光电成像原理与技术-讲义4荧光屏-课件

2.4

荧光屏2.4.1荧光屏的基本结构与发光基本原理2.4荧光屏2.4.1荧光屏的基本结构与发光基本原理1荧光屏的基本结构与发光基本原理荧光屏的基本结构与发光基本原理2荧光屏上的发光物质➢晶态磷光体：某些硫化物、氧化物或硅酸盐等粉末状晶体在适当掺杂后具有受激发光的特性，这些材料称为晶态磷光体。➢荧光：晶态磷光体在受电子激发时，产生的光发射为荧光；➢磷光：当电子激发停止后，所持续产生的光发射称为磷光。荧光屏上的发光物质➢晶态磷光体：某些硫化物、氧化物或硅酸盐等3❖❖荧光屏的表层蒸镀了一层厚度约0.1μm铝膜。蒸镀铝膜的作用：

➢引走积累的负电荷➢防止光反馈到光阴极➢使荧光屏形成等电位➢将光反馈到输出方向

荧光屏的构成❖荧光屏的底层是由晶态磷光体微细颗粒沉积而成的薄层，厚度

(5~8μm)略大于颗粒直径(1~5

μm)

。

镀铝荧光屏的剖面图1－铝膜；2－荧光粉层；3－玻璃或光纤面板❖荧光屏的表层蒸镀了一层厚度约0.1μm铝膜。➢防止光反馈到4激活剂杂质所构成的局部能态称为发光中心。①

基质中的原子在高能电子轰击下产生电离，会使电离出的电子跃

迁到导带，并在价带留下空穴①，杂质能级的电子受激也会跃迁；⑩荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型激活剂杂质所构成的局部能态称为发光中心。①基质中的原子5荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型②

产生出的空穴和电子分别在价带和导带内进行扩散②

④；荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型②产生出的空穴6荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型③

当价带中的空穴扩散到杂质原子附近，就会与局部杂质能级上的电子相复合，形成了受激电离的发光中心③；荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型③当价带中的空7荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型④

靠近发光中心产生的受激电子，很容易和近距离的发光中心复合，而发出短瞬的光，是发光的主体⑨；荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型④靠近发光中心8荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑤

在导带中迁移的受激电子，可能被某些浅的局部能级俘获，后借助晶

格振动，再次跃迁到导带，再经发光中心复合，辐射光子。这一过程，

因受激电子被短暂俘获而延迟，从而构成荧光屏的余晖；⑤⑥荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑤在导带中迁移9荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑥

在导带中迁移的受激电子，可能被某些深的局部能级俘获，在外界

作用下(加热或辐射照射)，才能使电子获释，再与电离的发光中心相

互复合，辐射出可见光光子⑦⑧；该现象称为热释光或光释光过程。荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑥在导带中迁移102.4

荧光屏2.4.2

荧光屏的主要性能指标2.4荧光屏2.4.2荧光屏的主要性能指标11荧光屏的主要性能指标荧光屏的主要性能指标12❖左图为黄绿荧光屏(ZnS.CdS:Ag)这类荧光屏发光光谱与视觉光谱响应匹配，具有中短余晖(下降到10%时约

为

0.2ms)

和

较

高

的

发

光

效

率(>15cd/W)。荧光屏的发光特性❖左图为黄绿荧光屏(ZnS.CdS:Ag)这类荧光屏发光光谱13❖右图为蓝荧光屏(ZnS:Ag)这类荧光屏发光光谱与照相底片的感光光谱分布相匹配，具有短余晖(下降到10%时约为0.05ms)，发光效率(约3cd/W)适宜做摄影的像管荧光屏。❖左图为黄绿荧光屏(ZnS.CdS:Ag)这类荧光屏发光光谱与视觉光谱响应匹配，具有中短余晖(下降到10%时约

为

0.2ms)

和

较

高

的

发

光

效

率(>15cd/W)。荧光屏的发光特性❖右图为蓝荧光屏(ZnS:Ag)这类荧光屏发光光谱与照相底片14❖❖荧光屏的转换效率不仅与晶态磷光体的材料有关，还和粉层厚度，粒度，入射电子的能量，以及铝膜的影响等因素相关；像管荧光屏的转换效率还应考虑光谱分布和光谱匹配问题。荧光屏的发光特性❖荧光屏的转换效率不仅与晶态磷光体的材料有关，还和粉层厚度，15❖荧光屏的分辨力与厚度成反比，但过薄的厚度势必影响发光效率，需要选择适中的颗粒度和厚度，已达到亮度与分辨力的平衡。荧光屏的发光特性❖荧光屏的分辨力与厚度成反比，但过薄的厚度势必影响发光效率，16输入窗短波截止波长MgF2110nm非晶石英165nm光学玻璃330nm纤维光学面板380nm输入窗及其截止波长常用荧光屏及其衰减时间

荧光屏P20-AF

P20

P43

P46

P47

转换效率(光子/电子/kV)

35

20

20

6

6衰减时间

(1%)

220

ms

60

ms

3

ms

2

µs

0.4

µs荧光屏的其它特性输入窗短波截止波长MgF2110nm非晶石英165nm光学玻172.4

荧光屏2.4.1荧光屏的基本结构与发光基本原理2.4荧光屏2.4.1荧光屏的基本结构与发光基本原理18荧光屏的基本结构与发光基本原理荧光屏的基本结构与发光基本原理19荧光屏上的发光物质➢晶态磷光体：某些硫化物、氧化物或硅酸盐等粉末状晶体在适当掺杂后具有受激发光的特性，这些材料称为晶态磷光体。➢荧光：晶态磷光体在受电子激发时，产生的光发射为荧光；➢磷光：当电子激发停止后，所持续产生的光发射称为磷光。荧光屏上的发光物质➢晶态磷光体：某些硫化物、氧化物或硅酸盐等20❖❖荧光屏的表层蒸镀了一层厚度约0.1μm铝膜。蒸镀铝膜的作用：

➢引走积累的负电荷➢防止光反馈到光阴极➢使荧光屏形成等电位➢将光反馈到输出方向

荧光屏的构成❖荧光屏的底层是由晶态磷光体微细颗粒沉积而成的薄层，厚度

(5~8μm)略大于颗粒直径(1~5

μm)

。

镀铝荧光屏的剖面图1－铝膜；2－荧光粉层；3－玻璃或光纤面板❖荧光屏的表层蒸镀了一层厚度约0.1μm铝膜。➢防止光反馈到21激活剂杂质所构成的局部能态称为发光中心。①

基质中的原子在高能电子轰击下产生电离，会使电离出的电子跃

迁到导带，并在价带留下空穴①，杂质能级的电子受激也会跃迁；⑩荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型激活剂杂质所构成的局部能态称为发光中心。①基质中的原子22荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型②

产生出的空穴和电子分别在价带和导带内进行扩散②

④；荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型②产生出的空穴23荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型③

当价带中的空穴扩散到杂质原子附近，就会与局部杂质能级上的电子相复合，形成了受激电离的发光中心③；荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型③当价带中的空24荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型④

靠近发光中心产生的受激电子，很容易和近距离的发光中心复合，而发出短瞬的光，是发光的主体⑨；荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型④靠近发光中心25荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑤

在导带中迁移的受激电子，可能被某些浅的局部能级俘获，后借助晶

格振动，再次跃迁到导带，再经发光中心复合，辐射光子。这一过程，

因受激电子被短暂俘获而延迟，从而构成荧光屏的余晖；⑤⑥荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑤在导带中迁移26荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑥

在导带中迁移的受激电子，可能被某些深的局部能级俘获，在外界

作用下(加热或辐射照射)，才能使电子获释，再与电离的发光中心相

互复合，辐射出可见光光子⑦⑧；该现象称为热释光或光释光过程。荧光层的发光机理-复合发光的固体能带模型⑥在导带中迁移272.4

荧光屏2.4.2

荧光屏的主要性能指标2.4荧光屏2.4.2荧光屏的主要性能指标28荧光屏的主要性能指标荧光屏的主要性能指标29❖左图为黄绿荧光屏(ZnS.CdS:Ag)这类荧光屏发光光谱与视觉光谱响应匹配，具有中短余晖(下降到10%时约

为

0.2ms)

和

较

高

的

发

光

效

率(>15cd/W)。荧光屏的发光特性❖左图为黄绿荧光屏(ZnS.CdS:Ag)这类荧光屏发光光谱30❖右图为蓝荧光屏(ZnS:Ag)这类荧光屏发光光谱与照相底片的感光光谱分布相匹配，具有短余晖(下降到10%时约为0.05ms)，发光效率(约3cd/W)适宜做摄影的像管荧光屏。❖左图为黄绿荧光屏(ZnS.CdS:Ag)这类荧光屏发光光谱与视觉光谱响应匹配，具有中短余晖(下降到10%时约

为

0.2ms)

和

较

高

的

发

光

效

率(>15cd/W)。荧光屏的发光特性❖右图为蓝荧光屏(ZnS:Ag)这类荧光屏发光光谱与照相底片31❖❖荧光屏的转换效率不仅与晶态磷光体的材料有关，还和粉层厚度，粒度，入射电子的能量，以及铝膜的影响等因素相关；像管荧光屏的转换效率还应考虑光谱分布和光谱匹配问题。荧光屏的发光特性❖荧光屏的转换效率不仅与晶态磷光体的材料有关，还和粉层厚度，32❖荧光屏的分辨力与厚度成反比，但过薄的厚度势必影响发光效率，需要选择适中的颗粒度和厚度，已达到亮度与分辨力的平衡。荧光屏的发光特性❖荧光屏的分辨力与厚度成反比，但过薄的厚度势必影响发光效率，33输入窗短波截止波长MgF2110nm非晶石英165nm光学玻璃330nm纤维光学面板