DE868481C

DE868481C - Verfahren zur Steuerung von Photowiderstaenden

Info

Publication number: DE868481C
Application number: DEP3283D
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Krautz
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1940-12-25
Filing date: 1940-12-25
Publication date: 1953-02-26

Description

Verfahren zur Steuerung von Photowiderständen Für viele technische und wissenschaftliche Zwecke braucht man Photowiderstandszellen, kurz Photowiderstände genannt, die eine bestimmte spektrale Empfindlichkeitsverteilung im sichtbaren und auch im unsichtbaren Spektralbereich, z. B. der Ultraviolett- und Ultrarotstrahlung, aufweisen.
Die Lösung dieser Aufgabe kann auf recht, verschiedenen Wegen erfolgen. Im allgemeinen wird zu einer gegebenen Strahlenquelle aus den bekannten Photowerkstoffen. einfach ein solcher ausgewählt, dessen spektrale Empfindlichkeitsverteilung sich möglichst mit der Energieverteilung der Strahlenquelle, wenigstens im Scheitelbereich, deckt. Nun stehen in der Tat Photowerkstoffe der verschiedensten spektralen Empfindlichkeitsverteilung zur Verfügung, z. B. Zinksulfid, Kadmiumsulfid, deren Mischkristalle und viele andere Phosphore und Mineralien. Außerdem kann man verschiedene Photowerkstoffe miteinander mischen. Auf diesem Wege lassen sich z. B. Photowiderstandszellen mit konstanter spektraler lichtelektrischer iEmpfindlichkeitsverteilung für einen recht weiten Spektralbereich herstellen.
Die Angleichung der lichtelektrischen Empfindlichkeitsverteilung des Photowiderstandes an die Energieverteilung der Lichtquelle durch Auswahl eines der bekannten Photowerkstoffe reicht allein jedoch nicht- aus, weil' meist zusätzlich weitere wesentliche Bedingungen zu erfüllen sind,. z. B. große lichtelektrische Empfindlichkeit, hohe Strombelastbarkeit, niedrige Betriebsspannung, große Temperaturwiderstandsfähigkeit, geringe Luftfeuchtigkeitsempfindlichkeit, geringer Dunkelstrom usw. verlangt werden.: Die spektral günstig liegenden Stoffe befriedigen meist nicht in bezug auf .diese weiteren wichtigen Eigenschaften; vielfach ist. ihre lichtelektrische Empfindlichkeit zu gering.
Umgekehrt besteht auch dieMöglichkeit,dieEnergieverteilung der steuernden Strahlung ihrerseits der Empfindlichkeitsverteilung des Photowerkstoffes durch Vorschaltung von Filtern anzupassen. Bei stark verschiedener Lage der Empfindlichkeitsvera teilung des Photowerkstoffes und der Energieverteilung der Strahlenquelle wird jedoch die Nutzwirkung durch die notwendige starke-Absorption in den Filtern außerordentlich herabgedrückt.
Bei dem Verfahren nach der iErfindung wird eine vorzügliche S teuerung von Photowiderständen hoher Strombelastbarkeit,. hoher Empfindlichkeit, geringem Dunkelstrom und guter Temperaturwiderstandsfähigkeit bei beliebiger lichtelektrischer Empfindlichkeitsverteilung dadurch erreicht, _ daß man die steuernde Strahlung mittels Leuchtstoffe, z. B. durch Leuchtstoffpulverschichten, lumineszierende Lösungen b.ztv. Eanulsionen, oder durch Fluoreszenzgläser in eine der maximalen Empfindlichkeit des verwendeten Photowerkstoffes angepaßte Lumineszenzstrählung umformt.. Man kommt 'bei diesem neuen Verfahren mit wenigen, hochgezüchteten Photowerkstoffen-mit besonders guten chemischen und : physikalischen--Eigenschaften äüs. In einzelnen Fällen empfiehlt es sich, zur noch genaueren Anpassung der steuernden Strahlung an die maximale . Empfindlichkeit des Photowerkstoffes eine Kombination aus Leuchtstoffen und- Filtergläsern vorzusehen.
Besonders vorteilhaft erweist sich das neue Verfahren dort, wo mit unsichtbarer -Steuerstrahlung gearbeitet werden soll. Für den Fall, daß dabei Leuchtstoffe mit sichtbarer Lumineszenzstrahlung benutzt werden, läßt sich etwa störendes treulicht nach außen hin leicht abschirmen, wobei an der Einfallstelle der unsichtbaren Steuerstrahlung ein die sichtbare Strahlung absorbierendes, die unsichtbare Strahlung aber durchlassendes Filter vorgesehen wird. Als unsichtbare Steuerstrahlung wird vielfach Ultraviölettstrahlung benutzt. Man kann aber auch durch Vorerregung des Leuchtstoffes mittels ultravioletter Strahlung im Photowiderstand einen bestimmten lichtelektrischen Strom einstellen und die Steuerung dann durch ultrarote, die Leuchtstoffstrahlung mehr oder weniger wieder auslöschende und damit den lichtelektrischen Strom schwächende Strahlung vornehmen. Um jede Lichterscheinung für den Beschauer zu vermeiden, kann auch hier etwaige, nicht zum Photowiderstand hin gerichtete sichtbare Strahlung des Leuchtstoffes abgeschirmt werden, wobei an der lEinfallstelle der unsichtbaren Strahlungen Filter verwendet werden, die eine selektive Durchlässigkeit sowohl im Ultraviolett als auch im Ultrarot besitzen. Filter, die gleichzeitig Bereiche sehr langwelligen und kurzwelligen Lichtes durchlassen" und für dazwischen gelegene Spektralgebiete undurchlässig sind, stehen in genügender Auswahl zur Verfügung. Es seien hier nur als Beispiele die Schottfiltergläser der Gruppen UG, BG, VG und RG genannt.
(Ein wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens liegt darin, daß bei Verwendung eines bestimmten Photowerkstoffes die 'Empfindlichkeit der Photoividerstandsanordnung nach beiden Spektralrichtungen hin bis weit in das Ultraviolett und Ultrarot hinein erweitert wird.
Für schnell ablaufende Steuerungen werden Leuchtstoffe mit vorwiegender Fluoreszenzwirkung, für langsame Steuerungsvorgänge, z. B. Anzeigevorrichtungen; Leuchtstoffe mit vorwiegender Phosphoreszenzwirkung benutzt.
Hervorragend gute und bequem zu handhabende Photowide_ rstandsanordnungen ergeben sich, wenn man den photoelektrisch empfindlichen Werkstoff und-den-zur Umformung der steuernden Strahlung. dienenden Leuchtstoff miteinander baulich vereinigt: Zu diesem Zweck wird beispielsweise der Photowerkstoff in einer lumineszierenden Lösung bzw. Emulsion untergebracht oder in eine lumineszierende Lack- oder Farbstoffschicht eingebettet. Die lumineszierende Lösung bzw. isolierende Bindemittelschicht kann aus einem einheitlichen chemischen Stoff bestehen, der bereits an sich die gewünschten -Lumineszenzeigenschaften aufweist. Ist das nicht der Fall, lcerden ihm organische oder anorganische Leuchtstoffe, z. B. Zinksilicate, Zinksulfid - Kadmiumsulfid - Mischkristalle, Lumogen, Anthräcen usw., zugemischt. Es kann aber auch der Photowerkstoff in eine nichtlumineszierende Bindemittelschicht eingebettet sein, die auf der Oberflache einen Leuchtstoffüberzug trägt oder von einer lumineszierenden Flüssigkeit umgeben ist. Eine leistungsfähige; z. B. auf Kädmiumsulfid als Grund- . stoff beruhende Photowiderstandsanordnung erhält man auch auf folgende Weise: über dem fertigen Photowiderstand, z. B. einer mit Raster versehenen gesinterten Photokeramilz oder über Zellen mit feinkristallinen, in Bindemittel eingebetteten Photowerkstoffen, wird eine für -den gewünschten Spektralbereich durchlässige Filterscheibe angeordnet, auf deren dem Elektrodenraster zugekehrter Unterseite der zu erregende Leuchtstoff aufgetragen ist. In einzelnen -Fällen wird der Leuchtstoff auf die photoelektrisch wirksame, das Elektrodenraster tragende Schicht, gegebenenfalls ohne Zuhilfenahme von Bindemitteln, in dünner Schicht aufgebracht, bzw. es wirä das Bindemittel nach dem Aufbringen des Leuchtstoffes wieder beseitigt, z. B. durch Verdampfen.
Bei den erwähnten Photowiderstandsanordnungen, bei denen der Photowerkstoff und der Leuchtstoff zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind, befindet sich die erregende Lichtquelle, die sich aus den als Kleinstlampen anzusehendenLeuchtkriställchen zusammensetzt, in unmittelbarer Nähe der Photowerkstoffbrücken zwischen den Elektroden, während die steuernde Strahlung von einer weit entfernten Lampe, z. B. einer Ultraviolettlampe, kommen kann. Bei Benutzung von Steuerstrahlungen mit hohem Anteil an kurzwelliger Strahlung und bei Verwendung von Photowerkstoffen und Einbettungsmitteln, die eine intensive ultraviolette Strahlung nicht vertragen, wird durch die Zuhilfenahme von Leuchtstoffen und gegebenenfalls auch noch von Filtern zusätzlich ein Schutz des Photowerkstoffes und des Einbettungsmittels gegen zerstörende photochemische Prozesse erzielt.
Zur Ausübung des neuen Verfahrens stehen geeignete Leuchtstoffe sowie geeignete Einbettungs-, Binde- und Lösungsmittel und auch Filter in reicher Auswahl zur Verfügung. Die Umformung der steuernden Strahlung in längerwellige Lumineszenzstrahlung verursacht keine wesentliche Herabsetzung der Empfindlichkeit der Photowiderstandsanordnung, weil viele der geeigneten Leuchtstoffe eine Quantenausbeute von nahezu ioo°/o besitzen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung mögen zwei Beispiele aus der Praxis dienen.
i. Gefordert wird eine Photowiderstandsanordnung mit hoher Empfindlichkeit, hoher Strombelastbarkeit und geringer Temperaturempfindlichkeit für eine steuernde Strahlung des Spektralbereiches von 25o ,u bis 38o y. Diese Forderung läßt sich nach der Erfindung mittels eines Photowerkstoffes aus Kadmiumsulfid in Kombination mit einem Leuchtstoff aus Zinksilicat erfüllen. Zweckmäßig wird feinkristallines, in einer Hochdruckschwefelatmosphäre geglühtes Kadmiumsulfid zu einer Photokeramikplatte gesintert und auf die Platte dann in üblicher Weise das Doppelkammraster aufgebracht. Darüber wird ein Glasfilter nach Schott mit der Bezeichnung UG 5 gelegt, das eine dünne Leuchtstoffschicht aus grünleuchtendem Zinksilicat trägt, und zwar so, daß die Leuchtstoffschicht dem Doppelkammraster zugekehrt ist und auf diese Weise nach außen abgeschirmt wird. Eine solche Photowiderstandsanordnung ist besonders für niedrige Betriebsspannungen und für hohen lichtelektrischen Strombedarf geeignet. Die Photowiderstandsschicht kann aber auch statt durch Sinterung durch Mischen des Kadmiumsulfidpulvers mit einem geeigneten Bindemittel hergestellt werden. In diesem Fall kann man ferner das Zinksilicatpulver dem Kadmiumsulfidpulver vorder Herstellung der Platte beimischen, die dann nur noch mit dem Elektrodenraster zu versehen ist. 2. Es sollen Straßen und Gleisanlagen durch Ultrarotstrahlung überwacht werden. Die Verkehrskontrolle kann mit Photowiderständen unter Zuhilfenahme des Ausleuchteffektes der verwendeten Leuchtstoffe in folgender Weise durchgeführt werden: Eine durch Ultrarot zu steuernde Kadmiumsulfid-Photowiderstandszelle wird mit dem Schottfilter UG 3 abgedeckt, das,auf der dem Raster zugekehrten Seite einen überzug aus leuchtendem Zinksulfid trägt. Zur Anregung des Zinksulfidüberzuges dient eine Hilfslichtquelle mit langwelliger ultravioletter Strahlung. Solange ultrarote Strahlung auf die mit dem Filter versehene Photowiderstandszelle fällt, wird die Lumineszenz des durch die ultraviolette Strahlung angeregten Leuchtstoffes stark herabgesetzt und damit auch die Photoleitfähigkeit der Zelle niedrig gehalten. Wird nun der Ultrarotstrahler abgeschattet, so leuchtet das Zinksulfid stärker auf, und der lichtelektrische Strom der Zelle steigt so stark an, daß er jetzt imstande ist, ein angeschlossenes Relais zu betätigen.
Das neue Verfahren ist naturgemäß nicht etwa nur für ultraviolette oder ultrarote Steuerstrahlungen oder nur für Kadmiumsulfid als Photowerkstoff brauchbar. ;Es eignet sich grundsätzlich für alle Photowerkstoffe und auch für sichtbare Steuerstrahlungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Photowiderständen hoher Strombelastbarkeit, bei dem feinkristallines Kadmiumsulfid durch Glühen in einer Hochdruckschwefeldampfatmosphäre auf geringen Dunkelstrom und hohe lichtelektrische Empfindlichkeit gezüchtet wird, insbesondere für ultraviolette Steuerstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Hochdruckschwefeldampfatmosphäre geglühte, feinkristalline Kadmiumsulfidpulver anschließend mit einem Leuchtstoff vermischt wird, dessen Lumineszenzstrahlung der maximalen Empfindlichkeit des Kadmiumsulfidpulvers angepaßt ist.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer Hochdruckschwefeldampfatmosphäre geglühte, feinkristalline Kadmiumsulfidpulver mit einem Leuchtstoffpulver aus Zinksilicat vermischt, das Gemisch zu einer Platte geformt und diese in üblicher Weise mit einem Elektrodenraster versehen wird.