Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Схемы управления: способ смены знака (механический, электронный),электрическая совместимость с элементной базой микроэлектроники, формавозбуждения сигнала (переменный или постоянный ток), значение напряженияили тока питания, возможность работы в мультиплексном режиме и микропроцессорного управления.4. Высокая информативность: возможность создания экранов с большим числом элементов разложения: простота реализации многоэлементных, матричныхи мозаичных структур, воспроизведение градаций яркости, полутонов; высокаяразрешающая способность и быстродействие элементов; простота развертки(сканирование) изображения; наличие встроенной памяти; возможность создания экранов большой площади.5. Эксплуатационные характеристики: диапазон рабочих температур, механическая прочность (вибрационная, ударная и т.д.), влагостойкость, радиацион-70ная стойкость, долговечность, надежность, малая потребляемая мощность, габаритные размеры и масса, плоскостность (малая толщина).6.
Технологичность: обеспеченность необходимыми материалами со стабильными свойствами; возможность использования стандартных процессовпланарной технологии (эпитаксии, диффузии, фотолитографии, напыления идр.) и групповых методов обработки; простота применяемых деталей конструкции; малое число деталей и внешних выводов; отсутствие вакуумных объемов;низкая стоимость.Данное перечисление не всегда полное, но позволяет оценить перспективность разработки того или иного индикаторного устройства.Оптоэлектронные индикаторыОптоэлектронными индикаторами являются приборы, соответствующиефункциональному назначению индикатора и удовлетворяющие концепциям оптоэлектроники в части интегрируемости, технологичности, совместимости смикроэлектроникой, начали развиваться как альтернатива электронно-лучевымтрубкам (недостатки ЭЛТ - наличие вакуумного объема, громоздкость, высоковольтность, большая потребляемая мощность).По физическому принципу отображения информации выделяют индикаторыс активным и пассивным растром.
Индикаторы с активным растром используютсветогенерационный эффект - преобразование электрической энергии в световое излучение (различные виды люминесценции и тепловое излучение).В индикаторах с пассивным растром управляющие электрические сигналымодулируют внешний световой поток (электрооптические эффекты - изменениекоэффициента поглощения или отражения участков растра, вращение плоскости поляризации проходящего света, изменение цвета поверхности и др.).Индикаторы с активным растром включают в себя вакуумные накальные, газоразрядные, вакуумные люминесцентные, полупроводниковые и электролюминесцентные. К индикаторам с пассивным растром относятся жидкокристаллические, электрохромные, электрофоретические, электролитические, магнитомеханические, дипольные и др.Вакуумные накальные индикаторыВакуумные накальные индикаторы являются одними из первых применяемых «дооптоэлектронных» индикаторов, разновидностей ламп накаливания.
Ввакуумном стеклянном баллоне из вольфрамовых нитей сформированы цифры,высвечивающиеся при пропускании тока. Эти индикаторы имеют все достоинства и недостатки источников теплового излучения, они громоздкие, сложные.Но в то же время для них характерны рекордно высокая яркость и отличныеэксплуатационные свойства (температурная и радиационная стойкость), долговечность. Но в целом вакуумные накальные индикаторы малоперспективны.71Газоразрядные индикаторыДействие газоразрядных индикаторных приборов обусловлено свечением приэлектрическом разряде в газовой среде. Обычно используется режим тлеющегоразряда (с холодным катодом).
Стеклянный баллон индикатора заполненинертным газом (давление >0,1 атм. - до 100 атм. и более). При достаточно высоком напряжении энергия электронов достигает значений, необходимых дляионизации атомов газа. Столкновения электронов с атомами становятся неупругими, происходит возбуждение и ионизация атомов. В результате ионизацииобразуются добавочные электроны и положительно заряженные ионы, в газесоздается самостоятельный разряд. Излучение возникает в результате рекомбинации и перехода атомов в невозбужденное состояние.Газоразрядные приборы обладают значительной инерционностью. Время запаздывания импульса тока в разрядном промежутке относительно импульсауправляющего напряжения определяется как статистическими закономерностями вылета электронов из катода, так и временем формирования электроннойлавины.
В то же время после прекращения действия анодного напряжения электроны и ионы рекомбинируют не мгновенно, что обуславливает существованиенекоторого времени запаздывания. В результате быстродействие подобных индикаторов, как правило, не превышает 1 мсек.Основной газовой смесью, используемой в газоразрядных индикаторах, является смесь гелия с неоном (к ним иногда в малых количествах добавляются идругие инертные газы). Видимое излучение электрического разряда в этой смеси принадлежит красно-оранжевой области спектра (добавление аргона приводит к сдвигу спектра в более коротковолновую область). Светоотдача индикаторов этого типа составляет ~ 0,2-0,3 лм/Вт; в красной области спектра, где1 Вт соответствует примерно 100 лм, энергетический выход оказывается равен~0,2-0,3 %.
В то же время яркость индикаторов может достигать 10 000 кд/м².Температурный диапазон работы составляет от –60О до +70О С.Среди существующих газоразрядных индикаторов можно выделить следующие основные типы приборов: сигнальные индикаторы - точка или малая светящаяся область (например, неоновая лампочка); знаковые и линейные (шкальные) индикаторы; индикаторные тиратроны; матричные индикаторные панели.Знаковые индикаторы используют слабое свечение тлеющего разряда вблизикатода (свечение покрывает весь катод, который имеет форму отображаемогосимвола). Совокупность независимых катодов позволяет получать различныеизображения.
Возникающее излучение выходит через сетчатый анод.Индикаторные тиратроны имеют несколько управляющих электродов: сетоки анодов, что позволяет более эффективно управлять электрическим разрядом.Для повышения светоотдачи и обеспечения многоцветности используют фотолюминофоры, преобразующие коротковолновое (обычно ультрафиолетовое)излучение газового разряда в видимое. Аналогичный механизм формированиясветового потока используется в лампах дневного света, светоотдача которыхможет достигать 100 лм/Вт. В одном стеклянном баллоне могут размещаться72несколько ячеек, свечение фотолюминофора в каждой имеет свойцвет. Светоотдача газоразрядных индикаторных приборов, использующих свечение фотолюминофоров, ниже (~0,5-1 лм/Вт), энергетический выход <1%.Газоразрядные индикаторы обладают значительным (~10 000 часов) срокомслужбы, который может быть еще повышен, например, введением в состав газовой смеси паров ртути.Вакуумные катодолюминесцентные индикаторыВ основе работы приборов этого типа лежит явление катодолюминесценции,возникающей при возбуждении люминофора ускоренными электронами.
Еслиэнергия электронов сравнительно невелика (до нескольких десятков электронвольт), то говорят о низковольтной катодолюминесценции, которая используется в вакуумных люминесцентных индикаторах. Катодолюминесценция, возникающая в электронно-лучевых трубках, характеризуется гораздо большей энергией электронных пучков (десятки килоэлектрон-вольт).При облучении люминофора часть первичных электронов, попадающих наповерхность кристаллов, испытывает упругое или неупругое отражение, другаячасть проникает в глубь люминофора на некоторую глубину, тем большую, чембольше их кинетическая энергия. Эта энергия расходуется на создание элементарных возбуждений кристаллической решетки - экситонов, электроннодырочных пар, плазмонов (коллективных колебаний свободных электронов) ит.
д., которые, мигрируя по кристаллу, могут возбуждать центры свечения.Кроме того, электроны больших энергий могут ионизировать атомы, выбиваяна своем пути вторичные электроны, способные также принять участие в создании элементарных возбуждений решетки. В результате область, в которойпроисходит миграция экситонов и электронно-дырочных пар, а также возникаетлюминесценция, оказывается заметно шире области, в которую проникаютэлектроны из падающего луча.Зависимость яркости катодолюминесцентных устройств от условий возбуждения (плотности тока j электронного пучка и ускоряющего напряжения V)описывается соотношением: B ~ j (V-Vn)m, где Vn - пороговое напряжение, прикотором начинается свечение люминофора; m - коэффициент, зависящий как отсвойств самого люминофора, так и от величины ускоряющего напряжения.Обычно m уменьшается от 1,5 до 0,8 с увеличением V, причем в случае низковольтной катодолюминесценции с хорошей точностью можно считать, что m =1.Наличие порогового напряжения Vn вызвано возникновением потенциального барьера у поверхности зерен люминофора, связанного с появлением поверхностного заряда, который отталкивает первичные электроны.
Стабильную катодолюминесценцию удается получить только при таких ускоряющих напряжениях, когда число вторичных электронов, выбиваемых из кристалла и уносящих избыток заряда, становится равным числу первичных, проникающих вглубь люминофора. У материалов, составляющих группу высоковольтных ка-73тодолюминофоров, пороговое напряжение Vn составляет обычно сотни вольт; врезультате ускоряющее напряжение V оказывается очень высоким (5-50 кВ),что является одним из основных недостатков приборов, в которых используюттакие люминофоры.
Люминофоры, используемые в низковольтных катодолюминесцентных индикаторах, обладают повышенной электропроводностью, врезультате заряд, скапливающийся у их поверхности, оказывается меньше, и Vnснижается до единиц вольт.Зависимость яркости катодолюминесценции от плотности тока возбуждающих электронов линейна в широком диапазоне значений плотности тока. Прибольших плотностях возбуждения, однако, эта зависимость выходит на насыщение, что может быть обусловлено насыщением центров свечения, увеличением тормозящего поля, создаваемого заряженной поверхностью люминофора, атакже температурным тушением (при увеличении плотности тока температурабомбардируемого электронами кристалла возрастает). Одновременно начинаетпадать энергетический выход - все большая часть подводимой энергии уходит втеплоту.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
