CN1527348A - 低压发光高压不打火的变像管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低压发光高压不打火的变像管，在变像管壳体内下设光纤面板或光学玻璃、上设微通道板，在光纤面板或光学玻璃的上设在其上覆盖有荧光粉层的导电膜，在微通道板的微通道板输入面上设光电阴极，荧光粉层与微通道板的距离为200～800μm。其制备方法包括加工光纤面板、制备导电膜、制备导电膜荧光屏、将混合好的荧光屏粉混合液装入荧光屏制备罐内、用天平称装有水的平衡罐和装有荧光屏混合液的荧光屏制备罐、用离心机离心、低温烘烤、高温烘烤、制作光电阴极、装配与检验步骤。本发明具有耐酸碱腐蚀、稳定性好、电阻率低、透光率高、图像清晰度高、图像失真小等优点。制备工艺简单、工艺条件易于控制等优点。
Description
技术领域
本发明属于光电子成像器件技术领域，具体涉及到低压发光高压不打火的变像管及其制备方法。
背景技术
目前广泛应用的微光变像管，能将α射线、β射线、中性粒子以及X射线、真空紫外线、阴极射线等不可见射线图像增强，并转变成可见图像。微光变像管的一主要零部件是荧光屏，荧光屏的衬底是光纤面板(FOP)或光学玻璃，通过沉淀、离心沉降、蒸发或晶体生长等手段，在衬底上沉积一层荧光粉层，荧光粉层的颗粒度在2.5um以下，光纤面板或光学玻璃是荧光粉的栽体，能将荧光粉所发荧光图像信息，以少量的能力和对比度损失，提供给输出端，荧光粉层按电致发光的原理工作，在高能电子轰击下，发出所需的可见光。为了达到在光纤面板表面既要加载电压又要透光目的，目前在光纤面板或光学玻璃表面荧光粉层上采用真空蒸镀的方法镀制厚度约为1000厚的铝膜层作为电极，电极构成电子束器件中的阳极，用于消除荧光粉层(电介质)上的电子电荷积累，确保电子光学系统阳极区电位不致于发生畸变，铝膜层是透电子而不透光子的反射膜，使发回阴极方向的荧光反回，从而提高了荧光屏发光亮度，铝膜层阻挡了反回阴极的荧光，消除了荧光屏所造成的光致背景，改善了器件的成像对比度。这种铝膜电极存在以下缺点：
1)由于荧光粉层与铝膜层之间有间隙，间隙的原因是光纤面板表面不平，在表面不平的光纤面板上制作了荧光粉层，在荧光粉层上滴有机膜，再在有机膜上镀导电铝膜，此时的铝膜层处于悬空状态而强度低，局部接触电阻发生变化，在使用中易发生铝膜电极打火现象，一旦微光变像管发生铝膜电极打火，铝膜层被撕裂，破坏了微光变像管的结构，使得微光变像管再无法使用；2)铝膜层的透光率较低，一般只有10～20％，甚至更低，在电压低的时候图像的亮度完全被铝层吸收。
此外，上述的微光变像管铝膜电极与微通道板的距离比较大，微光变像管在工作时电子加速运动的距离增大，荧光屏到微通道板的电子弥散增加，微光变像管的空间分辨率降低，铝膜层的电阻率低、平均透光率低，在低电压时，荧光屏上图像的清晰度差，使图像失真。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述微光变像管的缺点，提供一种低压发光高压不打火的变像管。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种制备低压发光高压不打火的变像管的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在变像管壳体内的下部设置有光纤面板或光学玻璃、上部设置有微通道板，在光纤面板或光学玻璃的上表面设置有在其上表面覆盖有一层荧光粉层的导电膜，在微通道板的微通道板输入面上设置有光电阴极，荧光粉层的上表面与微通道板的微通道板输出面的距离为200～800μm。
本发明的导电膜为透明导电膜，导电膜的厚度为0.3～0.5μm。本发明的荧光粉层的厚度为100～150μm。
本发明的制备方法包括下述步骤：
(1)加工光纤面板
按荧光屏衬底的几何尺寸要求加工光纤面板，对光纤面板进行双面抛光。
(2)导电膜的制备
a.配置导电膜溶液
称取22～30g的SnCl4·5H2O于烧杯中，加入体积比为8∶1～12∶1的H2O和CH3OH混和液至固体刚好溶解，再加入1g～6g NH4F水溶液，搅拌均匀，配置成导电膜溶液，倒入超声雾化发生器内。
b.导电膜的制备工艺
将光纤面板放入真空加热炉，打开真空加热炉的电源开关，升温到380℃～450℃，对光纤面板加热，移动超声雾化发生器的雾化喷嘴，使雾化喷嘴与光纤面板间的距离为6～12mm，开启步进电机和超声雾化器，步进电机行进速度为0.5m/s～2.5m/s、雾化量为1800dm3h-1～2500dm3h-1及载气气压为1.2×105Pa～2.0×105Pa，超声雾化发生器的压电陶瓷换能器产生超声振动将所配制好的导电膜溶液雾化，由载气携带至超声雾化器的喷嘴，在步进电机的控制下，导电膜溶液雾滴被均匀地喷到被加热的光纤面板衬底上，在380℃～450℃高温下，导电膜溶液在衬底上发生化学CVD反应，即可在衬底上淀积出均匀的SnO2:F薄膜，关闭真空加热炉的电源开关，真空加热炉冷却至室温，取出光纤面板。
(3)导电膜荧光屏的制备
a.用洗洁剂或去污粉清洗光纤面板，然后放入荧光屏制备罐内。
b.配置荧光粉液体和荧光屏粉液。
200ml荧光粉液体的配置如下：
20％K2SiO3溶液 40ml
荧光粉 2.3kg
水 加至200ml
500ml荧光屏粉混合液的配置如下：
荧光粉液体 20ml
4.2％Sr(NO3)2溶液 1.7ml～2.2ml
水 加至500ml
(4)将混合好的荧光屏粉混合液装入荧光屏制备罐内。
(5)用天平称装有水的平衡罐和装有荧光屏混合液的荧光屏制备罐，两罐的重量相同。
(6)将荧光屏制备罐和平衡罐安装在离心机上，打开离心机电源开关，用调速器调整离心机的转速从2800转/分钟上升到3000转/分钟，然后再用调速器调整离心机的转速为4000转/分钟，稳定3～4分钟后，关闭离心机电源开关。
(7)取下荧光屏制备罐，用管子吸干净荧光屏制备罐内的水，待荧光粉全部干以后，取出光纤面板1，用干净的布擦干净光纤面板1上表面边沿部位的荧光粉，然后把光纤面板1放入马福炉进行60℃的低温烘烤。
(8)将20％的K2SiO3溶液直接用过滤纸过滤到培养皿里，荧光屏浸入20％的K2SiO3溶液内10秒钟，然后取出，待荧光屏干后放入马福炉内，在380℃烘烤1小时，自然冷却到常温，从马福炉中取出。
(9)在微通道板7上真空镀黄金光电阴极
(10)装配与检验
在变像管壳体8内的下部将(3)制备的荧光屏与变像管壳体8焊接，在变像管壳体8内的上部安装微通道板7，荧光屏与微通道板7之间保持距离为200～800μm，抽真空捡漏，按本发明产品的技术条件进行检验。
本发明采用透明导电膜，薄膜方阻小于30Ω/□，透光率大于90％，电阻率低，导电膜与光纤面板表面结合紧密，从根本上消除了高压打火现象。透明导电膜均匀，可在CCD相机上记录下清晰的图像。荧光屏与微通道板之间的距离缩短，由于变像管空间距离小，变像管在工作时电子加速运动的距离大大缩短，结果荧光屏到微通道板的电子几乎没有弥散，从而变像管的空间分辨率得到了提高。本发明具有耐酸碱腐蚀、稳定性好、电阻率低、平均透光率高、图像清晰度高、图像失真小、相机的分辨率高等优点。本发明的透明导电膜可替代现有的条纹相机和微光夜视仪等仪器中的Al薄膜电极。采用本发明方法制备的本发明产品，所需设备简单、制备工艺简单、工艺条件易于控制、镀有导电膜的光纤面板可以反复使用。
附图说明
图1.是本发明一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1中，本实施例的低压发光高压不打火的变像管是由光纤面板1、导电膜2、荧光粉层3、微通道板输入面4、光电阴极5、微通道板输出面6、微通道板7、变像管壳体8联接构成。
在变像管壳体8内的下部安装有光纤面板1，光纤面板1也可用光学玻璃板代替，作为衬底，在光纤面板1的上表面采用高温热解法制作有一层透明的导电膜2，导电膜2的厚度为0.4μm，导电膜2作为本发明的阳极。本发明的这种透明的导电膜2与光纤面板1衬底的结合紧密，解决了电极在高压时的打火现象，使得本发明具有非常好的耐压性能，高压可以从几千伏提高到几十千伏，在低电压时就提高了图像的清晰度，减小了图像的失真，提高了变像管的空间分辨率。导电膜2具有耐酸碱腐蚀、耐摩擦、耐水洗、稳定性好、膜层薄等优点。经测试，导电膜2的方阻小于30Ω/□，平均透光率高于90％。在光纤面板1上导电膜2的上表面上镀一层荧光粉层3，荧光粉层3的材料为P20荧光粉，荧光粉层3的厚度为120μm，电压在800V时荧光粉层3开始发光。荧光粉层3在12～15kv工作场强下，其荧光转换效率为7％～10％，发光效率为80～1001m/w。在变像管壳体8内的上部安装有微通道板7，荧光粉层3的上表面与微通道板7的微通道板输出面6的距离为500μm，由于本发明的荧光粉层3与微通道板7的距离小，使本发明在工作时电子加速运动的距离大大缩短，从荧光粉层3到微通道板7的电子几乎没有弥散，提高了本发明的增益亮度和空间分辨率。在微通道板7的微通道板输入面4上镀有光电阴极5，光电阴极5将通过导线与电源负极相连接。
其制备方法如下：
(1)加工光纤面板
按荧光屏衬底的几何尺寸要求加工光纤面板1，对光纤面板1进行双面抛光；
(2)导电膜的制备
a.配置导电膜溶液
称取25g的SnCl4·5H2O于烧杯中，加入体积比为10∶1的H2O和CH3OH混和液至固体刚好溶解，再加入3g NH4F水溶液，搅拌均匀，配置成导电膜溶液，倒入超声雾化发生器内；
b.导电膜的制备工艺
将光纤面板1放入真空加热炉，打开真空加热炉的电源开关，升温到380℃～450℃，对光纤面板1加热，移动超声雾化发生器的雾化喷嘴，使雾化喷嘴与光纤面板1间的距离为6～12mm，开启步进电机和超声雾化器，步进电机行进速度为1.5m/s、雾化量为2200dm3h-1及载气气压为1.6×105Pa，超声雾化发生器的压电陶瓷换能器产生超声振动将所配制好的导电膜溶液雾化，由载气携带至超声雾化器的喷嘴，在步进电机的控制下，导电膜溶液雾滴被均匀地喷到被加热的光纤面板1衬底上，在380℃～450℃高温下，导电膜溶液在衬底上发生化学CVD反应，即可在衬底上淀积出均匀的SnO2:F薄膜；
(3)导电膜荧光屏的制备
a.用洗洁剂或去污粉清洗镀有导电膜的光纤面板，然后放入荧光屏制备罐内；
b.配置荧光粉液体和荧光屏粉液
200ml荧光粉液体的配置如下：
20％K2SiO3溶液 4ml
荧光粉 2.3kg
水 加至200ml
500ml荧光屏粉混合液的配置如下：
荧光粉液体 20ml
4.2％Sr(NO3)2溶液 2ml
水 加至500ml
(4)将混合好的荧光屏粉混合液装入荧光屏制备罐内；
(5)用天平称装有水的平衡罐和装有荧光屏混合液的荧光屏制备罐，两罐的重量相同；
(6)将荧光屏制备罐和平衡罐安装在离心机上，打开离心机电源开关，用调速器调整离心机的转速从2800转/分钟上升到3000转/分钟，然后再用调速器调整离心机的转速为4000转/分钟，稳定3～4分钟后，关闭离心机电源开关；
(7)取下荧光屏制备罐，用管子吸干净荧光屏制备罐内的水，待荧光粉全部干以后，取出光纤面板1，用干净的布擦干净光纤面板1上表面边沿部位的荧光粉，然后把光纤面板1放入马福炉进行60℃的低温烘烤；
(8)将20％的K2SiO3溶液直接用过滤纸过滤到培养皿里，荧光屏浸入20％的K2SiO3溶液内10秒钟，然后取出，待荧光粉干后放入马福炉内，在380℃烘烤1小时，自然冷却到常温，从马福炉中取出；
(9)在微通道板7上真空镀黄金光电阴极；
(10)装配与检验
在变像管壳体8内的下部将(3)制备的荧光屏与变像管壳体8焊接，在变像管壳体8内的上部安装微通道板7，荧光屏与微通道板7之间保持距离为500μm，装配好后，对变像管抽真空捡漏，按本发明产品的技术条件进行检验。
实施例2
在本实施例中，导电膜2的厚度为0.3μm，荧光粉层3的厚度为100μm，荧光粉层3的上表面与微通道板7的微通道板输出面6的距离为200μm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。其制备方法与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，导电膜2的厚度为0.5μm，荧光粉层3的厚度为150μm，荧光粉层3的上表面与微通道板7的微通道板输出面6的距离为800μm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。其制备方法与实施例1相同。
实施例4
在以上实施例1～3的制备方法中：
(2)导电膜的制备
a.配置导电膜溶液
称取22g的SnCl4·5H2O于烧杯中，加入体积比为8∶1的H2O和CH3OH混和液至固体刚好溶解，再加入1g NH4F水溶液，搅拌均匀，配置成导电膜溶液。
b.导电膜的制备工艺
将光纤面板1放入真空加热炉，打开真空加热炉的电源开关，升温到380℃～450℃，对光纤面板1加热，移动超声雾化发生器的雾化喷嘴，使雾化喷嘴与光纤面板1间的距离6～12mm，开启步进电机和超声雾化器，步进电机行进速度为0.5m/s、雾化量为1800dm3h-1及载气气压为1.2×105Pa，超声雾化发生器的压电陶瓷换能器产生超声振动将所配制好的导电膜溶液雾化，由载气携带至超声雾化器的喷嘴，在步进电机的控制下，导电膜溶液雾滴被均匀地喷到被加热的光纤面板1衬底上，在380℃～450℃高温下，导电膜溶液在衬底上发生化学CVD反应，即可在衬底上淀积出均匀的SnO2:F薄膜，关闭真空加热炉的电源开关，真空加热炉冷却至室温，取出光纤面板1。
(3)导电膜荧光屏的制备
500ml荧光屏粉混合液的配置如下：
荧光粉液体 20ml
4.2％Sr(NO3)2溶液 1.7ml
水 加至500ml
制备方法中的其它工艺过程与实施例1相同。零部件的几何形状以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。
实施例5
在以上实施例1～3的制备方法中：
(2)导电膜的制备
a.配置导电膜溶液
称取30g的SnCl4·5H2O于烧杯中，加入体积比为12∶1的H2O和CH3OH混和液至固体刚好溶解，再加入6g NH4F水溶液，搅拌均匀，配置成导电膜溶液。
b.导电膜的制备工艺
将光纤面板1放入真空加热炉，打开真空加热炉的电源开关，升温到380℃～450℃，对光纤面板1加热，移动超声雾化发生器的雾化喷嘴，使雾化喷嘴与光纤面板1间的距离6～12mm，开启步进电机和超声雾化器，步进电机行进速度为2.5m/s、雾化量为2500dm3h-1及载气气压为2.0×105Pa，超声雾化发生器的压电陶瓷换能器产生超声振动将所配制好的导电膜溶液雾化，由载气携带至超声雾化器的喷嘴，在步进电机的控制下，导电膜溶液雾滴被均匀地喷到被加热的光纤面板1衬底上，在380℃～450℃高温下，导电膜溶液在衬底上发生化学CVD反应，即可在衬底上淀积出均匀的SnO2:F薄膜，关闭真空加热炉的电源开关，真空加热炉冷却至室温，取出光纤面板1。
(3)导电膜荧光屏的制备
500ml荧光屏粉混合液的配置如下：
荧光粉液体 20ml
4.2％Sr(NO3)2溶液 2.2ml
水 加至500ml
制备方法中的其它工艺过程与实施例1相同。零部件的几何形状以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。
为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制作的低压发光高压不打火的变像管与目前应用的微光变像管进行了对比测试，测试情况如下：
一、测试设备
1、真空系统
2、10KV的正高压电源
3、1.2KV的负高压电原
4、测量仪
5、万用表
6、紫外灯
7、屏幕亮度计ST-86LA(北京师范大学仪器厂)
二、测试方法
将本发明放入真空系统，用万用表测量本发明的荧光屏和微通道板无短路现象，封接好观察窗发兰，开真空泵抽低真空，低真空达到70格以后打开涡轮分子泵待真空抽到4*10-4p以上开始测量。测量步骤如下：
1、打开10KV正高压电源开关
2、打开1.2KV负高压电源开关
3、开紫外灯
4、在微通道板电压固定不变、荧光屏电压变化的情况下，用屏幕亮度计分别测量本发明荧光屏的光强和微光变像管镀铝荧光屏的光强。
5、计算两种荧光屏光强差别。
三、测试结果
测试结果见表1。
表1 本发明荧光屏光强与镀铝荧光屏光强对比测试结果表
| MCP(KV) | 770 | 770 | 770 | 770 | 770 | 770 | 770 |
| 荧光屏(KV) | 0.83 | 1.03 | 1.31 | 1.50 | 1.82 | 2.00 | 2.52 |
| 导电膜荧光屏光强量测量cd/m2 | 0.05 | 0.12 | 0.27 | 0.40 | 0.61 | 0.70 | 1.25 |
| 镀铝荧光屏光强测量cd/m2 | 0.01 | 0.01 | 0.03 | 0.10 | 0.15 | 0.28 | 0.53 |
| 差别 | 0.04 | 0.11 | 0.24 | 0.30 | 0.0.46 | 0.0.42 | 0.72 |
表2 本发明荧光屏光强与镀铝荧光屏光强对比测试结果表(续)
| MCP(KV) | 770 | 770 | 770 | 770 | 770 | 770 | 770 |
| 荧光屏(KV) | 2.86 | 3.20 | 3.50 | 3.85 | 4.06 | 4.30 | 4.50 |
| 导电膜荧光屏光强测量cd/m2 | 1.50 | 1.82 | 2.42 | 2.70 | 3.12 | 3.32 | 3.84 |
| 镀铝荧光屏光强测量cd/m2 | 0.79 | 0.95 | 1.45 | 1.76 | 1.97 | 2.13 | 2.46 |
| 差别 | 0.55 | 0.87 | 0.97 | 0.73 | 1.15 | 1.19 | 1.39 |
四、测试结论
从测试结果可看出，本发明的荧光粉层与微通道板的近贴距离为400μm，导电膜荧光屏的透光率达90％以上，镀铝荧光屏的透光率为40％，荧光屏输出的发光强度导电膜与铝膜的对比非常明显，从低电压到高电压都表示出光强的差别，特别突出了变像管在低电压下发光、高电压下不打火的特点。
Claims (3)
1、一种低压发光高压不打火的变像管，其特征在于：在变像管壳体[8]内的下部设置有光纤面板[1]或光学玻璃、上部设置有微通道板[7]，在光纤面板[1]或光学玻璃的上表面设置有在其上表面覆盖有一层荧光粉层[3]的导电膜[2]，在微通道板[7]的微通道板输入面[4]上设置有光电阴极[5]，荧光粉层[3]的上表面与微通道板[7]的微通道板输出面[6]的距离为200～800μm。
2、按照权利要求1所述的低压发光高压不打火的变像管，其特征在于：所说的导电膜[2]为透明导电膜，导电膜[2]的厚度为0.3～0.5μm；所说的荧光粉层[3]的厚度为100～150μm。
3、一种低压发光高压不打火的变像管的制备方法，其特征在于它包括下述步骤：
(1)加工光纤面板
按荧光屏衬底的几何尺寸要求加工光纤面板[1]，对光纤面板[1]进行双面抛光；
(2)导电膜的制备
a.配置导电膜溶液
称取22～30g的SnCl4·5H2O于烧杯中，加入体积比为8∶1～12∶1的H2O和CH3OH混和液至固体刚好溶解，再加入1g～6g NH4F水溶液，搅拌均匀，配置成导电膜溶液，倒入超声雾化发生器内；
b.导电膜的制备工艺
将光纤面板[1]放入真空加热炉，打开真空加热炉的电源开关，升温到380℃～450℃，对光纤面板[1]加热，移动超声雾化发生器的雾化喷嘴，使雾化喷嘴与光纤面板[1]间的距离为6～12mm，开启步进电机和超声雾化器，步进电机行进速度为0.5m/s～2.5m/s、雾化量为1800dm3h-1～2500dm3h-1及载气气压为1.2×105Pa～2.0×105Pa，超声雾化发生器的压电陶瓷换能器产生超声振动将所配制好的导电膜溶液雾化，由载气携带至超声雾化器的喷嘴，在步进电机的控制下，导电膜溶液雾滴被均匀地喷到被加热的光纤面板[1]衬底上，在380℃～450℃高温下，导电膜溶液在衬底上发生化学CVD反应，即可在衬底上淀积出均匀的SnO2:F薄膜，关闭真空加热炉的电源开关，真空加热炉冷却至室温，取出光纤面板[1]；
(3)导电膜荧光屏的制备
a.用洗洁剂或去污粉清洗光纤面板[1]，然后放入荧光屏制备罐内；
b.配置荧光粉液体和荧光屏粉液
200ml荧光粉液体的配置如下：
20％K2SiO3溶液 40ml
荧光粉 2.3kg
水 加至200ml
500ml荧光屏粉混合液的配置如下：
荧光粉液体 20ml
4.2％Sr(NO3)2溶液 1.7ml～2.2ml
水 加至500ml
(4)将混合好的荧光屏粉混合液装入荧光屏制备罐内；
(5)用天平称装有水的平衡罐和装有荧光屏混合液的荧光屏制备罐，两罐的重量相同；
(6)将荧光屏制备罐和平衡罐安装在离心机上，打开离心机电源开关，用调速器调整离心机的转速从2800转/分钟上升到3000转/分钟，然后再用调速器调整离心机的转速为4000转/分钟，稳定3～4分钟后，关闭离心机电源开关；
(7)取下荧光屏制备罐，用管子吸干净荧光屏制备罐内的水，待荧光粉全部干以后，取出光纤面板[1]，用干净的布擦干净光纤面板[1]上表面边沿部位的荧光粉，然后把光纤面板[1]放入马福炉进行60℃的低温烘烤；
(8)将20％的K2SiO3溶液直接用过滤纸过滤到培养皿里，荧光屏浸入20％的K2SiO3溶液内10秒钟，然后取出，待荧光屏干后放入马福炉内，在380℃烘烤1小时，自然冷却到常温，从马福炉中取出；
(9)在微通道板[7]上真空镀黄金光电阴极；
(10)装配与检验
在变像管壳体[8]内的下部将(3)制备的荧光屏与变像管壳体[8]焊接，在变像管壳体[8]内的上部安装微通道板[7]，荧光屏与微通道板[7]之间保持距离为200～800μm，抽真空捡漏，按本发明产品的技术条件进行检验。
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| CN 03134594 CN1287412C (zh) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | 低压发光高压不打火的变像管及其制备方法 |
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2003
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