МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа №3

Исследование вакуумных люминесцентных индикаторов

Выполнил: студент 3 курса группы РТЭ- 31-09

Дмитриев А.Ю.

Проверил: Шеин А. Б.

Чебоксары, 2011

Цель работы - ознакомление с принципом действия, устройством вакуумных люминесцентных одноразрядного (типа ИВ-6) и многсразрядного (типа ИВ-21) индикаторов и способами управления ими.

1. Необходимые исходные сведения

Прибором визуальной индикации, позволяющим преобразовать электрический сигнал в видимую информацию и удовлетворяющим условиям согласования с микросхемами, является вакуумный люминесцентный индикатор <ВЛИ).

ВЛИ серийно выпускаются и широко применяются в разнообразных кассовых аппаратах, малогабаритных счетных машинах и калькулято- рах, измерительных приборах и т.п.

В основу работы вакуумных люминесцентных знакосинтезируюших индикаторов положено явление низковольтной катодолюминесцеции (НВКЛ) - способность некоторых кристаллофосфоров люминесцировать под воздействие медленных электронов. Это явление было использо- вано при создании ВЛИ первых выпусков (конец 60-х годов).

Механизм НВКЛ практически не отличается от механизма высоко- вольтной катодолюминесценции (ВКЛ) и носит рекомбинационный характер. Зонная диаграмма основных электронных процессов в люминесцирующем кристалле приведена на рис. 1 (1 - валентная зона; П - зонапроводимости; 1 - возбуждениес образованием горячих элек-тронов и дырок; 2,3 - остывание электронов и дырок; 4 -захват дырки центром люминесценции; 5 - излучателъная ре- комбинация; 6.7 – захват электронов ловушками и освобождение; 8,9 - захват дырок ловушками и освобождение;10,11 безызлучательная ре- комобинация на тушителе).

Рис.1

При бомбардировке кристалла происходит нарушение термодинамическо­го равновесия электронной системы, выражающееся в тем, что возбуж­денные электроны и дырки, находящиеся на некоторой глубине валент­ной зоны, переходят на уровень выше зоны проводимости и вглубь валентной зоны. Возврат в исходное положение происходит ступенча­то. Электроны и дырки, остывая, отдают свою избыточную энергию кристаллической решетке, а затем возвращаются, в исходное положние. В этот момент и происходит издучательная, рекомбинация.

Часть остывших дырок и электронов могут быть захвачены цен­трами тушения, и в этом случае рекомбинация происходит без излуче­ния, а освобождающаяся энергия вдет на нагрев кристалла. При этом эффективность люминесценции уменьшается. Кроме того, в кристалле могут быть электронные ловушки, которые временно захватывают элек­троны и дырки. За счет тепловой флуктуации захваченные дырки к электроны через некоторое время могут снова вернуться на свои ис­ходные места. Наличие указанных ловушек приводит к увеличению вре­мени послесвечения люминофоров.

В то же время НВКЛ в отличие от БКЛ имеет ряд - особенностей, которые ограничивают возможности использования ранее разработанных высоковольтных катодолюминофоров. При ВКЛ электроны имеют большую энергию (порядка нескольких тысяч электрон-вольт) и при бомбарди­ровке кристалла проникают почти на всю его глубину. Схемы располо­жения генерации свободных но­сителей и зон свечения катодолюми- несцентных люминофоров показаны на рис.2 (а - при низковольтном, б - при высоковольтном возбуждении;

1. - Поток возбуждающих электронов;

- зона генерации свободам носи­телей; 3 зона свечения).При энергии электронов Е=5 кэВ глубина проникновения

Рис.2

составляет порядка 1 мкм. При НВКЛ с Е=(10 - 100) эВ такая глубина проникновения электронов в кристалл невозможна, она составляет всего сотые и тысячные доли микрометра и захватывает лишь несколько поверхностных атомных

слоев(рис.2). При этом ми­грация дырок и электронов расширяет зону свечения за пределы зоны непосредственного возбуждения. В связи с тем, что энергия электронов при НВКЛ значительно меньше, чем при ВКЛ, меньше и ее квантовый выход. Поэтому для достижения высокой яркости свечения требуется значительно большая плотность тока, на 2-4 порядка превышающая плотность тока электронно-лучевых трубок (ЭЛТ).

Особенностью НВКЛ является также низкое значение коэффициента вторичной электронной эмиссии ( δ<1), что приводит к необходимости создания отличающегося от ЭЛТ токопроводящего элемента отображения.

В ВЛИ в качестве люминофора широко используется окись цинка, активировянная цинком , обеспечивающая интенсивное сине-зеленое свечение. Применяя светофильтра, можно получить цвета сим­волов от синего до красного при условии, что яркость исходного свечения достаточно велика (около 1000 кд/м²). Кроме того, сущест­вуют люминофоры, имеющие различные цвета свечения (таблица).