Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 18
Текст из файла (страница 18)
ВЛИ непосредственно сопрягаются с ИС, обладают высокой яркостью свечения и большим углом обзора, экономичны, многоцветны, работоспособны в условиях экстремальных воздействий внешних факторов.К числу недостатков вакуумных люминесцентных индикаторов следует отнести невысокую контрастность (что особенно сказывается при больших уровняхвнешней освещенности), ограниченный угол обзора и - несмотря на отмеченные выше успешные разработки в этой области - трудность получения достаточно яркого свечения синего, желтого и красного цветов.
Существенным обстоятельством, ограничивающим развитие высокоинформативных крупноформатных вакуумных люминесцентных индикаторов, является также эффект снижения энергетической эффективности индикатора при увеличении количествасветоизлучающих элементов. При использовании построчной развертки эффективность индикатора снижается с ростом количества строк.
Единственной мерой, снимающей это ограничение, является использование ненакаливаемого катода, потребляющего энергию лишь в момент токоотбора.Полупроводниковые индикаторыПолупроводниковые индикаторы изготавливаются на основе светоизлучающих диодов с конца 60-х годов и являются исторически первыми оптоэлектронными индикаторами. В них используется явление инжекционной электролюминесценции в прямосмещенных p-n переходах на основе таких полупро-77водников, как GaP, GaAsP, GaAlAs, GaN, InGaN, SiС. Выбор материала определяется необходимостью получения заданных цветов свечения.Расчет основных характеристик полупроводниковых индикаторов производится так же, как и для инжекционных излучающих диодов.Достоинства светодиодов.1. Возможность перекрытия всего видимого диапазона.2. Совместимость по напряжению с ИС управления (V<1,5-3,5 В).3.
Долговечность (более 105 часов).4. Быстродействие (10-8–10-9 с).5. Широкий температурный диапазон (-60 +125°С).6. Компактность.7. Технологичность.Конструкции полупроводниковых индикаторов.1. Монолитная. Сегменты с типичным размером 2х3 мм создаются методамифотолитографии на полупроводниковом кристалле.2. Гибридная. Каждый сегмент - отдельный излучающий кристалл на керамическом основании.Размеры светящихся областей относительно малы, что является одним из недостатков полупроводниковых индикаторов.
Но высокая яркость светодиодовпозволяет использовать различные способы увеличения изображения.1. В многоразрядных монолитно-гибридных индикаторах используется пластмассовая моноблочная линза.Рис. 51. Конструкция индикатора с моноблочной линзой.2. Кристаллы помещают в основание конических расширяющихся прорезей впластмассовом корпусе.Рис.
52. Структура индикатора со светорассеивающим материалом.Яркость лицевой поверхности светодиода намного меньше яркости кристалла. Но при относительно малых размерах светящихся элементов индикатора длязрительного восприятия важна не яркость, а сила света - основной фотометрический параметр светодиодов (0,02-100 кд). Эти способы позволяют обеспечить78увеличение размеров знака до 10 мм и снижение потерь на полное внутреннееотражение.
Крупноформатные полупроводниковые индикаторы группового использования (размеры знаков до 100 мм) набирают из дискретных светодиодовс увеличенной площадью свечения каждого.Светодиоды иногда используются для создания крупноформатных многоэлементных экранов. В этих индикаторах необходимо решать проблемы обеспечения идентичности параметров всех элементов экрана, связанные с высокой крутизной ВАХ диодов и сильной зависимостью яркости от температуры.Особое место в разработках занимают многоцветные светодиоды с электрическим управлением цветом свечения.1.
В первом варианте два кристалла с p-n переходами, создающими свечениеразного цвета (например, красное и зеленое), включены встречно-параллельно ипомещены в светорассеивающий компаунд. Для получения необходимого цветасвечения подачей напряжения разной полярности включается один или другойсветодиод.2. Во втором варианте используется p-n-p гетероструктура с различным цветом свечения на каждом p-n переходе, которые подключены к независимым источникам питания. Цвет свечения может управляться соотношением токов,возможно управление двухполярным импульсным напряжением.Порошковые электролюминесцентные индикаторыЯвление предпробойной электролюминесценции в настоящее время применяется в пленочных источниках света: порошковых и тонкопленочных, возбуждаемых постоянным и переменным напряжением.
Первые промышленные образцы электролюминесцентных излучателей на основе порошкообразных люминофоров были получены в конце 50-х годов. Они применяются до настоящего времени в источниках света различного назначения в качестве электролюминесцентных панелей: светильники, световые указатели, цифробуквенные индикаторы, мнемосхемы и др.Порошковый светоизлучающий элемент представляет собой многослойнуюструктуру на прозрачном основании: стеклянной пластине или полимернойпленке. Источник излучения состоит из прозрачного электрода на основании,люминесцентного слоя и второго электрода, непрозрачного. Излучение выходитчерез прозрачный электрод и основание.Люминесцентный слой состоит из порошкообразного люминофора с органическим или неорганическим связующим.
Толщина люминесцентного слоя составляет 30-100 мкм, содержание связующего для излучателей, возбуждаемыхпеременным напряжением, составляет 30-50%, а для излучателей, возбуждаемых постоянным током, 5-25%. Эти излучатели отличаются также размером зёрен люминесцентных порошкообразных материалов: люминофоры, возбуждаемые переменным напряжением, имеют среднюю величину частиц от 1 до10 мкм, а люминофоры для постоянного тока более мелкозернистые - от 0,2 до 2мкм.79Рис.
53. Типичная конструкция электролюминесцентного конденсатора:М - электрод; Д–Л - люминесцентный слой с диэлектрическим связующим;ПЭ – прозрачный электрод; СП - стеклянная подложка.В основном в качестве люминофоров используются порошки сульфида цинкаи кадмия и сульфоселенидные соединения. В последние годы разработаны люминесцентные материалы на основе сульфидов кальция и стронция. В качествеактиваторов используются медь, марганец, галлий, серебро, свинец и другиевещества, которые вводятся в люминофоры в количестве от единиц до сотыхдолей процента.
Присутствие меди в этих люминофорах является обязательным, поскольку она образует отдельную фазу (сульфид меди) на поверхностизёрен при прокаливании шихты. Для образования отдельной фазы медь вводят вколичествах, превышающих ее предел растворимости в материале люминофора.Контакт этих фаз приводит к появлению на поверхности зёрен люминофора гетеропереходов, обуславливающих концентрацию электрического поля в поверхностных барьерах.
Легирование медью приводит к увеличению яркости излучения и повышению эффективности электролюминесценции.Цвет свечения люминофоров определяется типом и количеством вводимойпримеси, промышленностью выпускаются люминесцентные материалы, излучающие во всем видимом диапазоне. Наиболее высокие значения яркости получены для люминофоров на основе сульфида цинка, легированного марганцем, сжелтым цветом свечения. Перспективными считаются люминофоры на основесульфидов щелочноземельных металлов, легированных галогенидами редкоземельных элементов. Соответствующие электролюминесцентные составы обозначаются ЭЛ, ЭЛС- 455, 510, 670 и др., где число показывает длину волны в нм,соответствующую максимальной интенсивности излучения.В качестве связующего в люминесцентном слое используются диэлектрические лаки на основе эпоксидных смол (ЭП-96), цианэтилцеллюлозы, цианэтилового эфира поливинилового спирта (ВС-530) и др., а также стеклоэмалевое связующее (цинковоборосиликатное стекло).Светотехнические характеристики излучателей зависят от конструктивнотехнологических и эксплуатационных факторов.
К конструктивнотехнологическим относят тип люминофора, размер зёрен порошка, тип связую-80щего, толщину и содержание люминесцентного слоя и др. К эксплуатационнымфакторам относят амплитуду и частоту возбуждающего напряжения, температуру, влажность среды и др.Вольт-яркостная характеристика электролюминесцентных конденсаторовобычно аппроксимируется степенной зависимостью от напряжения и частоты:B = B0*Vn*fm, где n = 3-4, m = 0,7-0,8. Обычно возбуждение свечения в порошковых излучателях производится напряжением величиной 50-300 В, изменяющимся с частотой 50-5000 Гц.
Яркость излучения электролюминесцентных панелей составляет от 5 до 500 кд/м2. Интервал рабочих температур лежит в пределах от –60О до 50О С. Дальнейший рост температуры приводит к снижениюяркости свечения. Отечественной промышленностью выпускаются электролюминесцентные индикаторы типа ИТЭЛ, ИЭМ, МЭЛ и другие, используемые вкачестве источников света, цифровых индикаторов, мнемонических и графических малоформатных экранов.Основным достоинством порошковых электролюминесцентных индикаторовявляется возможность получения больших площадей свечения и твердотельнаяконструкция.
К недостаткам порошковых электролюминесцентных индикаторовотносят ограниченные значения яркости и небольшой срок службы, который вомногом обусловлен диффузией меди и других примесей. Несмотря на исследования деградационных явлений в порошкообразных светоизлучающих структурах долговечность приборов не превышает нескольких тысяч часов.Тонкопленочные электролюминесцентные индикаторыИсследования тонкопленочных источников излучения были начаты несколькопозже, чем изучение порошковых люминофоров. Долгое время пленки рассматривались в основном как удобный объект для исследования физики электролюминесценции. Интерес к тонкопленочным электролюминесцентным индикаторам резко возрос после того, как в 1974 г.
исследователями японской фирмы"Sharp" был представлен первый тонкоплёночный плоский экран, обладающийвысокими функциональными характеристиками. Успехи в технологии получения тонких пленок, а также разработка структур, в которых слой люминофоратолщиной около 1 мкм расположен между двумя более тонкими слоями диэлектрика, позволили создать излучатели, возбуждаемые переменным напряжением,которые имеют более высокую яркость и срок службы по сравнению с порошковыми.Тонкоплёночные электролюминесцентные структуры типа МДЛДМ (прозрачный электрод-диэлектрик-люминофор-диэлектрик-металл) обычно состоятиз пяти последовательно нанесённых на стеклянную подложку слоёв с использованием методов тонкоплёночной технологии. Такая структура представленана рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
