Навигация
2. Катодолюмінісценція
Це люмінесценція, що виникає при збудженні люмінофору електронним пучком. Початкова назва пучка електронів – катодні промені, звідси термін катодолюмінісценція. Найкращу здатність до катодолюмінісценції мають кристалофосфори, бо вони стійки до дії електронного пучка та дають достатню яскравість світіння.
Для збудження катодолюмінісценції достатньо, щоб енергія збуджуючих електронів в 1,5 разів перевищувала іонізаційний потенціал кристалофосфора. Але застосування таких повільних електронів не дозволяє одержати стійку катодолюмінісценцію, електрони дуже швидко заряджають поверхню люмінофору від’ємно, від чого нові електрони відштовхуються, гальмуються та гублять енергію. При великих енергіях електронів на поверхні люмінофору виникає вторинна електронна емісія, заряд люмінофора уноситься вторинними електронами. Тому на практиці застосовуються пучки електронів з енергією від 100 еВ до 25 кеВ, а в деяких випадках, наприклад в оптичних квантових генераторах – до 1 МеВ.
Електрони, що мають високу енергію, взаємодіючи з атомами гратки люмінофору, іонізують їх, створюючи друге покоління електронів, які, у свою чергу, іонізують інші атоми. цей процес продовжується доти, доки енергія вирваних з атома електронів достатня для іонізації. Електрони гальмуються у тонкому шарі люмінофору (менше за 10-4 см), тому щільність збудження дуже велика. В результаті іонізації утворюються дірки і електрони мігрують по гратці та можуть захоплюватись центрами освітлення. При рекомбінації на центрах свічення електронів та дірок і виникає катодолюмінісценція. Центри свічення при катодолюмінісценції такі ж, як при фотозбудженні, тому спектр катодолюмінісценції аналогічний спектру фотолюмінесценції. ККД катодолюмінісценції звичайно складає 1-10%, головна частина енергії електронного пучка переходить у тепло.
Кристалофосфори – неорганічні кристалічні люмінофори. Вони світяться під дією світла, потоку електронів, радіації, електричного струму і т.і. Здатність кристалофосфорів світитись обумовлена наявністю забороненої зони в енергетичному спектрі кристалу, тому катодолюмінофорами можуть бути тільки напівпровідники та діелектрики. У склад кристалофосфорів входять у малих концентраціях домішки – активатори. Активатори і дефекти кристалу створюють центри свічення. Тривалість свічення кристалофосфорів коливається у широких границях – від 10-9 с до декількох годин. В залежності від активатора спектр люмінесценції кристалофосфорів може змінюватись від ультрафіолетового до інфрачервоного.
Основою кристалофосфорів служать сульфіди, селеніди та телуріди Zn, Cd, оксиди Ca, Mn, лужно-галоїдні та деякі інші сполуки. В якості активаторів використовують іони металів (Cu, Co, Mn, Ag, Eu, Tu і т.і.) Синтез кристалофосфорів здійснюють звичайно розжарюванням твердої шихти. Комбінуючи активатори та основи можна синтезувати кристалофосфори для перетворення різних видів енергії у видиме світло потрібного цвіту з високим ККД (до десятків процентів). Наприклад, створені кристалофосфори, що перетворюють інфрачервоне випромінювання у видиме. Порошкоподібні кристалофосфори використовуються у люмінесцентних лампах, екранах телевізорів та осцилографів, електролюмінісцентних панелях тощо. На рис.4 показана схема електронно-променевої трубки, яка є прикладом катодолюмінісценції.
Рис.4. Схема електронно-променевої трубки
Електронно-променева трубка – вакуумний балон, у якому одержаний на основі термоелектронної емісії пучок електронів за допомогою електричних або магнітних полів може направлятись у визначену току екрану, який покритий флуоресцентним шаром. В такій конструкції колір зображення на екрані тільки один. Він визначається типом люмінофора.
Побудова електронно-променевої кольорової трубки більш складна. По-перше в такій трубці не одна електронна гармата (так називається система випромінювання і фокусування електронів), три, бо кольорове зображення формується з компонент червоного (R), зеленого (G) и синього (B) кольорів за формулою:
F = αR + bG + gB,
де α, b та g - коефіцієнти. Будь-який колір визначається підбором цих коефіцієнтів.
Спрощена конструкція кольорової електронно-променевої трубки зображена на рис.5, де1 – три електронні гармати, 2 – тіньова маска, 3 - покриття, що світиться (люмінофор), 4 – видима поверхня екрану.
Рис. Спрощена конструкція електронно-променевої трубки
Оскільки кожна з трьох електронних гармат трубки відповідає тільки за свій колір світіння частинок люмінофору, то важливо досягти їх взаємодії, щоб потік „синіх” електронів не діяв на частинки червоного люмінофору і навпаки. Це досягається тим. що частинки люмінофорів різних кольорів розміщують на покритті у вигляді окремих плям. Для сітки „червоних” плям є своя тіньова маска, для сітки «зелених» плям – своя, для сітки синіх – теж. Очевидно, що тільки третина, наприклад, «червоного» променю доходить до червоних плям тіньової маски, дві третини не пропускаються «зеленою» та «синьою» тіньовими масками. Те ж відноситься до «зеленого» та «синього» променів. Якщо на однокольоровій електронно-променевій трубці достатньо напруги другого аноду 10-12 кВ, то завдяки такий особливості кольорової трубки (ЕЛТ), напругу другого аноду доводиться підвищувати до 25 кВ.
На протязі багатьох років плями люмінофору червоного, зеленого та синього кольорів розміщувались «тріадами» (групами по три точки). В такому разі тіньова маска являла собою перфоровану металічну пластину перед люмінофором. Оскільки тільки частина кольорового променя доходила до люмінофорів, монітори такого типу мали малу яскравість, недостатню контрастність зображення, більш короткий термін праці та були складні технологічно.
Нова технологія була розроблена фірмою Sony – замість традиційної точкової маски, була запропонована щілинова апертурна гратка (фірмова назва Trinitron). У цій технології люмінофор одного кольору наноситься у вигляді тонких смуг, а маска має вигляд натягнутих дротів. Переваги цієї технології: в тонкій сітці маски менше метала, що дозволяє використовувати більшу частину енергії електронів на взаємодію з люмінофором, а це означає, що менше тепла розсіюється на сітці маски, при той же інтенсивності електронного променя можна досягти більшої яскравості, у зв’язку з чим можна використовувати більш темне скло для екрану і одержати більш контрастне зображення, екран такого монітору можна зробити зовсім пласким, що зменшує кількість віддзеркалень.
Недоліком такого методу є те, що тіньова сітка має недостатню жорсткість, тому при вібрації та качаннях зображення буде спотворюватись.
Фірма NEC запропонувала комбінований тип ЕЛТ з гніздовою маскою. В цьому типі люмінофор кожного кольору наноситься також у вигляді тонких смуг, але не довжиною в одну строку, а більш коротку (нагадує „пунктир”). Цей тип має усі переваги методу Trinitron, але не має його недоліків.
Низьковольтна катодолюмінісценція
В електронно-променевій трубці доводиться використовувати високовольтні напруги для розгону електронів. У низьковольтних приладах використовуються невеликі напруги.
Катодолюмінісценція виникає, коли електрони досягають енергії еUL, де UL – потенціал початку люмінесценції. У більшості матеріалів UL – багато сот Вольт.
Більш, як 40 років тому були виявлені речовини, у яких UL складає одиниці Вольт (для ZnS = 6-7 B, для CdS = 4-5 B). На їх основі були створені вакуумні люмінесцентні індикатори (ВЛІ).
Люмінофор для ВЛІ повинен відповідати ряду вимог:
1. Ширина забороненої зони – не більш, як 3-4 еВ.
2. Висока електропровідність. Опір не повинен перевищувати одиниць кілоОм. Тому люмінофори для електронно-променевих трубок не годяться для ВЛІ, бо вони є ізоляторами.
Необхідне значення електропровідності можна забезпечити використанням люмінофорів на провідній основі (ZnO:Zn; SnO2:Eu; (Zn1-X, CdX)S:Ag, Al; змішаних люмінофорів (ZnS:Ag+In2O3; ZnS:Cu+ZnO; Y2O2S…Eu+SnO2) та легованих люмінофорів ZnS:Ag, Zn, Al.
Похожие работы
... і, деякого розширення спектра випромінювання. Ці явища обмежують швидкість передачі системи. Для попередження розігріву p-n переходу ЛД вміщують в мікроохолоджувач. Окрім модуляції інтенсивності, можливі частотна та фазова модуляція оптичного випромінювання. Частоту лазера можна змінювати, використовуючи її залежність від температури активної речовини. Цей засіб, що називається термічним, ...
... 3,5 см і довжиною 1 м. Для нагрівання стержнів до них підводиться постійний або змінний струм з напруженням до 100 В. Звичайна робоча температура стержня 1250–1350 К. Газорозрядні джерела. Випромінювання оптичного діапазону в джерелах цього типу виникає внаслідок електричного розряду в атмосфері інертних газів, пар металів або їх сумішей. Газорозрядні джерела характеризуються лінійчатим або ...
... електронного пристрою, то для порівняння різних приймачів поріг чутливості нормують, приводячи до одиничної площі і одиничної смуги пропущення: . На практиці для порівняння приймачів випромінювання використовують характеристику , зворотну , звану виявленою здатністю: . Інерційні властивості приймача характеризуються постійною часу і частотною характеристикою. Постійною часу приймача ...
... РВФ. Будь-яка перешкода, що порушує масоперенос, дає помилку в показаннях ВОС. На рис.3.3 показана схема роботи необоротного оптрода на кисень. Рис.3.3. Схема роботи необоротного волоконно-оптичного сенсора на кисень. Обумовлений компонент дифундує через селективну мембрану з відповідним розміром пор у порожнину, що містить іммобілізований флуоресціюючий барвник. Його світіння гаситься в ...
0 комментариев