice 21 qui a une sensibilité élevée et une réponse rapide vis à,vis de l'énergie incidente, reçoit une image incidente qui est une image L^ de 20 rayons X, la résistance latérale en travers de l'électrode ajourée 10 diminue effectivement avec une réponse rapide et une sensibilité élevée. Par conséquent un courant s'écoule sous l'effet de la tension de fonctionnement V fournie par la source d'énergie électrique 7, afin d'amener la couche électroluminescente 4 à 2$ devenir lumineuse, ce qui provoque à son tour 1'excitation de la seconde couche photoconductrice 22 par l'intermédiaire de la couche semi-transparente 31«La résistance de la:seconde couche 22 excitée diminue et ceci provoque une excitation additionnelle de la couche électroluminescente 4. On obtient ainsi, à partir de la couche 4, 30 une image de sortie Lg amplifiée et convertie. La couche 31 de commande de la. réaction.de luminescence, qui est essentiellement constituée par de la poudre d'une matière ferro-électrique, telle que Baï'iO^ et dont la perméabilité à la lumière peut être déterminée, commande la quantité de lumière 35 réappliquée de la couche 4 vers la couche 22, suivant les besoins, et augmente simultanément l'intensité de la lumière de sortie, par suite de ses bonnes propriétés de réflexion. En outre la constante diélectrique élevée de la matière de la couche 31 sert à empêcher .une chute sensible de la tension alternative et la rigidité diélec-40 trique élevée de la couche 31 est très efficace pour empêcher un 09 0142S ? 6 2000821 claquage des couch.es .entre les électrodes- 5 et-10». • la figure 5 représente une autre forme d'exécution ce l'invention laquelle.comprend une plaque support transparente 6 recouverte d'une électrode transparente 5 »tme. .première couche 5 électroluminescente 42.disposée sur cette électrode 5 pour produire la lumière de sortie, une couche opaque 3^ disposée sur la couche 42 pour intercepter la lumière provenant de la couche.42, une seconde couche électroluminescente 41 disposée sur la couche opaque y\ pour assurer une réaction de luminescence, et .une couche photo-10 conductrice composite 20 prévue sur la couche 41, cette couche composite étant constituée par.une première couche photoconductrice 21 sur laquelle est placée une électrode ajourée 10 et servant eu tant que détecteur des rayons incidents, et par une seconde couche photoconductrice 22„ Une source d'énergie 7 fournit la tension de 15 fonctionnement V en étant connectée entre l'électrode ajourée 10 et l'électrode transparente 5® Si l'image incidente est par exemple une image de.rayons X, la première couche photoconductrice 21 qui doit servir en tant que détecteur, est réalisée en une. matière photoconductrice qui 20 répond rapidement à l'image incidente' de rayons X, ;et une .électrode ajourée, réalisée par exemple sous la forme d'une.grille de minces fils métalliques parallèles, est prévue sur la couche 21.« La seconde couche photoconductrice 22 est formée d'une .matière photoconductrice qui est s.ensible à .la lumière émise par 25 la couche électroluminescente 41 .. et elle présente une résistance d'obscurité et une rigidité diélectriques élevées, ainsi qu'il a été.mentionné précédemment» En outre la matière constituant, la seconde couche photoconductrice 22 est choisie de manière à présen-i ter une gamme de sensibilité en longueurs, d'onde chevauchant pratique-30 ment la gamme de fonctionnement de la' matièie . électroluminescente constituant la couche 41» De cette façon l'opération d'emmagasinage de l'image incidente au moyen de la couche 22 est rendue possible en utilisant la caractéristique, photoélectrique bistable due à la réaction de luminescence interne. Dans ce cas on utilise, pour la 35 couche 41,. une matière à électroluminescence orange, du type ZnOciS, et, pour la couche 22, unematière photoconductrice du type.CcS. Une source d ' énergie électrique. 7,. fournissant la tension de fonc-•- tionnement V est connectée entrsr les . électrodes 5 et 10.. Avec, une telle disposition, si le dispositif reçoit l'image,,L^ de l'énergie 40 incidente, c'est-à-dire de rayons,X, la résistance latérale R,, 69 014-25 7 2000821 entre les intervalles de l'électrode ajourée 10, de la première couche photoconductrice 21 qui présente une sensibilité élevée et une réponse rapide, diminue effectivement par suite de la vitesse de réponse rapide et la sensibilité élevée» La diminution de la 5 résistance latérale provoque le passage d'un courant électrique d à la tension de fonctionnement V fournie par la source d'énergie électrique 7 » et ce courant entraîne la luminescence des couches électroluminescentes 41 et 42, La lumière émise par la couche 41 excite la seconde couche photoconductrice 22 de manière à diminuer 10 la résistance électrique de cette dernière ce qui provoque corrélativement le passage d'un courant électrique additionnel à travers la couche électroluminescente 42 si bien que la lumiiiesceii.ce de cette couche est renforcée» A cet égard les portions de la couche 41 qui sont affectées par une érergie incidente relativement faible, 15 deviennent luminescentes avec une faible intensité correspondante, ce qui entraîne la réapplicatioii d'une faible lumière en direction de la couche 22. Par conséquent, si l'image incidente est supprimée, ces portions reprennent leur état sombre initial. Cependant les portions de la couche 41 qui sont influencées par une énergie inci-20 dente relativement intense, peuvent réappliquer , à la couche 22, une quantité de lumière telle que le système d'amplification et de réaction constitué par les couches 41 et 42 soit amené a osciller. -, et la luminescence de sortie provenant des portions correspondantes de la couche électroluminescente 42 demeure dans l'état 25 de luminescence intense et stable. Dans cet état, même si l'énergie incidente est supprimée, le dispositif ne peut pas retourner à l'état sombre initial« Autrement dit le dispositif peut être utilisé pour jUn affichage à mémoire, en ajustant l'image incidente L^ à un niveau de luminescence bistable. 30 Autrement dit, suivant la présente invention, même la plus légère variation de la luminescence de la couche électroluminescente, par suite d'une variation de résistance ou d'impédance du détecteur tel. que la couche photoconductrice, est amplifiée et affichée par l'intermédiaire d'un système d'amplification et de réaction interne constitué par un élément électroluminescent et un élément photoconducteur. Par conséquent des matières sensibles à l'énergie, telles que les matières magnétorésistantes ou les matières piézorésistantes, qui n'ônt pas encore pu être utilisées jusqu'à présent dans un dispositif convertisseur d'image par suite de leur faible résistivité, ^ leur faible sensibilité et leur faible rigidité diélectrique , 69 0*1425 2000821 peuvent être maintenant employées pour former la couche 21 si bien qu'il est possible de convertir une énergie magnétique, une énergie élastique ou d'autres rayons d'énergie. Cette possibilité est obtenue en introduisant un élément photoconducteur qui présente une 5 résistivité, une rigidité diélectrique et une sensibilité à l'égard de la lumière visible élevées, dans le système d'amplification et de réaction interne» Dans les formes. d'exécution de l'invention précitées, on a employé une électrode à interstices afin d'utiliser la variation 10 de la résistance ou de l'impédance, sous l'effet de l'énergie incidente, du capteur ou de la couche 21, principalement dans la direction latérale. Cependant on peut employer une électrode plane ne présentant aucun interstice mais perméable à l'énergie incidente, pour utiliser la variation de résistance de la couche 21 dans le sens de 1'épaisseur. En outre le signal d'entrée appliqué au dispositif n'est pas limité à une image d'énergie» Suivant la présente invention un signal d'une énergie incidente peut être converti en une sortie luminescente Lg, commandée d'une manière monostable ou bistable, au moyen de l'agencement" illustré sur la figure 4- qui 20 comprend un détecteur 21, tel qu'un élément piézorésistant ou un élément magnétorésistant, un élément photoconducteur 22 et un élément luminescent 4-, tel qu'un élément électroluminescent, ces éléments étant connectés électriquement à une source d'énergie électrique 7 et l'élément photoconducteur 22 étant disposé de manière 25 à recevoir la lumière émise à partir de l'élément luminescent 4-0 Il est du reste bien entendu que les divers modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits ci-dessus, en référence au dessin annexé, ont été donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être 30 apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. 69 01425 2000821 - R E V A H D I V A T I 0 W S - 1. - Un convertisseur d'image à 11 c-tat solide caractérisé en ce qu'il comprend un élér.ent luninescent dont l'intensité de luninesceij.ee est commandée en fonction de l'intensité d'uu champ électrique qui lui est appliqué, et un élément composite £} comportant un élément photo conducteur qui répond s. la lumi£x*3 émise en réaction à partir de 1*élément luminescent, et un élc-msiit sensible à uieénergie dont l'impédance varie en réponse à Une énergie incidente, la variauion de l'intensité de luminescex.ce de l'élément luminescent due à la variau-ion de l'impédance de l'élément: sensi-10 ble à 1'énergie, elle-même liée à l'énergie incidente, étant amplifiée par un système d'amplification et de réaction de luminescence constitué par l'élément luminescent et l'élément photoconducteur <> 2. - Convertisseur d'image suivant la revendication 1 caractérisé e^ ce que l'élément sensible à une énergie est une couche photoconductrice « 3» - Convertisseur d'image suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche intermédiaire prévue entre l'élément luminescent et l'élément composite, cette couche intermédiaire réfléchissant, en direction de l'élément 20 luminescent, une" partie de la lumière émise par cet élément luminescent et réappliquant, à l'élément composite, une autre partie de » cette lumière. ' 4. - Convertisseur d'image suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément photoconducteur et l'élément 25 luminescent sont choisis de telle manière que la gamme de sensibilité en longueur d'onde de l'élément photoconducteur chevauche d'une manière notable le spectre de luminescence de l'élément luminescent, afin d'obtenir un état de luminescence bistableo 5» - Convertisseur d'image suivant la revendication 2 30 caractérisé en ce que la couche photoconductrice de l'élément composite est formée de manière à présenter une sensibilité élevée et un temps de réponse rapide à l'égard de la lumière incidente, et en ce que l'autre élément photoconducteur est constitué par une couche photoconductrice qui présente une résistance d'obscu-53 rité et une rigidité électrique élevées» 69 01425 ■ 10 2000821 p. 6. - Convertisseur d'image suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément luminescent est constitué par une première couche électroluminescente destinée à produire une luminescence de sortie, et par une seconde couche électroluminescen-5 te pour réappliquer la lumière à l'élément composite, une couche interceptant la lumière étant interposée er-tre les première et seconde couches électroluminescenteso