Оптичні випромінюючі прилади (стр. 2 из 5)
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.
3. Низький потенціал начала катодолюмінісценції. Навіть при малому опорі шару люмінофору він є непридатним для використання у ВЛІ, якщо UL = 10-12 В.
4. Низька світловіддача. У ході досліджень властивостей сумішей з провідними порошками було виявлено, що колір світіння багатьох таких композицій залежить від анодної напруги. Наприклад, у суміші SnO2:Eu; ZnS:Cl, Al колір світіння змінюється з помаранчевого на жовто-зелений при зміні анодної напруги від 20 до 60 В.
На рис.6 наведена конструкція вакуумного люмінесцентного індикатора.
Основа індикатора – скляна або керамічна плата 1, на якій закріплені усі інші деталі індикатора. В заглибленнях плати, виконаних у вигляді сегментів, знаходиться провідний шар 2, з’єднаний з контактами 3 (4 – означає люмінофор). Провідні шари сегментів повністю перекриті люмінофором. На передній стороні плати в напрямку зчитування встановлюється плаский металічний електрод Отвори у цьому електроді розміщені напроти відповідних сегментів, покритих люмінофором. На невеликій відстані від екрануючого електрода 5 натягнута керуюча сітка 6 . У свою чергу на малій відстані від площини сітки, приблизно паралельно осі лампи, натягнений прямоканальний оксидний катод. Уся ця система поміщена в циліндричну скляну колбу, яка усередині покрита прозорим провідним шаром 8.
В початковому стані, щоб запобігти свіченню люмінофора, до сітки прикладається від’ємна напруга – декілька Вольт по відношенню до катоду.
При позитивній напрузі на керуючий сітці електрони прискорюються у напрямку анодних сегментів. екрануючий електрод має той же потенціал, що керуюча сітка. Електрони попадають на сегменти, що мають у даний момент позитивний потенціал, виникає низьковольтна катодолюмінісценція – нанесений на анод люмінофор починає світитися. Яскравість світіння в залежності від люмінофору досягає значень 300-700 кд/м2.
Рис.6. Конструкція вакуумного люмінесцентного індикатора
Конфігурація сегментів звичайно або 7-сегментна, або більш складна 14-сегментна.
У табл..1 наведені характеристики кольорових люмінофорів для ВЛІ.
Таблиця 1. Характеристики кольорових люмінофорів
| Колір світіння | Склад люмінофору | Довжина хвилі, нм |
| Синій | ZnS:Ag+In2O3 | 450 |
| Синє-зелений | ZnO:Zn | 510 |
| Зелений | (Zn, Cd)S:AgZnS:Cu | 520530 |
| Лимонний | ZnS:Au, Al+ In2O3 | 550 |
| Жовтий | ZnS:Mn+ In2O3 | 585 |
| Червоний | (Zn, Cd)S:Ag+ In2O3 | 626 |
Конструкція пласких люмінесцентних дисплеїв показана на рис.7.
Рис.7. Конструкція плаского люмінесцентного дісплею
Устрій індикатору нагадує електронну лампу - тріод, що складається з катоду, сітки та аноду, що поміщені у скляну оболонку з високим вакуумом. Катод прямого підігріву – тонкий вольфрамовий дріт, покритий окислом лугового металу, сітка – тонка металічна, анод виконаний у вигляді елементу зображення, на який нанесений фосфор. Точки або лінії з фосфору складають зображення. Розігнані в електричному полі позитивними потенціалами сітки та аноду електрони бомбардують анод і примушують фосфорне покриття світитись. Змінюючи потенціал сітки, можна регулювати яскравість зображення.
3. Люмінесценція в газах
Гази при атмосферному тиску завжди є добрими ізоляторами. Газ стає провідником. якщо створити у ньому іони.
Несамостійна провідність газів та, при якій іонізація виникає і підтримується при зовнішній дії. Це термічна дія, опромінення ультрафіолетовими, рентгенівськими та g-променями.
Самостійна провідність газу (звичайно, розрідженого) забезпечується тим, що заряджені частки, розігнані електричним полем при зіткненні з нейтральними молекулами іонізують їх. При цьому нема потреби у додатковому іонізаторі.
У 1934 р. було відкрите інтенсивне світіння парів ртуті у електричному полі. Але справа була у тому, що збуджувалися дві лінії на довжинах хвиль 254 нм (більш інтенсивна), та 184 нм (менш інтенсивна). Обидві ці лінії знаходяться в ультрафіолетовому діапазоні і тому невидимі для людського ока. У 1938 році була винайдена лампа, в якій стінки були покриті кристалофосфором, який перетворював ультрафіолетове випромінювання в видиме. Так виникла лампа денного світла.