5.3.2. Индикаторы на основе порошкообразных электролюминофоров

В индикаторах на основе порошкообразных электролюминофоров используется явление предпробойной электролюминесценции, при которой электроны, попадающие в область сильного поля, ускоряются до энергий, достаточных для начала ударной ионизации атомов кристаллической решетки и примесей (см. 1.2.4).

Подпись: Рис. 5.7. Вольт-яркостные характеристики электролюми-нес¬центных конденсаторов, не обладающих (а) и об¬ладающих  (б)  свойством  «памяти»: 
1 — тонкопленочный излучатель; 2—индикатор на основе порошкового электролюминофора

Различают порошкообразные электролюминофоры, работающие на переменном и постоянном напряжениях. Общим для этих люминофоров является наличие в их составе меди, роль которой двояка: во-первых, она может входить в состав центров свечения и, во-вторых, способствовать образованию энергетических барьеров, в которых происходят концентрация электрического поля и ускорение электронов. В большинстве случаев эти барьеры формируются на границе раздела фаз ZnS и CuxS, где CuxS— фаза нестехиометрического состава, образующаяся на поверхности зерен люминофора в процессе его синтеза (значение х колеблется от 1,75 до 1,96). Проводимость фазы CuxS гораздо выше проводимости ZnS, поэтому электрическое поле в зерне люминофора концентрируется в барьерной области сульфида цинка, прилегающей к поверхности раздела фаз.

Принципиальная конструкция электролюминесцентного конденсатора изображена на рис. 1.18, а. Типичные параметры люминофорно-диэлектрического слоя: толщина 50 — 80 мкм, материал диэлектрика — легкоплавкое цинковоборосиликатное стекло, органические лаки (например, ВС-530 на основе цианэтилового эфира поливинилового спирта), эпоксидные лаки (например, ЭП-96); весовое соотношение люминофор — сухой остаток диэлектрика от 1:1 до 2:1.

Защитно-отражающий слой, назначение которого—предохранять конденсатор от пробоя и отражать часть излучения люминофора, с тем чтобы оно выходило сквозь прозрачный электрод, состоит из порошка ТiO2, диспергированного в диэлектрике, и имеет примерно такую же толщину, что и люминофорно-диэлектрический слой.

Если связующим служит стеклоэмаль, то непрозрачным электродом обычно является металлическая (стальная, никелевая) подложка, на которой формируется вся структура.

Вольт-яркостная характеристика конденсатора на основе порошкообразного электролюминофора изображена на рис. 5.7(кривая 2). Согласно формуле (1.17) L = L1 (f)Uп,где Ll(f)~fm. Здесь L — яркость индикатора, U и f —соответственно амплитуда и частота возбуждающего напряжения; п и т — коэффициенты, причем п = 3—4, т = 0,7—0,8.

Люминофоры ZnS, легированные медью, имеют зеленый или голубой (в зависимости от условий изготовления) цвет свечения. Порошки, легированные марганцем, имеют оранжево-желтый цвет свечения, определяющийся переходами внутри иона Мn+2. Красный цвет свечения получается при использовании в качестве основы материала смешанного состава типа (Zn, Cd) (S, Se), имеющего более узкую, чем ZnS, запрещенную зону. Легирующая примесь и в этом случае — медь.

Спектры электролюминесценции ряда промышленных люминофоров представлены на рис. 5.8. Типичные значения яркости индикаторов в стандартном (220 В, 400 Гц) режиме возбуждения составляют 10—50 кд/м2. Меньшую яркость имеют излучатели с красным и голубым, большую — с желтым и зеленым цветами свечения.

Максимум зависимости L(Т) у промышленных люминофоров лежит в области комнатных температур; при дальнейшем увеличении Т яркость индикаторов падает. Одновременно снижается и энергетический выход, который обычно составляет 1—3%.

Подпись: Рис. 5.8. Спектры излучения промышленных электролюминофоров (частота возбуждаемого напряжения   1 кГц): 
1 — ЭЛ-455;   2—ЭЛ-510М; 3 — ЭЛ-580М;  
4 — ЭЛ670

В случае порошковых люминофоров постоянного тока фаза CuxS, находящаяся на поверхности зерен в большем количестве, чем у люминофоров, возбуждаемых переменным напряжением, обеспечивает протекание по слою люминофора постоянного тока. Свечение возникает одновременно с процессом ударного возбуждения ионов Мn+2. Энергетический выход при этом невелик —сотые, десятые доли процента. Типичные значения плотности тока через такие ячейки составляют 5 мА/см2, прикладываемое напряжение — порядка 100 В. Цвет свечения — оранжево-желтый, хотя легирование люминофора не марганцем, а редкоземельными ионами позволяет получать и другие цвета (например, ZnS:Сu, Еr имеет зеленый цвет свечения). При этом, однако, снижаются как к. п. д. люминесценции, так и яркость свечения индикаторов.

Сравнительно простая технология изготовления (люминофорно-диэлектрический и защитно-отражающий слои можно формировать, например, методами полива, пульверизации, осаждения) позволяет получать панели, обладающие значительными (до 1×1 м2) размерами при хорошей равномерности свечения; подобным образом можно получать, в частности, многоцветные мнемосхемы. Электролюминесцентные знаковые индикаторы и мнемосхемы выпускаются промышленностью; на основе порошковых электролюминофоров постоянного тока разработан плоский экран, который может быть использован для получения телевизионного изображения.

Существенным недостатком рассматриваемых индикаторов является их старение—постепенный спад яркости в процессе работы. Срок службы (время, за которое яркость уменьшается вдвое) не превышает 3 тыс. ч., причем он сильно снижается при увеличении f, U и особенно Т. Причиной старения является электромиграция ионов меди в сульфиде цинка, а поскольку медь входит в состав всех люминофоров этого типа, то в результате этот недостаток порошкообразных электролюминофоров устранить не удается.

Введение в оптоэлектронику


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.