Тема 4.4 Літеро-цифрові індикатори

Газорозрядні індикатори. Вакуумні люмінесцентні та розжарю вальні індикатори. Напівпровідникові індикатори. Рідинно-кристаличні індикатори. Будова, принцип дії, область застосування.

1. Введення

У всіх системах, де вимагається представити інформацію у формі, зручній для візуального сприйняття людиною, застосовуються засоби відображення інформації (СОЇ). Однією з основних частин СОЇ є індикатор — електронний прилад для перетворення електричних сигналів в просторовий розподіл яскравості (контрасту). Властивості і характеристики індикатора визначають найважливіші параметри СОЇ — інформаційну ємність, надійність і ін. Ми розглянемо один з видів індикаторів — вакуумні люмінесцентні індикатори (ВЛІ).

Принцип дії ВЛІ заснований на використовуванні явища люмінесценції, що виникає в катодолюминофорах при збудженні їх електронним пучком. На відміну від високовольтної катодолюминесценции, що використовується в ЕЛП, у ВЛІ має місце низьковольтна люмінесценція. Цим усувається один з головних недоліків ЕЛП — високе прискорююче напругу.

Катодолюмінесценция виникає при досягненні електронами цілком певної енергії eUL, де UL — потенціал початку катодолюминесценции. У більшості матеріалів, створюючих групу високовольтних котодолюминафоров, вживаних в ЕЛП, UL обчислюється сотнями вольт.

Більше 40 років тому був знайдений ряд речовин, у яких потенціал початку катодолюминесценции складає одиниці вольт (для ZnS = 6—7 B, для Zn, CdS = 4—5 B). Проте відсутність практичної потреби в таких матеріалах довгі роки не стимулювала детального вивчення низьковольтної катодолюминесценции.

Люмінофор для ВЛІ повинен задовольняти ряду вимог:

1. Ширина забороненої зони dW — не більше 3—4 эВ. Інакше умовний квантовий вихід стає дуже малим.

2. Висока електропровідність. Згідно оцінкам опір шару не повинен перевищувати одиниць килоом. Саме з цієї причини більшість люмінофорів вживаних в ЕЛП не годиться для ВЛІ, оскільки вони є або ізоляторами, або повністю компенсованими напівпровідниками.

Необхідне значення електропровідності можна забезпечити використовуванням люмінофорів на провідній основі (ZnO:Zn; SnO2:Eu; (Zn1-x, Cdx)S : Ag, Al); змішаних люмінофорів (ZnS : Ag+In2O3 ; ZnS:Cu+ZnO; Y2O2S...Eu+SnO2) і легованих люмінофорів ZnS : Ag, Zn, Al.

3. Низький потенціал початку катодолюминесценции. Навіть при малому опорі шару люмінофора він виявляється непридатним для використовування у ВЛІ, їли UL ₌ 10—12 В.

4. Низька світловидатність. В ході дослідження властивостей сумішей з провідними порошками було знайдено, що колір свічення багатьох таких композицій залежить від анодної напруги. Наприклад, у суміші SnO2 : Eu і ZnS:Cl, Al колір свічення при зміні U від 20 до 60 В міняється з оранжевого на жовто-зелений. Певний вплив має співвідношення мас компонент.

При тривалому бомбардуванні люмінофора яскравість його свічення змінюється, причому в цьому процесі можна виділити три етапи : початкова зміна, етап стабільної яскравості і етап вираженого старіння.

Перший етап викликаний встановленням стаціонарного стану поверхні люмінофора. Критерієм тривалості другого етапу є зниження яскравості до 50—70% від початкового значення. Яскравість свічення на цьому етапі зменшується у зв'язку з дією різних хімічних процесів в люмінофорі, що приводять, зокрема, до відновлення ZnO до металевого Zn.

Чинники, обуславливающие етап вираженого старіння, такі: зміна поверхневих потенційних бар'єрів і електропровідності шару, хімічна дія напилених матеріалів, виникнення безызлучательных центрів, поглинання випромінювання в почорнілому поверхневому шарі люмінофора. Особливо швидко чорніє поверхня люмінофора при підвищенні температури катода.