Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Для них легко реализуется матричная адресация (свечение элементов (пикселей) возникает, когда на пересекающиеся строки и столбцы подается возбуждающее напряжение) и мультиплексное управление (вследствие пороговой вольт-яркостной характеристики). Тонкопленочные конструкции экранов позволяют также использовать активную матричную адресацию с применением тонкопленочных полевых транзисторов.Разрешающая способность тонкопленочных электролюминесцентных экранов, определенная как максимальное количество элементов информации на линейный размер, обуславливается минимальными размерами светящихся пикселей и минимальным расстоянием между соседними элементами. Эти минимальные размеры ограничиваются возможностями тонкопленочной технологии,в частности, процессов фотолитографии, и для используемых электролюминесцентных экранов эти величины составляют 10-100 мкм.Информационная емкость электролюминесцентных экранов определяется какмаксимальное количество различных элементов информации в кадре средства99отображения информации.
Ее величина определяется размерами индикатора иего разрешающей способностью. В настоящее время информационная емкостьэлектролюминесцентных экранов достигает 330 тысяч элементов, и разрабатываются экраны с числом пикселей до 4-5 миллионов. Размеры индикатора ограничиваются технологическими возможностями получения однородных пленоки их совершенством, в настоящее время созданы экраны с размерами диагонали50-70 см.
Информационная емкость может быть увеличена путем использования экранов, состоящих из нескольких коммутированных блоков.Для создания полноцветных тонкопленочных электролюминесцентных экранов используются три варианта конструкций плоских индикаторов. В первомварианте используются последовательное нанесение пленок индикаторных элементов различных цветов: на стеклянной подложке располагается источник излучения синего цвета, затем изолированный от него источник зеленого цвета,затем красного цвета. Последовательное расположение индикаторных слоев суменьшением рабочей длины волны излучения необходимо для уменьшенияоптических потерь, связанных с поглощением в слоях люминофоров, и получения устройства с высокой разрешающей способностью. К недостаткам даннойконструкции относится низкая надежность, обусловленная наличием большогочисла слоев. Неоднородности, обусловленные наличием ортогональных полосэлектродов, могут приводить к проколам диэлектрических и люминесцентныхпленок.
Общее количество наносимых слоев более 15, поэтому выход годныхэлектролюминесцентных панелей будет невысоким.Второй вариант конструкции, который получил широкое распространение,представляет собой структуру, соответствующую структуре одноцветного экрана, но люминесцентный слой наносится в виде трех располагающихся вдольплоскости подложки и многократно повторяющихся полосок, состоящих из люминофоров с тремя основными цветами свечения.
Данный вариант построенияэкрана позволяет получить индикаторные панели с более низкой разрешающейспособностью, но с более высокой надежностью. Вместе с тем конструкциятребует усложнения технологии формирования люминесцентных слоев.Третий вариант полноцветного экрана предусматривает получение плоскогоисточника излучения с одним слоем люминофора белого свечения, а излучениятрех основных цветов формируются с помощью трех светофильтров, наносимых на стеклянную подложку. Однако данный способ построения экрана требует использования люминофора с высокой яркостью свечения, особенно в коротковолновой и длинноволновой областях видимого диапазона.Для создания полноцветных тонкопленочных электролюминесцентных экранов необходимы определенные соотношения между яркостями излучения источников разных цветов, учитывающие особенности светового восприятия излучения глазом человека.
Исходя из минимально возможной яркости активногоиндикатора в белом цвете (35 кд/м2) и особенностей восприятия нормальнымчеловеческим глазом (стандартное соотношение интенсивности красного, зеленого и синего цветов - 26,5%, 65,8% и 7,7%), а также с учетом реального коэффициента заполнения экрана свечением данного цвета, установлено, что в ра-100бочем режиме необходимы минимальные значения яркости 37 кд/м2 для красного, 92 кд/м2 для зеленого и 11 кд/м2 для синего цветов. Кроме того, для хорошей цветопередачи яркости максимумы в спектрах излучения элементов должны находиться в диапазонах 450-480, 540-560 и 630-670 нм.К недостатку тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных устройств относится необходимость управления переменным напряжением достаточно большой амплитуды, однако к настоящему времени разработаны высокоэффективные преобразователи напряжения, которые позволяют преобразовывать постоянное напряжение (от 2 В) в знакопеременное с высоким амплитудным значением.Проекционные системыОсновной прием, используемый при создании проекционных систем отображения информации, - прямая проекция изображения на обычный экран.
В качестве источников излучения могут использоваться лазеры трех основных цветовсвечения (обычно газовые – аргоновые и криптоновые) или мощные дуговыелампы со светофильтрами. Модуляция интенсивности и отклонение лучей назаданные углы осуществляется модуляторами и дефлекторами, использующимиакусто- и электрооптические эффекты. Для модуляции и развертки некогерентного излучения применяют жидкокристаллические светоклапанные устройстваи достаточно сложные механические системы.Достоинством современных лазерных проекционных систем является воспроизведение изображений на экране большой (несколько квадратных метров)площади при значительной (100 кд/м2) яркости, хороший контраст (до 1:100) ивысокая разрешающая способность. К недостаткам систем этого типа следуетотнести в первую очередь низкий КПД газовых лазеров, не превышающий десятых долей процента, что приводит к значительному потреблению энергии(несколько киловатт для высвечивания 1 м2 изображения).
В совокупности сустройствами модуляции и отклонения стоимость лазерных проекционных систем оказывается пока довольно высокой.101ОСНОВЫ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИВ волоконно-оптических линиях передача информации осуществляется спомощью оптических сигналов по волоконным оптическим волноводам с малыми потерями. В состав линий входят также источник излучения, преобразующий электрические сигналы в оптические, и фотоприёмник, осуществляющий обратное преобразование. Они находят широкое применение в системахсвязи и передачи информации, а также в волоконно-оптических датчиках.СветоводыОсновным элементом волоконно-оптической системы является световод(волоконный оптический волновод) – тонкая гибкая нить, изготовленная изпрозрачного материала таким образом, что её центральная часть оптически более плотная, чем периферийные области.
Поэтому световой луч, вводимый сторца волокна, может распространяться вдоль его оси и пройти с малым затуханием значительное расстояние. В простейшем случае оптическое волокнопредставляет собой тонкую нить круглого сечения из прозрачного в заданнойспектральной области материала (стекло, кварц, различные полимеры). Каналирование оптического излучения в нём основывается на явлении полноговнутреннего отражения.Явление полного внутреннего отражения наблюдается при выходе света изсреды, оптически более плотной, в менее плотную. Распространение света приполном внутреннем отражении и малом затухании в прозрачном канале былообнаружено в 1870 г.
английским физиком Дж. Тиндалем. Практическое применение стеклянные световоды нашли в 50-х годах 20-го века в эндоскопах ввиде гибких стеклянных жгутов.Стекло, как известно, весьма твёрдый и хрупкий материал. Однако, стеклянные нити с уменьшением толщины до 0,1-0,15 мм становятся гибкими и не ломаются даже при изгибах с радиусом 2-3 мм. Однако существенным недостатком первых световодов было большое ослабление (затухание) света для применения в ряде технических областей. Отношение мощностей излучения на выходе и на входе Рвых/Рвх (коэффициент ослабления) измеряется в децибелах (дБ).Ослабление сигнала в 20 дБ означает уменьшение мощности в 100 раз, ослабление в 3 дБ – уменьшение мощности вдвое. Обычное оптическое стекло обладает ослаблением света приблизительно от 3 до 5 дБ/м (оконное - 50 дБ/м,кварцевое – 0,2-0,3 дБ/м).В 1996 г.
английские учёные Као и Хокхем показали возможность значительного уменьшения оптических потерь в стекле. В 1970 г. инженером американской компании «Corning Glass» Капроном с сотрудниками были полученысветоводы с затуханием 20-30 дБ/км за счёт снижения металлических примесейменее 10-7%, что было началом развития волоконно-оптической техники.102Распространение света в световодеКлассическим считается двухслойный ступенчатый световод – цилиндрическое волокно, состоящее из сердцевины с показателем преломления nС и оболочки с несколько меньшим показателем преломления n0. Оптическое излучение вводится в световод через торцевую поверхность из внешней среды с показателем преломления n (для воздуха n = 1).
Рассмотрим распространение световых лучей, падающих на торец световода под разными углами к нормали φ(рис. 59.).Рис. 59. Распространение световых лучей в световоде.Часть световой энергии отражается от торцевой поверхности, преломленныелучи распространяются в сердцевине. Лучи, падающие на торец под малымиуглами φ≥φа приходят на границу раздела сердцевина-оболочка под большимиуглами к нормали ψ<ψкр и испытывают полное внутреннее отражение. Онимногократно отражаются от границы раздела, каналируются в сердцевине и образуют волноводные (каналируемые, направленные) моды – 0,1,1’,….
Лучи,входящие в световод под большими углами φ>φа , преломляются на границесердцевина-оболочка, выходят в оболочку и образуют вытекающие или оболочечные моды, достаточно быстро затухающие. Лучи, входящие в торец под ещёбольшими углами выходят и из оболочки – излучаемые (радиационные) моды.Критический угол падения луча на границу раздела сердцевины и оболочкиψкр, больше которого происходит полное внутреннее отражение, зависит от соотношения показателей преломления материалов nC и n0: ψкр= arc sin (n0/nC).Различие между значениями показателей преломления сердцевины и оболочки обычно очень мало – nC – n0 = ∆n = 10-2-10-4.Таким образом, удержание излучения внутри оптически более плотной центральной части световода, обеспечивается лишь для той части лучей, которыепадают на торец под углом, меньшим некоторого критического значения φа,связанного со значением угла ψкр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
