JPH0637353A - 固体映像変換素子 - Google Patents

固体映像変換素子

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JPH0637353A
JPH0637353A JP4197897A JP19789792A JPH0637353A JP H0637353 A JPH0637353 A JP H0637353A JP 4197897 A JP4197897 A JP 4197897A JP 19789792 A JP19789792 A JP 19789792A JP H0637353 A JPH0637353 A JP H0637353A
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Masushi Ebitani
益志 海老谷
Toshifumi Tominaga
敏文 富永
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 分散形積層体から構成されるが、従来のX線
像変換素子と異なってEL層とPC層との間に不透光層
を形成することなく、簡単な分散形構造でEL層側から
近赤外線を入射させて近赤外線を可視像に変換する固体
映像変換素子を新規に提供する。 【構成】 本発明の固体映像変換素子は、分散形積層体
であって、透明基板2上に透明電極層4、電場発光体層
6、誘電体層8、光導電体層10及び背面電極12を順
次積層してなり、光導電体層は、その分光感度を電場発
光体層の発光分布の可視光より長波長側の赤外線領域と
し、透明基板から入射した赤外線により光導電効果を生
じるものからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線、とりわけ、近
赤外線を可視光に変換する固体映像変換素子に係り、特
に電場発光体層と光導電体層を分散形で積層した固体映
像変換素子の改良に関するものである。
【002】
【従来の技術】電場発光体層(以下、EL層という)と
光導電体層(以下、PC層という)を組み合わせた光増
幅器の原理は古くから知られており、更にこれをX線域
に適用したX線映像変換素子も多くの研究者により研究
され、一部実用化されている。これらX線映像変換素子
は、X線写真に比べると、現像等の手数を不要として直
接に可視像として見られるという手軽さで安価であるた
め、イメージインテンシファイア等の高価な装置を利用
するまでもない用途に広く用いられている。この種のX
線映像変換素子は、例えば、特公昭49−3037号公
報に示されるように、透明電極層を有するガラス基板上
にEL層、誘電体層、不透光層、PC層を順次積層した
後、その上に金属蒸着電極、防湿コーテイング層を形成
した構造となっており、この構造から、これら両電極間
に交流電圧を印加し、防湿コーテイング層上に被写体を
配置し、PC層の側からX線を照射すると、X線像はP
C層でインピーダンス像に変換され、さらにEL層でE
L発光による可視像に変換される。この場合、不透光層
はカーボン粉末とエポキシ樹脂系結合剤からなってお
り、その膜厚は、不透光層はEL層での発光によるPC
層への帰還を防ぐため、最小限10μm程度必要であ
る。
【003】ところで、上述の特公昭49−3037号公
報では、電極を除いた各層が粉体状の素材を有機バイン
ダ中に分散させ、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たいわゆる分散形X線映像変換素
子である。また、例えば、特開平1−238100号公
報に見られるように、電極を除いた各層をスパッタリン
グ等で形成した薄膜形X線映像変換素子も提案されてい
る。他に、このような薄膜形で、現在、メモリ機能を持
つ発光素子として提案されているものには、例えば、ガ
ラス基板上に透明電極、第1の絶縁層、EL層、第2の
絶縁層、PC層、背面電極が蒸着等より順次薄膜で積層
されており、この作動原理では、両電極間に維持電圧を
印加しておき、この場合、EL層が暗状態にあり、次
に、両電極間の印加電圧を増加させ、EL層への分配電
圧を大きくし、EL発光を開始させるか、EL層の側か
らPC層へ充分な光を照射し、PC層のインピーダンス
を下げるかして、EL層の発光を開始させる。EL層が
一度発光状態になると、EL発光によってPC層が励起
されて低いインピーダンスをとり続けるので、印加電圧
を低減或いは外部からの光照射を止めてもEL層の発光
が維持されるものである。この場合、メモリ機能として
働くため、EL発光によってPC層を励起し続けなけれ
ばならないので、構成において不透光層は無く、EL層
の発光分布とPC層の分光分布は一致してなければなら
ない。
【004】しかしながら、上述のPC層とEL層を組み
合わせたX線固体映像変換素子では、分散形或いは薄膜
形のいずれであっても、PC層の側から照射されるX線
像を可視光にするものであり、入光する光源はX線であ
って、赤外線の如く可視光より長波長の光を利用するも
のでなく、また、PC層でなくEL層側の透明基板から
X線像を入光させるものでない。しかも、EL層とPC
層との間には、EL発光によりPC層を励起する光の帰
還を防止するため、不透光層を必要としている。また、
透過力の大きいX線を対象としているため、PC層が厚
く、EL層上の誘電体層に不透光層或いは電流拡散層を
積層するため、必然的に全体の膜厚が著しく厚く、この
ため、高い印加電力が必要であって、絶縁破壊しやすい
という欠点がある。
【005】そこで、従来のX線像を可視光に変換する固
体映像変換素子をそのまま利用して、近赤外線像を可視
光に変換することは、PC層側からの近赤外線の入光の
場合、防湿コーティング、金属蒸着による背面電極の存
在によって近赤外線が透過できず、また、EL層側から
の入光の場合、不透光層の存在によって、近赤外線がほ
とんど透過できないか、透過できたとしても、PC層の
表面近傍までしか到達せず、膜厚の厚いPC層の大部分
が不感となってはなはだ感度が悪い。さらにEL層上の
誘電体層に、不透光層或いは電流拡散層を積層したり、
また、透過力の大きいX線やこれによる高い印加電圧に
よりPC層を厚くしなければならない等のため、必然的
に全体の膜厚が著しく厚くならざるを得ず、しかも高い
印加電圧が伴うという不都合がある。
【006】また、従来のX線像を可視光に変換する固体
映像変換素子では、不透光層或いは電流拡散層は、PC
層とEL層との間の接続層として働き、容量、抵抗成分
を合わせもつ層であるので、効率、さらに、画質、輝度
を低下させ、近赤外線像を可視光に変換する固体映像変
換素子に応用することはできない。
【007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
述の事情に鑑みなされたものであって、その目的は、分
散形積層体から構成されるが、従来のX線像変換素子と
異なってEL層とPC層との間に不透光層を形成するこ
となく、簡単な分散形構造でEL層側から近赤外線を入
射させて近赤外線を可視像に変換する固体映像変換素子
を新規に提供することにある。
【008】
【発明を解決するための手段】本発明者等は、ZnSを
母体とするEL層自体が近赤外線を透過することと、薄
膜形より光を乱反射しやすい分散形であっても、電場発
光体層(EL層)及び誘電体層を適宜な厚さに設定する
場合、近赤外線を大きな減衰を伴うことなく通過させる
ことができることを知見し、鋭意研究の結果、新たに、
EL層側から近赤外線を入射光として混在させて近赤外
線を可視像に変換する本発明の固体映像変換素子を完成
するに至った。
【009】即ち、上述の目的は、分散形積層体であっ
て、透明基板上に透明電極層、電場発光体層、誘電体
層、光導電体層及び背面電極を順次積層してなり、光導
電体層は、その分光感度を前記電場発光体層の発光分布
の可視光より長波長側の赤外線領域とし、透明基板から
入射した赤外線により光導電効果を生じるものからなる
ことを特徴とする固体映像変換素子により、解決され
る。
【010】本発明の固体映像変換素子では、近赤外線ー
可視光の変換の点から、 1)EL層がZnS:Cu,Al又はZnS:Cu,X
若しくはZnS:Cu,Mn,X粒子(Xはハロゲン元
素である)を含んでなり、一方、PC層がCdSe:C
u,Cl粒子を含んでなること。 2)EL層の膜厚が15〜35μmであり、誘電体層が
チタン酸バリウム粒子を含んでなり、この誘電体層の膜
厚が3〜15μmであり、また、PC層の膜厚が70〜
240μmであること。 3)PC層のCdSe:Cu,Cl粒子の平均粒径が5
〜15μmであること。 これらが好ましい。
【011】
【作用】本発明の固体映像変換素子では、透明電極と背
面電極との間に交流電圧を印加しておき、EL層側の透
明基板から近赤外線が入射すると、この入射した近赤外
線は電場発光体層及び誘電体層を通過し、PC層を励起
し、これにより、PC層における近赤外線の入射部位が
インピーダンスを低下させ、これから、EL層における
該部位が発光する。このEL層の発光を可視像として透
明基板側から視ることができる。
【012】即ち、最も注目すべきことには、従来の分散
形の固体映像変換素子でEL発光によりPC層を励起す
ることから光の帰還を防止するために必要とされたPC
層とEL層の間の不透光層を無くすることができる。な
ぜなら、本発明のPC層はその発光感度を前記電場発光
体層の発光分布の可視光より長波長側の赤外線領域とす
るからである。
【013】例えば、EL層における電場発光蛍光体蛍光
体粒子として、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu,C
l、ZnS:Cu、Br、ZnS:Cu,Mn,Cl等
を選定し、一方、PC層としてCdSe:Cu,Cl粒
子を選定することにより、EL層からPC層への光のフ
ィードバックの影響をほとんど受けなくすることができ
る。図2には、ZnS:Cu,Al蛍光体粒子を用いた
EL層における発光分布が示されており、一方、図3に
は、CdSe:Cu,Cl粒子を用いたPC層における
分光感度が示されており、図2及び図3を参照すれば、
主波長を530nmとするZnS:Cu,Al蛍光体粒
子を用いたEL層の発光分布は、CdSe:Cu,Cl
粒子を用いたPC層の分光感度にほとんど影響を与え
ず、不透光層を設ける必要がないことがわかる。
【014】また、不透光層を設けた従来の固体映像変換
素子では、半導体であるPC層と、絶縁体である誘電体
層及び不透光層との間にある程度抵抗値の小さい電流拡
散層(不透光層が電流拡散層を兼ねる場合もある)を設
け、この電流拡散層により、PC層と誘電体層及び不透
光層との間の電流を流れ易くし、EL層の発光輝度を上
げる必要があるが、本発明の固体映像変換素子では電流
拡散層も不要である。
【015】本発明者等は、PC層と誘電体層との間の電
流の流れ易さ、即ち、電気的密着性が、PC層及び誘電
体層、特にPC層を構成する粒子の粒径に影響されるこ
とを見出して、鋭意研究の結果、本発明を完成させてい
る。即ち、従来、誘電体層を構成するチタン酸バリウム
粒子の粒径が0.5ないし2μmであるのに対し、PC
層を構成する光導電体粒子の粒径が20μm以上であっ
て、PC層と誘電体層との接合部に空隙が発生し、これ
により、電気的密着性が阻害されていた。本発明の固体
映像変換素子では、CdSe:Cu,Cl粒子の粒径を
5ないし12μm、さらに望ましくは7ないし9μmに
選定することにより、PC層の光感度を損なうことな
く、PC層と誘電体層との接合状態が良好であって、電
流拡散層を設ける必要がない。
【016】次に、透明基板側からPC層へ入射する近赤
外線を通過させるEL層及び誘電体層の膜厚について説
明する。
【017】誘電体層の膜厚を3〜15μm、より望まし
くは、6〜8μmに選定することにより、電場発光の透
明電極側への反射作用、漏洩電流の防止等の点から、電
場発光の高効率化を図ることができ、且つ近赤外線を通
過させることができる。
【018】一方、EL層の膜厚は近赤外線の透過率に大
きく影響する。また、EL層の膜厚は、電場発光の発光
開始電圧、輝度の立ち上がりにも関係するため、これら
のことを考慮して膜厚を決めなければならない。図4に
は、EL層の膜厚と近赤外線の透過率との関係が示され
ている。図5には、EL層の膜厚と発光開始電圧との関
係が1kHzの正弦波形の交流電圧の印加下で示されて
いる。図6には、EL層に膜厚7μmの誘電体層を積層
した状態でのEL層の膜厚と、発光開始電圧に25Vに
したときの立ち上がりにおける発光輝度との関係が示さ
れている。図4ないし図6から明らかなように、電源設
計の点から発光開始電圧が低いほどよく、近赤外線の透
過率の点からもEL層膜厚が薄いほどよいが、素子とし
て10Cd/m2 以上の輝度が必要なため、立ち上がり
輝度を考慮し、EL層の膜厚としては、15〜35μm
が好ましく、30μm前後が特に望ましい。
【019】次に、近赤外線を吸収して光導電性を示すP
C層の膜厚について説明する。図7には、粒度分布で5
ないし25μmとし、且つ平均粒径を8μmとするCd
Se:Cu,Cl粒子からなるPC層における近赤外線
の吸収率と膜厚との関係が示されている。図7から明ら
かように、膜厚が240μm以上であると、吸収率が1
00%と飽和するので、240μm以上の膜厚では、P
C層に不感部位が発生することになるので、240μm
以上の膜厚は不適切である。一方、最低膜厚に関して
は、印加電圧の点から決定される。即ち、図6から、素
子として10Cd/m2 以上の輝度が必要というEL層
の発光輝度の点から、例えば、EL層の膜厚が30μm
とすると、図5から約発光開始電圧が30V必要であ
り、通常、近赤外線入射によりPC層の印加電圧の約半
分がEL層に分配されるから、PC層にも50Vの電圧
が分配され、通常、PC層の膜厚10μmに付き、7V
程度の電圧分配が必要であるから、PC層の膜厚は70
μmとなる。よって、望ましいPC層の膜厚は70〜2
40μm、さらに、望ましいのは100〜150μmで
ある。
【020】さらに、注目すべきことには、従来のX線像
を可視像に変換する固体映像変換素子では、400V前
後の印加電圧が必要であるのに対し、本発明の固体映像
変換素子では、80〜120Vと、従来の3分の1から
4分の1に低減できる。
【021】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
について説明する。
【022】第1図には、本発明の固体映像変換素子の断
面図が示されており、この固体映像変換素子は、透明基
板2、透明電極層4、EL層6、誘電体層8、PC層1
0及び背面電極層12が順次積層されたものである。
【023】この固体映像変換素子を具体的な製造方法に
基づいて説明すると、透明電極層4を有した透明基板2
(コーニング社製ガラス基板7059)上に、平均粒径
13μmのZnS:Cu,Al粉末から構成された膜厚
30μmのEL層6、平均粒径1.4μmのチタン酸バ
リウムからなる膜厚7μmの誘電体層6、粒径を6〜8
μmとするCdSe:Cu,Clからなる膜厚120μ
mのPC層8をスクリーン印刷により積層し、その上に
アルミニウムを蒸着し、背面電極層12を形成した。周
縁部を封止すると共に、透明電極層2及び背面電極層1
2を好適な交流電源に接続する。
【024】このように構成された固体映像変換素子で
は、1kHz、100Vの交流電圧を印加する場合、波
長780nm、100μW/cm2 の近赤外線を透明基
板2側より照射するとき、被照射領域におけるEL層6
の発光が10Cd/m2 であった。
【025】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、分散
形積層体から構成されるが、従来のX線像変換素子と異
なって電場発光体層(EL層)と光導電体層(PC層)
との間に不透光層を形成することなく、簡単な分散形構
造で電場発光体層(EL層)側から近赤外線を入射させ
て近赤外線を可視像に変換する新規な固体映像変換素子
を提供できる。
【026】そして、本発明の固体映像変換素子では、全
体の厚みを極めて薄くでき、従来の欠点であった積層数
の多さから起因する故障、高印加電圧による絶縁破壊等
を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の固体映像変換素子を示す断
面図である。
【図2】本発明に係る電場発光体層の発光分布を示すグ
ラフ図である。
【図3】本発明に係る光導電体層の分光感度を示すグラ
フ図である。
【図4】本発明に係る電場発光層の膜厚と近赤外線の透
過率との関係を示すグラフ図である。
【図5】本発明に係る電場発光層の膜厚と発光開始電圧
との関係を示すグラフ図図である。
【図6】本発明に係る電場発光層の膜厚と発光輝度との
関係を示すグラフ図である。
【図7】本発明に係る光導電体層の膜厚と近赤外線の吸
収率との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
2 透明基板 4 透明電極層 6 電場発光体層(EL層) 8 誘電体層 10 光導電体層(PC層) 12 背面電極層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月21日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】004
【補正方法】変更
【補正内容】
【004】しかしながら、上述のPC層とEL層を組み
合わせたX線固体映像変換素子では、分散形或いは薄膜
形のいずれであっても、PC層の側から照射されるX線
像を可視光にするものであり、入光する光源はX線であ
って、赤外線の如く可視光より長波長の光を利用するも
のでなく、また、PC層でなくEL層側の透明基板から
X線像を入光させるものでない。しかも、EL層とPC
層との間には、EL発光によりPC層を励起する光の帰
還を防止するため、不透光層を必要としている。また、
透過力の大きいX線を対象としているため、PC層が厚
く、EL層上の誘電体層に不透光層或いは電流拡散層を
積層するため、必然的に全体の膜厚が著しく厚く、この
ため、高い印加電が必要であって、絶縁破壊しやすい
という欠点がある。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】010
【補正方法】変更
【補正内容】
【010】本発明の固体映像変換素子では、近赤外線ー
可視光の変換の点から、 1)EL層がZnS:Cu,Al又はZnS:Cu,X
若しくはZnS:Cu,Mn,X粒子(Xはハロゲン元
素である)を含んでなり、一方、PC層がCdSe:C
u,Cl粒子を含んでなること。 2)EL層の膜厚が15〜35μmであり、誘電体層が
チタン酸バリウム粒子を含んでなり、この誘電体層の膜
厚が3〜30μmであり、また、PC層の膜厚が70〜
240μmであること。 3)PC層のCdSe:Cu,Cl粒子の平均粒径が5
〜15μmであること。 これらが好ましい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】012
【補正方法】変更
【補正内容】
【012】即ち、最も注目すべきことには、従来の分散
形の固体映像変換素子でEL発光によりPC層を励起す
ることから光の帰還を防止するために必要とされたPC
層とEL層の間の不透光層を無くすることができる。な
ぜなら、本発明のPC層はその分光感度を前記電場発光
体層の発光分布の可視光より長波長側の赤外線領域とす
るからである。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】013
【補正方法】変更
【補正内容】
【013】例えば、EL層における電場発光蛍光体粒子
として、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu,Cl、Z
nS:CuBr、ZnS:Cu,Mn,Cl等を選定
し、一方、PC層としてCdSe:Cu,Cl粒子を選
定することにより、EL層からPC層への光のフィード
バックの影響をほとんど受けなくすることができる。図
2には、ZnS:Cu,Al蛍光体粒子を用いたEL層
における発光分布が示されており、一方、図3には、C
dSe:Cu,Cl粒子を用いたPC層における分光感
度が示されており、図2及び図3を参照すれば、主波長
を530nmとするZnS:Cu,Al蛍光体粒子を用
いたEL層の発光分布は、CdSe:Cu,Cl粒子を
用いたPC層の分光感度にほとんど影響を与えず、不透
光層を設ける必要がないことがわかる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】017
【補正方法】変更
【補正内容】
【017】誘電体層の膜厚を3〜30μm、好ましく
は、3〜15μm、より好ましくは、6〜8μmに選定
することにより、電場発光の透明電極側への反射作用、
漏洩電流の防止等の点から、電場発光の高効率化を図る
ことができ、且つ近赤外線を通過させることができる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】018
【補正方法】変更
【補正内容】
【018】一方、EL層の膜厚は近赤外線の透過率に大
きく影響する。また、EL層の膜厚は、電場発光の発光
開始電圧、輝度の立ち上がりにも関係するため、これら
のことを考慮して膜厚を決めなければならない。図4に
は、EL層の膜厚と近赤外線の透過率との関係が示され
ている。図5には、EL層に膜厚7μmの誘電体層を積
層した状態でのEL層の膜厚と発光開始電圧との関係が
1kHzの正弦波形の交流電圧の印加下で示されてい
る。図6には、EL層に膜厚7μmの誘電体層を積層し
た状態でのEL層の膜厚と、発光開始電圧に25V足し
ときの立ち上がりにおける発光輝度との関係が示され
ている。図4ないし図6から明らかなように、電源設計
の点から発光開始電圧が低いほどよく、近赤外線の透過
率の点からもEL層膜厚が薄いほどよいが、素子として
10Cd/m2 以上の輝度が必要なため、立ち上がり輝
度を考慮し、EL層の膜厚としては、15〜35μmが
好ましく、30μm前後が特に望ましい。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】023
【補正方法】変更
【補正内容】
【023】この固体映像変換素子を具体的な製造方法に
基づいて説明すると、透明電極層4を有した透明基板2
(コーニング社製ガラス基板7059)上に、平均粒径
13μmのZnS:Cu,Al粉末から構成された膜厚
30μmのEL層6、平均粒径1.4μmのチタン酸バ
リウムからなる膜厚7μmの誘電体層、粒径を6〜8
μmとするCdSe:Cu,Clからなる膜厚120μ
mのPC層10をスクリーン印刷により積層し、その上
にアルミニウムを蒸着し、背面電極層12を形成した。
周縁部を封止すると共に、透明電極層及び背面電極層
12を好適な交流電源に接続する。
【手続補正9】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正10】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正11】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分散形積層体であって、透明基板上に透
    明電極層、ZnSを母体とする電場発光体層、誘電体
    層、光導電体層及び背面電極を順次積層してなり、前記
    光導電体層は、その分光感度を前記電場発光体層の発光
    分布の可視光より長波長側の赤外線領域とし、前記透明
    基板から入射した赤外線により光導電効果を生じるもの
    からなることを特徴とする固体映像変換素子。
  2. 【請求項2】 前記電場発光体層がZnS:Cu,Al
    又はZnS:Cu,X若しくはZnS:Cu,Mn,X
    (Xはハロゲン元素である)を含んでなり、一方、前記
    光導電体層がCdSe:Cu,Cl粒子を含んでなるこ
    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】 前記電場発光体層の膜厚が15〜35μ
    mであり、前記誘電体層がチタン酸バリウム粒子を含ん
    でなり、この誘電体層の膜厚が3〜15μmであり、ま
    た、前記光導電体層の膜厚が70〜240μmであるこ
    とを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の
    固体映像変換素子。
  4. 【請求項4】 前記光導電体層のCdSe:Cu,Cl
    粒子の平均粒径が5〜15μmであることを特徴とする
    請求項3又は4のいずれか1項に記載の固体映像変換素
    子。
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