Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 19
Текст из файла (страница 19)
54.81Рис. 54. Типичная конструкция тонкоплёночного электролюминесцентного конденсатора: М - электрод; Д - диэлектрическая плёнка; Л - люминесцентный слой; СП - стеклянная подложка.Толщина пленок проводников составляет 0,1-0,2 мкм, диэлектрических пленок - 0,2-0,5 мкм и пленок люминофора - 0,5-1,5 мкм. Кроме перечисленныхплёнок в состав электролюминесцентного конденсатора могут входить дополнительные слои, например, светопоглощающего контрастного материала. Крометого, каждый из функциональных слоёв может быть неоднородным, например,состоять из нескольких плёнок.
Прозрачным может быть и второй электрод, тогда контрастный слой помещается за пределами тонкоплёночной структуры иможет совмещаться по своим функциям с защитным покрытием. В качествеподложки и одновременно первого диэлектрика может быть использована керамическая пластина, тогда верхний электрод должен быть прозрачным.В качестве люминесцентных слоёв обычно используют сульфид цинка, легированный марганцем или фторидами редкоземельных элементов. Перспективными люминофорами показали себя сульфиды стронция и кальция, легированные фторидами редкоземельных металлов.
Все использованные люминофорыявляются широкозонными полупроводниками с высоким удельным сопротивлением, легирующие примеси образуют центры свечения, мало воздействующиена электрические свойства материалов люминофора. Кристаллическая структура люминесцентных плёнок зависит от их химического состава и условий получения. В большинстве случаев эти плёнки являются поликристаллическими состолбчатой формой кристаллитов, продольные размеры которых порядка толщины плёнки, а поперечные в зависимости от температуры подложки и последующего отжига лежат в пределах от сотых до десятых долей микрометра.В качестве подложек при получении структур используются пластины бесщелочного термостойкого стекла толщиной 2-3 мм с нанесенным слоем прозрачного электрода, для создания которого применяют сильно легированныеоксиды индия или олова, являющиеся вырожденными широкозонными полупроводниками.
Для получения непрозрачных электродов используют алюминий, индий, олово, тугоплавкие металлы. Иногда для увеличения проводимоститонких протяженных электродов в матричных панелях поверх прозрачных элек-82тродов наносят более узкие полоски металлов с более высокой электропроводностью.Для создания диэлектрических пленок в электролюминесцентных структурахприменяют оксиды кремния, алюминия, иттрия и редкоземельных металлов,нитрид кремния и др., их композиции, сегнетоэлектрические материалы.
Поскольку эти пленки работают в условиях сильных электрических полей, к ихэлектрическим параметрам предъявляют высокие требования. Используемыедиэлектрические слои должны иметь высокие электрические и технологическиесвойства, стабильность и воспроизводимость.Наличие двух диэлектрических слоев, отделяющих пленку люминофора отэлектродов, превращает данное устройство в электролюминесцентный конденсатор, что определяет необходимость использовать переменное напряжение длявозбуждения электролюминесценции.
Для МДЛДМ-структур с малой плотностью свободных носителей заряда в люминофоре в слабых полях приложенноенапряжение распределяется между пленками люминофора и диэлектриков в соответствии со значениями их геометрических емкостей. Таким образом, чембольше емкость диэлектриков, тем большая часть общего напряжения падает наслое люминофора.Главная роль диэлектрических слоев заключается в ограничении заряда, проходящего через люминофор в рабочих режимах. Необходимость применениятаких слоев обусловлена физической природой процесса переноса заряда в люминесцентной пленке. Электролюминесценция в тонких слоях сульфида цинкаи других материалов связана с электрическим пробоем полупроводника.
Прималых электрических полях материал обладает очень низкой проводимостью,но при некоторой пороговой напряженности поля, которая составляет от 5*105до 2*106 В/см, одновременно наблюдается ускорение роста тока и возникновение люминесценции. Небольшие неоднородности поликристаллических люминесцентных пленок могут привести к тому, что после приложения высокого напряжения возникнут области с быстрым нарастанием тока, которые войдут врежим постоянного короткого замыкания, и ток может достигнуть величин,достаточных для разрушения структуры.
При возбуждении пульсирующим илипеременным напряжением структур с изолирующими слоями через люминесцентный слой проходит только ограниченный заряд. В этом случае нагрев пленки люминофора ограничивается до приемлемого уровня и катастрофическогоразрушения не происходит. Электрический пробой люминесцентного слоя носит обратимый характер и сопровождается электролюминесценцией.Другая важная роль диэлектрических слоев заключается в формировании поляризационного заряда на границах раздела люминофор - диэлектрик.
По меренакопления зарядов у противоположных границ люминесцентного слоя созданное ими поляризационное поле уменьшает напряженность электрического поляв люминофоре и пробой прекращается. Поляризационное поле усиливает действие последующего импульса напряжения противоположной полярности.
Приподаче на электролюминесцентный конденсатор импульса напряжения противоположной полярности поляризационное поле добавляется к внешнему полю,83поэтому возбуждение свечения в этих индикаторах производится знакопеременным напряжением.Для описания физических основ работы этих приборов необходимо учитывать следующие основные процессы, протекающие в слое люминофора в сильном электрическом поле (рис. 55.).1. Эмиссия электронов поверхностными состояниями границы раздела люминофор-диэлектрик в зону проводимости люминофора.2. Ускорение электронов электрическим полем в люминесцентном слое.3.
Возбуждение центров свечения ускоренными электронами.4. Излучательные и безызлучательные переходы возбужденных центров в основном состояние.5. Захват свободных носителей ловушками границы раздела люминофордиэлектрик.Рис. 55. Энергетическая диаграмма структуры диэлектрик-люминофордиэлектрик при подаче напряжения: Д - диэлектрик; Л - люминофор; А активаторный центр свечения; ПС - поверхностные состояния; Ес и Еv - зона проводимости и валентная зона.Наиболее важными техническими характеристиками тонкопленочных электролюминесцентных источников излучения являются: яркость и спектр излучения, рабочее напряжение, потребляемая мощность, световая отдача, время нарастания и спада яркости и др.
Величины характеристических параметров и ихзависимость от управляющих воздействий и внешних факторов определяютприменение этих излучателей в различных индикаторных устройствах.84Основной характеристикой электролюминесцентных источников света является зависимость яркости излучения от приложенного напряжения (вольтяркостная характеристика). На рис. 56. представлены типичные вольтяркостные характеристики тонкопленочных электролюминесцентных структурна основе сульфида цинка, легированного марганцем, измеренные для разныхчастот гармонического напряжения.
Эти зависимости являются линейными прималых напряжениях и частотах, с повышением этих параметров графики зависимости являются сублинейными. Общепринято изображать графики вольтяркостных характеристик в полулогарифмическом масштабе, т.е. по оси абсцисснапряжение обозначают в линейном масштабе, а по оси ординат показываютяркость в логарифмических координатах. Использование логарифмическогомасштаба для яркости излучения связано с субъективностью восприятия ее величины органами зрения человека, увеличение яркости источника света на порядок человек воспринимает как увеличение в 2 раза.Рис.
56. Вольт-яркостные характеристики тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов при разных частотах возбуждающего напряжения.Вольт-яркостная характеристика тонкопленочных излучателей имеет пороговый характер, рост яркости происходит, когда напряжение превышает некотороезначение. Величина порогового напряжения определяется в первую очередьсвойствами материала люминофора, а именно, пороговой напряженностьюэлектрического поля, а также величиной и соотношением емкостей люминесцентного и диэлектрического слоев. Значение пороговой напряженности электрического поля в пленках люминофора, изолированных от электродов, определяется механизмом генерации свободных носителей заряда ≈105÷106 В/см.85Принято определять значение порогового напряжения по определенномууровню яркости, чаще всего яркости 10 или 1 кд/м2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
