Содержание.

Стр.

Электролюминесцентные УО…………………………………… Светодиодные УО…………………………………………………. УО на жидких кристаллах…………………………………… Лазерные и голографические индикаторы……………….. ... УО на нитях накаливания…………………………………… Газоразрядные и плазменные УО………………………………. Электрохимические УО…………………………………….. Новые технологии и разработки. Перспективы развития СОИ…………………………………………………………… Вопросы проектирования СОИ ……………………………... Общее и специальное математическое обеспечение СОИ… Вопросы проектирования программного обеспечения……. Графические языки программирования изображений……...

2 6 14 24 38 46 68 74 79 91 96 106

1. Устройства отображения на электролюминесцентных и вакуумных люминесцентных приборах.

1.1. Электролюминесцентные индикаторы. В основу электролюми­несценции положено свойство некоторых кристаллических ве­ществ—люминофоров—излучать свет под действием электриче­ского поля. Электролюминесцентное свечение свойственно некоторым кристаллическим веществам, у которых под действием поля атомы переходят в возбужденное состояние. Широко применяют порошковые люминофоры на основе сульфидов цинка—кристаллофосфоры. Они являются полупроводниками с примесной проводимостью. Атомы примесей могут входить в кристаллическую решетку путем внедрения или замещения.

Места расположения примесных атомов называют центрами люминесценции (активации). В этих центрах электроны могут по­лучать достаточную энергию для перехода в зону проводимости. При возвращении электронов в центры активации часть поглощенной энергии освобождается и появляется люминесцентное свечение. Чтобы привести атомы кристаллов в возбужденное состояние, не­обходима напряженность поля порядка 10⁹ В/м, в результате чего происходит разгон электронов и ионизация центров активации. Электроны, сталкиваясь с центрами активации, отдают им свою кинетическую энергию. При большом ускорении электронов этой энергии оказывается достаточно для высвобождения электронов из цен­тров активации. Такой процесс может повторяться. Ионизированные уровни активации, рекомбинируясь с элек­тронами зоны проводимости, излуча­ют свет. Излучение происходит с того же энергетического уровня, который был достигнут при возбуждении. В ре­зультате возникает излучение в боль­шом числе локализованных областей. Испускание квантов света — это по­следний этап любых областей. Испу­скание квантов света — это последний этап люминесценции.

В основу элек­тролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ) положен плоский конденса­тор, диэлектриком которого служит связующее вещество — композиция ор­ганической смолы и люминофора. Один из электродов 2 кон­денсатора (рис.1.1) прозрачный, другой— металлический 4. В качест­ве прозрачного электрода, используют окись кадмия или двуокись олова. Металлический электрод имеет фор­му знака, который должен, ото­бражаться УОИ. Под воздействием поля, создаваемого источником переменного напряжения возникает свечение участков люминофо­ра 3, контактирующих с металлическим электродом. Стекло 1 вы­полняет защитную роль ЭЛИ.

Величина яркости ЭЛИ обычно в рабочих условиях находится в пределах 10—40 кд/м². Яркость свечения ЭЛИ зависит от часто­ты и амплитуды приложенного напряжения (рис. 1.2 ). При уве­личении амплитуды возбуждающего напряжения усиливается ио­низация центров активации, а с ростом частоты ускоряются про­цессы перехода люминесцирующих атомов в возбужденное и нор­мальное состояния. Это приводит к увеличению интегральной яр­кости ЭЛИ.

На практике часто для оценки величины яркости используют зависимость

(1.1)

где А— коэффициент пропорциональности; — амплитуда им­пульса возбуждающего напряжения; — показатель, изменяющий­ся для порошковых фосфоров от 3 до 5. Изменение длительности импульсов возбуждающего напряже­ния до 100 мкс при постоянной скважности почти не изменяет яр­кости свечения. Яркость ЭЛИ изменяется во времени. Основной спад яркости наблюдается в первые 200 ч работы, после чего яр­кость уменьшается медленно в течение нескольких тысяч часов работы ЭЛИ.

Спектр света, испускаемого электролюминесцентными источни­ками, лежит в видимой части излучения и зависит от вида приме­няемого активатора: добавка меди вызывает голубое свечение, меди и алюминия— зеленое и т. д. С увеличением величины воз­буждающего напряжения и частоты спектральный состав ЭЛИ смещается в более высокую область. Промышленностью выпуска­ются электролюминоформы с зеленым, голубым, синим, желтыми красным цветами свечения; созданы двух- и трехцветные индика­торы, а также элементы, изменяющие цвет своего свечения. Наи­большая яркость у ЭЛИ с зеленым свечением. ЭЛИ возбуждаются от источника синусоидального напряжения амплитудой 150—250 В и частотой 400—1200 Гц. В ряде случаев частота может достигать 10 кГц, а питание осуществляться от источника импульсного на­пряжения.

По сравнению с лампами накаливания ЭЛИ более экономич­ны.

Знакосинтезирующие ЭЛИ конструктивно весьма просты, вы­полняются на основе порошковых электролюминофоров и имеют линейчатую структуру. Сегменты пред­ставляют собой металлизированные электроды. В качестве общего элек­трода используется прозрачный про­водящий слой.

Рис.1.1.―Устройство электролюминесцентного индикатора.

В, кд/м²

Рис.1.2.― Зависимость яркости от напряжения возбуждения при различной частоте.

Рис.1.3―ЭЛИ с семисегментной структурой.

Рис.1.4 ― Электролюминесцентная матричная панель.

Герметизация индикатора осуществляется эпоксидным ком­паундом. Для возбуждения ЭЛИ часто используются блокинг-генераторы, феррит-транзисторные ячейки, релаксационные генераторы, трансфлюксоры и т. д. Цифросинтезирующие ЭЛИ обычно имеют семи-, восьми- и девя­тисегментную структуру и конструк­тивно выполняются либо в виде оди­ночных блоков (рис. 1.3), либо в ви­де панелей на несколько десятичных разрядов. Знаковые индикаторы со­держат большее число сегментов и обеспечивают отображение букв ла­тинского и русского алфавитов, а так­же цифр.

Электролюминесцентные индикаторы применяют в мнемосхемах, в УОИ справочного и табличного характера и т. д. Большое вни­мание уделяется разработке и исследованию различных видов ма­тричных и мозаичных панелей на электролюминофорах

1.2. Электролюминесцентные пане­ли. Простейшая люминесцентная матричная панель представляет со­бой (рис. 1.4) слои электролюми­нофора 1, помещенный между двумя взаимно перпендикулярными си­стемами узких параллельных шин-электродов 2 и 3 (шина 2—про­зрачная). Для защиты панели от внешних воздействий — стеклянная пластина 4. Шины-электроды могут быть получены фото­литографией, методом электрогравировки, путем вакуумного напыления электродов, через трафарет и т. д. . Наименьшее рас­стояние между шинами, определяющее разрешающую способ­ность экрана, должно быть больше толщины электролюминесцент­ного слоя, чтобы электрическое поле, возникающее между электро­дами, не приводило к появлению электролюминесценции в зазорах.

Недостаток таких панелей— сложность технологии изготовле­ния и невысокое быстродействие, связанное с инерционностью вы­сокочувствительных фотопроводников. Лучшие из них, выполнен­ные на основе сернистого и селенистого кадмия, имеют время нара­стания и спада фотопроводимости от единиц до десятков миллисекунд.