5.3.3. Устройства на основе пленочных электролюминофоров

Тонкопленочные электролюминесцентные излучатели — одни из самых перспективных для целей создания плоских экранов систем отображения информации. Конструкция излучателя подобного типа представлена на рис. 1.18, а. На стеклянную подложку с прозрачным электродом в вакууме последовательно напыляются: слой диэлектрика (Al2O3, Y2O3, BaTiO3 или другие), слой люминофора (ZnS, легированный марганцем или редкоземельными элементами), еще один слой диэлектрика и непрозрачный пленочный электрод (А1). Толщина каждого из слоев диэлектрика — 200—500 нм, толщина слоя люминофора—300—1000 нм. В ряде случаев между слоем диэлектрика и непрозрачным электродом вводится дополнительный светопоглощающий слой, способствующий повышению контраста высвечиваемой индикатором картины.

Люминофор в излучателях этого типа не содержит меди, излучение является внутрицентровым и возникает вследствие переходов в возбужденных электронами ионах Мn+2 или редкоземельных элементов (Тb+3, Еr+3, Рr+3 и т. д.). В область сильного поля (которая при достаточно больших напряжениях может распространяться на всю толщину пленки люминофора) электроны туннелируют из ловушек на границах раздела люминофор—диэлектрик. И структура пленок, и параметры ловушек непосредственно влияют на яркость свечения индикаторов, которая может быть весьма значительной (до 103—104кд/м2).

Так же как индикаторы на основе порошкообразных люминофоров, возбуждаемых переменным напряжением, тонкопленочные излучатели являются электролюминесцентными конденсаторами, рабочие напряжения и частота которых обычно составляют соответственно 100—200 В и 1—5 кГц. Вольт-яркостная характеристика тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора представлена на рис. 5.7, а (кривая 1), из которого следует, что она имеет участок гораздо большей крутизны, чем аналогичная характеристика порошкообразных люминофоров. На таком участке зависимость L(U) описывается формулой вида (1.17), в которой п=10÷30. Наличие хорошо выраженного порогового напряжения зажигания (при котором начинается эффективное ускорение электронов и ударное возбуждение ионов активатора) и большая крутизна вольт-яркостной характеристики имеют важное значение при создании систем управления подобными индикаторами.

Наибольшее значение яркости и энергетического выхода (реально до 0,5% при световой отдаче около 2 лм/Вт) получается у индикаторов, люминофорный слой которых активирован марганцем. Цвет свечения таких индикаторов — оранжево-желтый. Для получения излучателей других цветов сульфид цинка активируют тербием (зеленое свечение), эрбием (красное), празеодимом (белое). При этом, однако, снижаются яркость и световая отдача, падает срок службы (до сотен часов вместо 1·104 ч для ZnS:Мn). Наибольшую остроту эта проблема имеет для образцов с голубым свечением (ZnS: Tm); один из способов ее решения—переход к люминофорам на другой основе (например, SrS: Се).

Важной особенностью тонкопленочных ZnS: Мn-конденсаторов является возможность получения петли гистерезиса на вольт-яркостной характеристике (рис. 5.7, б). Наличие или отсутствие петли определяется материалом диэлектрика и технологией изготовления индикатора. Петля имеет место на участке наибольшей крутизны вольт-яркостной характеристики; ее ширина составляет обычно 10—20 В.

Наличие гистерезиса означает, что подобная структура обладает способностью запоминать информацию (что существенно упрощает систему управления подобными экранами), повысить воспринимаемую среднюю яркость при построчном режиме возбуждения (поочередном высвечивании строк). У тонкопленочного экрана с памятью напряжение с амплитудой, близкой к пороговому напряжению зажигания, одновременно подается на все строки сразу, а построчное управление производится импульсами около 20 В (несколько больше ширины петли гистерезиса). Даже после перехода к очередной строке возбужденные элементы предыдущей продолжают светиться (находиться в «верхнем» состоянии на петле гистерезиса вольт-яркостной характеристики), а значит, средняя яркость экрана оказывается гораздо более высокой. Запоминание происходит в тех случаях, когда управляющие импульсы складываются с непрерывно подаваемым U, стирание — когда эти импульсы вычитаются. Практическое использование тонкопленочных устройств с гистерезисом вольт-яркостной характеристики затруднено тем, что он пропадает через несколько десятков или сотен часов непрерывной эксплуатации. В то же время известны экраны, у которых гистерезис вольт-яркостной характеристики сохранялся более 1000 ч.

В настоящее время главной областью применения тонкопленочных электролюминесцентных излучателей являются экраны дисплеев микроЭВМ. Предполагается использование подобных индикаторов и в виде сигнальных индикаторов, световых шкал и т. д. Совмещение в одном приборе излучающих и фотопроводящих (например, CdS) пленок позволит создать преобразователи излучения и изображения, обладающие высокой разрешающей способностью и большой крутизной передаточной характеристики.

Введение в оптоэлектронику


*****

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