稀土发光材料5.pptx
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1、 阴极射线发光材料是应用最为广泛的发光材阴极射线发光材料是应用最为广泛的发光材料之一,主要用于料之一,主要用于电视、示波器、雷达、计算机电视、示波器、雷达、计算机等各种荧光屏和显示器等各种荧光屏和显示器,荧光粉产量经济效益大,荧光粉产量经济效益大,其中尤以彩电电视荧光粉发展最快。在显示技术其中尤以彩电电视荧光粉发展最快。在显示技术中常用的中常用的显像管显像管、示波管示波管、雷达指示管雷达指示管、存储管存储管总称为阴极射线管,其管壳形成了电子束工作的总称为阴极射线管,其管壳形成了电子束工作的真空环境,电子枪产生的电子束经聚焦偏转后以真空环境,电子枪产生的电子束经聚焦偏转后以较高的能量轰击荧光屏,
2、使荧光粉产生光输出,较高的能量轰击荧光屏,使荧光粉产生光输出,从而将电信号转换成光学图像。从而将电信号转换成光学图像。第1页/共57页CRT(Cathode-Ray-Tube)显显示示器器,即即阴阴极极射射线线管管显显示示器器,是是最最早早使使用用的的显示器,它技术成熟,价格便宜,寿命长,可靠性高。显示器,它技术成熟,价格便宜,寿命长,可靠性高。n 一、黑白显像管黑白显像管 n 二、彩色显像管彩色显像管第2页/共57页电子枪电子枪(Electron gun)偏转线圈偏转线圈(Deflection coils)荫罩荫罩(Shadow mask)荧光粉涂层荧光粉涂层(phosphor)玻璃外壳玻璃
3、外壳=荧光屏荧光屏CRT射线管射线管CRT CRT 显示器原理显示器原理显示器原理显示器原理 CRT显示器是怎样将三基色原理用在其中的呢?当然,并显示器是怎样将三基色原理用在其中的呢?当然,并不是直接将这三基色画在荧光屏上,而是用电子束来进行控制不是直接将这三基色画在荧光屏上,而是用电子束来进行控制和表现的。和表现的。电视接收机中显示图像的核心器件绝大多数是真空型显像管,电视接收机中显示图像的核心器件绝大多数是真空型显像管,显像管是一种最常见的典型的阴极射线管。显像管是一种最常见的典型的阴极射线管。第3页/共57页n 彩色显像管采用红、绿、蓝(简称彩色显像管采用红、绿、蓝(简称RGB)三基色相
4、加混色原理实现彩色图像的显示。)三基色相加混色原理实现彩色图像的显示。n 彩彩色色显显像像管管产产生生三三束束电电子子流流,确确保保受受三三个个基基色色信信号号控控制制的的三三束束电电子子束束准准确确轰轰击击相相应应的的荧光粉,是彩色显像管技术的关键。荧光粉,是彩色显像管技术的关键。彩色显像管彩色显像管第4页/共57页彩彩色色电电视视荧荧光光屏屏内内壁壁涂涂有有发发光光颜颜色色为为红红、绿绿、蓝蓝的的荧荧光光粉粉点点,每每一一组组三三个个红红、绿绿、蓝蓝荧荧光光粉粉点点排排列列成成品品字字形形,组组成成一一个个彩彩色色像像素素,这这些些粉粉点点的的直直径径很很小小(几几微微米米到到几几十微米十
5、微米)。CRT彩色显示器原理彩色显示器原理第5页/共57页 当当一一个个图图像像被被显显示示在在屏屏幕幕上上时时,它它是是由由无无数数小小点点组组成成的的,它它们们被被称称为为像像素素(pixel)。象象素素也也即即发发光光“点点”;分分辨辨率率指指屏屏幕幕上上象象素素的的数数目目,数数目目越越大大,分分辨辨率率也也就就越越高高。屏屏幕幕上上的的像像素素可可以以被被置置为为不不同同的的颜颜色色和和亮亮度度。每每一一个个像像素素包包含含一一个个红红色色、绿绿色色、蓝色的磷光体,如图所示。大量的像素就组成了图像。蓝色的磷光体,如图所示。大量的像素就组成了图像。根据三基色理论,这就有了形成千变万化色
6、彩的基础。根据三基色理论,这就有了形成千变万化色彩的基础。屏幕上的像素第6页/共57页CRT彩色显示器原理彩色显示器原理 利利用用显显像像管管内内的的电电子子枪枪,将将红红、绿绿、蓝蓝三三个个电电子子束束分分别别打打在在R、G、B荧荧光光粉粉层层上上,荧荧光光粉粉被被激激活活,即即可可发发出出光光来来。R、G、B三三种种荧荧光光点点被被不不同同强强度度的的电电子子流流点点亮亮,就就会会发发出出各各种种色色彩彩,最最终终就就形形成成了了你你所所看看到到的的显显示示画画面面了了。在在适适当当的的距距离离外外,人人眼眼分分辨辨不不出出单色小点,而只是看到一个合成的彩色光点。单色小点,而只是看到一个合
7、成的彩色光点。第7页/共57页 电子枪电子枪可以发射非常高速的电子束。可以发射非常高速的电子束。工作原理:工作原理:由灯丝加热阴极,阴极发射由灯丝加热阴极,阴极发射电子电子,在加速极电,在加速极电场的作用下,经聚焦极聚成很细的场的作用下,经聚焦极聚成很细的电子束电子束,在阳极高压作用,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,以极高的速度去轰击荧光粉层。这些下,获得巨大的能量,以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三基色。为此,电子枪发电子束轰击的目标就是荧光屏上的三基色。为此,电子枪发射的电子束射的电子束不是一束不是一束,而是,而是三束三束,它们分别受电脑显卡,它们分别受电脑
8、显卡R、G、B三个基色视频信号电压的控制,去轰击各自的荧光粉单三个基色视频信号电压的控制,去轰击各自的荧光粉单元。元。用这种方法可以产生不同色彩的像素,而大量的不同色彩用这种方法可以产生不同色彩的像素,而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面,而不断变换的画面就成为的像素可以组成一张漂亮的画面,而不断变换的画面就成为可动的图像。很显然,像素越多,图像越清晰、细腻,也就可动的图像。很显然,像素越多,图像越清晰、细腻,也就更逼真。更逼真。第8页/共57页显像管种类显像管种类彩色显像管分为彩色显像管分为三枪三束、单枪三束三枪三束、单枪三束和和自会聚彩色自会聚彩色三种。三种。三枪三束彩色显像管有三
9、枪三束彩色显像管有三个阴极三个阴极,发射出的三束电子束分别由,发射出的三束电子束分别由三个电子枪三个电子枪聚焦。聚焦。三枪三束显像管由美国无线电公司于三枪三束显像管由美国无线电公司于19501950年研制成功的。年研制成功的。第9页/共57页三枪三束采用的孔状荫罩三枪三束采用的孔状荫罩在在距距离离荧荧光光屏屏后后约约2mm处处放放置置一一块块荫荫罩罩板板,一一般般用用0.12mm0.16mm厚厚的的低低碳碳钢钢板板制制作作,钢钢板板上上的的小小孔孔与与荧荧光光屏屏上上的的红红、绿绿、蓝蓝荧荧光光粉粉点点一一一一对对应应。荫荫罩罩起起选选色色的的作作用用,由由红红、绿绿、蓝蓝三三个个电电子子枪枪
10、发发射射的的三三个个电电子子束束在在荫荫罩罩上上的的小小孔处会聚。穿过小孔后打在相应的红、绿、蓝荧光粉点上。孔处会聚。穿过小孔后打在相应的红、绿、蓝荧光粉点上。第10页/共57页单枪三束显像管单枪三束显像管单单枪枪三三束束彩彩色色显显像像管管有有三三个个阴阴极极,但但发发射射出出的的三三束束电电子子束束共共用用同同一一个个电电子子枪枪聚聚焦焦。3条电子束在同一水平面内呈一字排列,条电子束在同一水平面内呈一字排列,简化了会聚的调节。简化了会聚的调节。日本日本sonysony公司于公司于19681968年研制成功的。年研制成功的。第11页/共57页用用条状结构条状结构荧光屏代替荧光屏代替点状结构点
11、状结构荧光屏,荫罩板也做成荧光屏,荫罩板也做成栅缝栅缝状状,提高了电子束的透过率(电子透过率达到,提高了电子束的透过率(电子透过率达到90%90%以上),图以上),图像亮度高。像亮度高。第12页/共57页n依据电子光学像差理论。自会聚彩色显像依据电子光学像差理论。自会聚彩色显像管采用精密的管采用精密的直列式电子枪直列式电子枪,3 3个电子枪排列个电子枪排列在在同一水平线同一水平线上,彼此间距很小,因而会聚上,彼此间距很小,因而会聚误差也很小。误差也很小。n自会聚彩色显像管采用自会聚彩色显像管采用开槽荫罩开槽荫罩,它综合,它综合了三枪三束管荫罩和单枪三束管的条状栅网了三枪三束管荫罩和单枪三束管的
12、条状栅网的利弊而采取的折中方案,增强了机械强度的利弊而采取的折中方案,增强了机械强度,提高了图像的稳定性。,提高了图像的稳定性。自会聚彩色显像管自会聚彩色显像管美国美国RCARCA于于19721972年研制成功。目前主要生产的显像管。年研制成功。目前主要生产的显像管。自会聚彩色显像管自会聚彩色显像管第13页/共57页CRT发光材料由作为主体的化合物发光材料由作为主体的化合物(基质基质)和少量作为发光和少量作为发光中心的掺杂离子(激活剂)所组成。非稀土激活元素有中心的掺杂离子(激活剂)所组成。非稀土激活元素有Cu、Ag、Mn等,主要用于硫化物基质;稀土激活元素等,主要用于硫化物基质;稀土激活元素
13、有有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm等。等。CRT显示器显示器 阴极射线显像管显示器阴极射线显像管显示器第14页/共57页 彩色电视显示管的荧光屏是由彩色电视显示管的荧光屏是由红色红色、绿绿色色和和蓝色蓝色三基色荧光粉有规则排列组成的。因三基色荧光粉有规则排列组成的。因此,对于这三种荧光粉不仅要求他们具有此,对于这三种荧光粉不仅要求他们具有流明流明效率大效率大、颜色饱和度好颜色饱和度好等特性,而且还要求它等特性,而且还要求它们的们的亮度亮度相匹配。相匹配。阴极射线荧光粉阴极射线荧光粉第15页/共57页一一.稀土红色荧光粉稀土红色荧光粉(一)(一)Y2O2S:Eu3+:
14、1966年发现年发现Y2O2S:Eu3+荧光体在电子激发下产生鲜艳的红色荧光,使当时的彩荧光体在电子激发下产生鲜艳的红色荧光,使当时的彩色电视屏幕图像亮度提高了一倍以上,色纯度也有很大的提高,亮度色电视屏幕图像亮度提高了一倍以上,色纯度也有很大的提高,亮度-电流饱和特性好,电流饱和特性好,在使用条件下稳定性高。在使用条件下稳定性高。近近40年来,尽管出现了许多红色发光材料,而年来,尽管出现了许多红色发光材料,而Y2O2S:Eu3+因其优异的性能仍然因其优异的性能仍然是是CRT不可替代的红色荧光粉。不可替代的红色荧光粉。目前已被广泛应用,全世界每年市场总值达数亿美元,我国已成为世界第一大生目前已
15、被广泛应用,全世界每年市场总值达数亿美元,我国已成为世界第一大生产国和消费国。产国和消费国。第16页/共57页(1)性质)性质 Y2O2S:Eu3+为白色晶体,具有六方晶体,不溶于水,熔点为白色晶体,具有六方晶体,不溶于水,熔点高(高(2000以上),化学稳定性好。以上),化学稳定性好。5D0-7F2第17页/共57页 源自源自Eu3+的的5D0-7F2跃迁发射,主峰位于跃迁发射,主峰位于626 nm。Eu3+的较高的较高能级能级5D1和和5D2产生的跃迁发射蓝光和绿光,会影响荧光粉的色度。产生的跃迁发射蓝光和绿光,会影响荧光粉的色度。因此,因此,Y2O2S:Eu3+采取较高的采取较高的Eu3
16、+掺杂浓度,产生交叉弛豫,使得掺杂浓度,产生交叉弛豫,使得Eu3+较高能级的蓝光和绿光发射发生猝灭,从而得到较高纯度和强较高能级的蓝光和绿光发射发生猝灭,从而得到较高纯度和强度的红光发射。度的红光发射。第18页/共57页第19页/共57页(二)(二)Y2O3:Eu3+:高分辨率彩色投影电视屏幕大、信息容量大、能欣赏到极高分辨率彩色投影电视屏幕大、信息容量大、能欣赏到极富临场感和逼真感的宽屏幕图像。富临场感和逼真感的宽屏幕图像。为了获得足够高亮度和高分辨率的图像,投影电视用为了获得足够高亮度和高分辨率的图像,投影电视用CRT上的荧光体承受功率很强而斑点很小的电子束激发。上的荧光体承受功率很强而斑
17、点很小的电子束激发。对投影电视荧光体的要求是:在高激发密度下,能量转换对投影电视荧光体的要求是:在高激发密度下,能量转换效率尽可能高,亮度呈线性,电流饱和特性好,具有高的温度效率尽可能高,亮度呈线性,电流饱和特性好,具有高的温度猝灭特性,能耐大功率电子束长时轰击,性能稳定。猝灭特性,能耐大功率电子束长时轰击,性能稳定。Y2O3:Eu3+是较为理想的投影电视红色荧光粉,其电流饱是较为理想的投影电视红色荧光粉,其电流饱和特性和温度猝灭特性较好。和特性和温度猝灭特性较好。第20页/共57页发射主峰在发射主峰在611 nm,色坐标,色坐标x=0.643,y=0.350第21页/共57页制备过程制备过程
18、第22页/共57页二、稀土绿色荧光粉二、稀土绿色荧光粉 在全色视频显示中,绿色亮度的贡献最大,约占在全色视频显示中,绿色亮度的贡献最大,约占60左右,因此对绿粉的选左右,因此对绿粉的选择尤为重要。择尤为重要。Y2O3S:Tb3+和和Gd2O3S:Tb3+的温度稳定性不好,的温度稳定性不好,Y2SiO4:Tb3+的色纯度不高,的色纯度不高,Zn2SiO4:Mn2+和和InBO4:Tb3+的余辉太长,的余辉太长,LaOCl:Tb3+化学稳定性不好。化学稳定性不好。钇铝石榴石比较符合要求,在彩色直视电子束管及投影管中表现出较好的性钇铝石榴石比较符合要求,在彩色直视电子束管及投影管中表现出较好的性能。
19、能。第23页/共57页Y3Al5O12:Tb3+(1)性质:)性质:铽激活的钇铝石榴石发光材料铽激活的钇铝石榴石发光材料Y3Al5O12:Tb3+(YAG:Tb)是投影电视普遍使用的绿色荧光粉,它表现出良好的温度猝是投影电视普遍使用的绿色荧光粉,它表现出良好的温度猝灭特性、电流饱和特性和老化特性。灭特性、电流饱和特性和老化特性。YAG:Tb猝灭温度高猝灭温度高,在,在200时亮度只下降大约时亮度只下降大约5,如,如此微小的变化不会造成不良的影响。此微小的变化不会造成不良的影响。YAG:Tb的老化特性好的老化特性好,这可能与石榴石晶体结构致密、,这可能与石榴石晶体结构致密、熔点高(高于熔点高(高
20、于2000)、键能大、密度大等因素有关。)、键能大、密度大等因素有关。第24页/共57页绿光发绿光发射射蓝光发蓝光发射射YAG:Tb的发光源自的发光源自Tb3+的的4f电子跃迁,即电子从电子跃迁,即电子从5D3和和5D4能级返回能级返回7FJ所所发出的光。发出的光。5D3-7F6 和和5D3-7F4 416418nm和和430450nm5D4-7F5和和5D4-7F6542550nm和和470490nm第25页/共57页5D3和和5D4跃跃迁概率迁概率与激活与激活剂剂Tb3+的浓度的浓度有关。有关。第26页/共57页制备过程制备过程制备过程制备过程第27页/共57页 研究结果表明,如果在低浓度
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