16.4.3 Электролюминесцентные устройства отображения видимой информации

Электролюминесценцией называется явление излучения света люминофором под действием электрического поля. Электролюминесцентное излучение возникает в результате приложения электрического поля к люминофорному материалу. Интенсивность излучения зависит от напряженности поля, а также частоты его изменения, если поле переменное. Свечение связано с ускорением движения носителей зарядов в люминофоре, для чего требуется достаточно высокая напряженность электрического поля (порядка 10³…10⁶ В/см).

Наиболее распространенным люминофором является сульфид цинка (ZnS) с примесями меди, марганца и некоторых других элементов, называемых активаторами. От типа люминофора и количества примесей зависит цвет излучения, перекрывающий практически всю видимую область спектра. Смешивая различные люминофоры в определенных пропорциях, можно, меняя напряжение, управлять цветом. Это происходит благодаря тому, что максимум интенсивности свечения у разных материалов возникает при различных напряжениях.

На принципе высоковольтной электролюминесценции разработаны электролюминесцентные одноразрядные и многоразрядные индикаторы и матричные панели.

16.4.3.1 Электролюминесцентные индикаторы

Распространение в области отображения информации получили два основных типа электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ); построенных на основе порошковых люминофоров, возбуждаемых постоянным напряжением, и с использованием люминофоров в виде тонкой пленки, возбуждаемых высокочастотным переменным напряжением.

Основой электролюминесцентного элемента постоянного тока является порошкообразный люминофор 1, кристаллы которого вместе с примесями распределены в связующем веществе. Этот состав наносят на прозрачную пластинку 6 с проводящим покрытием 5 (обычно используют слой оксида олова SnO₂). С другой стороны к люминофору прикладывают тонкую металлическую пластинку 2 (фольгу). Вся конструкция размещена в пластмассовом корпусе 4 и герметизирована (рис.16.15 а).

После приложения к электродам постоянного напряжения в материале люминофора возбуждается свечение в местах контакта с металлической пластиной. При необходимости эта пластина может быть сделана фигурной, что дает возможность высветить определенный символ. Иногда трафарет наносят на внешнюю стеклянную пластину, которая просвечивается возбужденным люминофором. Толщину светоизлучающего слоя выбирают равной 25...100 мкм.

Важным преимуществом электролюминесцентных элементов является их малая толщина, позволяющая конструировать компактные индикаторы. Управляются они напряжением порядка 50…100 В, однако по яркости и контрастности они уступают многим другим типам излучающих элементов. В среднем для ЭЛИ постоянного тока при питающем напряжении около 100В яркость свечения равна приблизительно 300кд/м².

Характерной особенностью для этих элементов является уменьшение их световой мощности в процессе эксплуатации, что связано с миграцией примесей в люминофоре в зонах контакта с электродом. Срок службы элементов может быть увеличен, если осуществить их питание импульсным напряжением, подаваемым на низковольтное постоянное смещение. Отметим также важную для некоторых применений способность ЭЛИ менять цвет излучения в зависимости от приложенного напряжения, что позволяет осуществлять световое

кодирование отображаемой информации.

Тонкопленочные индикаторы переменного тока являются наиболее перспективными приборами, реализующими принцип электролюминесценции. В отличие от ЭЛИ постоянного тока здесь контактная связь электродов с люминофором заменена емкостной, и сам элемент представляет собой конденсатор (рис.16.15 б). Для этого слой люминофора 1 размещают между слоями диэлектрика 7 и 8, что обеспечивает гальваническую развязку с электродами 2 и 5. Все слои создаются с помощью технологии напыления в вакууме на стеклянную подложку. Один из электродов 5 выполняют прозрачным, другой 2 покрыт черным поглощающим слоем, повышающим контрастность изображения.

Долговечность тонких ЭЛИ значительно выше, чем порошковых, а питающее их высокочастотное напряжение лежит в пределах 150…250В.

Характерной особенностью тонкопленочных ЭЛИ является повышение крутизны яркостной характеристики в зависимости от приложенного напряжения. Постоянный уровень яркости можно поддерживать при уменьшении напряжения питания за счет увеличения частоты возбуждения. При увеличении частоты напряжения питания свыше 15кГц наступает режим насыщения, и рост яркости прекращается. С увеличением напряжения питания яркость насыщения растет, и в начале области насыщения сдвигается в сторону увеличения частоты возбуждения.

В начальный период эксплуатации, равный приблизительно 100…150 ч, происходит интенсивный спад яркости, далее следует период медленного спада (процесс деградации).

Высоковольтные электролюминесцентные индикаторы реализуют знакомоделирующий и знакосинтезирующий принципы построения буквенно-цифровых символов. Наиболее часто для этой цели применяются сегментные индикаторы от (7 до 19 сегментов).