ОТЧЕТ
Направленность (профиль) программы:
Выполнил:
Студент 2курса
Очной формы обучения
к.т.н., доцент
Владикавказ 2020
Список литературы…………………...………………………………………….20
Введение
Электролюминесценция- явление свечения твердого вещества под действием переменного (гармонического или импульсного) электрического тока, т. е. представляет собой непосредственное преобразование электрической энергии в световую. Индикаторы, в которых используется явление Э., называются электролюминесцентными (ЭЛИ). Их основные достоинства: высокая надежность и долговечность; большой срок службы; малое потребление мощности при относительно высокой ярости свечения; большой угол обзора, обеспечивающий наблюдения в широком диапазоне углов без искажения и существенной потери яркости; возможность получения различного цвета свечения за счет использования люминофоров различного типа, а для люминфора одного типа — за счет изменения частоты питающего напряжения; все это создает хорошие возможности для создания систем цветового кодирования информации; возможность управления яркостью свечения путем изменения величины подводимого напряжения; широкая возможность выбора размеров, плотности расположения и формы светящихся знаков (последняя определяется формой одного из электродов ЭЛИ). С помощью ЭЛИ могут создаваться знаковые (цифровые, цифробуквенные и абстрактные) индикаторы. При этом при необходимости можно высветить знаки практически любой формы (напр., все шахматные фигуры двух цветов для наглядного отображения хода шахматной партии на большом экране). Используя ЭЛИ, можно создавать удобные для восприятия оператором системы отображения информации индивидуального и коллективного пользования (табло, мнемосхемы, экраны и др.). Использование ЭЛИ позволяет также отображать объект не только в статике, но и в динамике, показывая недрерывно ход протекания производственного процесса, т. е. создавать динамические информационные модели. Частным случаем такой модели являются ЭЛИ шкального типа, используемые вместо традиционных стрелочных электромеханических измерительных приборов. Сочетание в одном приборе ЭЛИ и кнопки (т. н. кнопка-индикатор) существенно сокращает размеры пульта управления, позволяет повысить скорость (за счет отсутствия необходимости переноса взгляда с кнопки на индикатор и обратно, а также за счет сокращения длины траекторий моторных действии), и надежность (за счет проведения самоконтроля) работы оператора. Кроме этого, применение таких совмещенных с кнопками ЭЛИ позволяет осуществить набор информации в сильно затемненном помещении. Указанные достоинства ЭЛИ обусловливают их широкое применение при создании средств и систем отображения информации. Помимо использования явления Э. для целей индикации, оно используется также для создания экономичных источников света слабой и средней интенсивности.
По сути электролюминесценцией является результат рекомбинации дырок и электронов в полупроводнике, при которой происходит излучение фотонов, - так электроны полупроводника отдают свою энергию. До того, как начнется рекомбинация, дырки и электроны разделяются. Разделение достигается либо при помощи электронов с высокой энергией, получаемых путем ускорения сильным электрическим полем (в кристаллофосфорах электролюминесцентных панелей), либо активацией материала для получения p-n-перехода (как в светодиодах). В электролюминесцентных излучателях применяется электролюминесценция электролюминофора.
Впервые электролюминесценцию заметил в 1907 году английский ученый Генри Раунд. Исследуя детекторы, он заметил необычное свечение вокруг того места, где точечный металлический контакт взаимодействовал с полупроводником. Однако научно подтвердить и впервые полномасштабно исследовать это явление удалось русскому ученому Олегу Владимировичу Лосеву в 1923 году. В последующие годы, начиная с 1927 года по 1942 год, он продолжал исследования и описал это явление более подробно
Обнаружена О. В. Лосевым в 1923 при изучении кристаллических детекторов на основе карбида кремния. Лежит в основе принципа действия светодиодов и полупроводниковых лазеров. Наблюдается при включении p-n-перехода в прямом направлении. При приложении внешнего напряжения U, понижающего контактную разность потенциалов, в n-область вводятся (инжектируются) избыточные дырки, а в р-область — электроны, или те и другие вводятся в высокоомный тонкий слой между n- и р-областями, т. е. часть носителей проникает в переход и прилегающие к нему области и рекомбинирует с носителями заряда противоположного знака, испуская при этом кванты света. Рекомбинация может происходить также с участием уровней примеси. При рекомбинации электронов и дырок в этом слое возникает свечение. Цвет свечения при инжекционной электролюминесценции зависит от материала-основы и природы примесей. Широкое распространение получили светодиоды на основе GaP, излучающие в зеленой, желтой и красной областях спектра. Разрабатываются светодиоды на основе ZnSe и GaN, излучающие голубой свет. Получены светодиоды с инжекционной электролюминесценцией на гетероструктурах на основе твердых растворов AlGaInN имеющие свечение в зеленом, синем, фиолетовом и ближнем ультрафиолетовом диапазонах спектра.
Впервые была исследована итальянским ученым Ж. Дестрио в 1936. Дестрио наблюдал свечение мелкокристаллического сульфида цинка, активированного медью (ZnS : Cu), размешанного в жидком диэлектрике и помещенного между обкладками конденсатора, к которым было приложено переменное электрическое напряжение. Поэтому предпробойную электролюминесценцию иногда называют эффектом Дестрио. Характерна для порошкообразных люминофоров, введенных в диэлектрик и помещенных между обкладками конденсатора в сильное электрическое поле. Под действием сильного поля развиваются процессы ударной ионизации, приводящей к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда. При максимальном напряжении на обкладках конденсатора в люминофоре происходят процессы, близкие к электрическому пробою: на краях частичек люминофора концентрируется сильное электрическое поле, которое ускоряет свободные электроны. Эти электроны могут ионизировать атомы; образовавшиеся дырки захватываются центрами люминесценции, на которых рекомбинируют электроны. Предпробойная электролюминесценция может наблюдаться как в переменном, так и в постоянном электрическом поле. При возбуждении люминесценции переменным электрическим полем не требуется сквозного протекания носителей заряда через люминофор, электролюминесцентная ячейка работает в емкостном режиме. При электролюминесценции порошковых люминофоров цвет свечения определяется материалом основы люминофора, природой и концентрацией вводимых примесей.
Электролюминесценция газов — свечение газового разряда — используется в газоразрядных трубках. Электролюминесценция твердых тел применяется для индикаторных устройств, основой которых служит электролюминесцентный конденсатор или светоизлучающий диод. К таким устройствам относятся знаковые индикаторы, матричные экраны для получения сложных светящихся изображений, мнемосхемы, преобразователи изображений и т. д.
2 Электролюминофоры
Электролюминофоры - вещества, излучающие видимый свет под действием электрического поля. Они применяются для ночного, рекламного и аварийного освещения, а также для отображения знаковой и графической информации. Самое актуальное на данное время применение источников света на основе электролюминофоров - подсветка жидкокристаллических дисплеев в мобильной электронике. Главные преимущества таких источников света: низкое энергопотребление, малый вес, ударопрочность и отсутствие ртути.
Рисунок 2.1 - Микрофотография готового электролюминофора, ZnS:Cu
В связи с развитием мобильной электроники в настоящее время наблюдается активное расширение сферы практического применения электролюминесцентных источников света (ЭЛИС) на основе порошковых электролюминофоров переменного тока. ЭЛИС применяются для подсветки жидкокристаллических дисплеев в различных электронных приборах: мобильных телефонах, карманных персональных компьютерах и др.
Среди электролюминофоров (ЭЛФ), выпускаемых российской и зарубежной промышленностью, наиболее высокой яркостью и стабильностью обладают цинк-сульфидные люминофоры зеленого цвета свечения. В то же время в связи с появлением мобильной электроники с электролюминесцентной подсветкой экрана появилась потребность в расширении гаммы цветов ЭЛИС, в частности, разработки устройств синего цвета свечения повышенной яркости и стабильности, работающих при пониженных напряжениях. Однако при синтезе электролюминофоров, удовлетворяющих современным требованиям, возникает ряд проблем, которые связаны с недостаточностью данных о влиянии таких параметров, как температурный режим, атмосфера синтеза, и др. на электрооптические свойства люминофоров, их эффективность и дефектную структуру.
Кроме того, для дальнейшего совершенствования технологии электролюминофоров и изделий на их основе большое значение имеет исследование поверхностных свойств люминофора, которые во многом определяют электрофизические процессы в твердом теле, включая перенос заряда и люминесценцию. Поиск закономерностей изменения поверхностных свойств люминофора в зависимости от условий синтеза и корреляций этих свойств с электрооптическими характеристиками ЭЛФ позволит существенно повысить эффективность люминесценции и даст дополнительный метод контроля качества.
Важной задачей также является поиск новых нетепловых методов энергетического воздействия на электролюминофор, являющийся вследствие условий синтеза неравновесной системой. Уменьшение степени неравновесности позволит повысит яркость и стабильность электролюминесценции. Перспективным направлением в этом отношении является использование современных радиационных технологий.
Таким образом, актуальным является исследование влияния различных факторов на электрооптические и поверхностные характеристики цинк-сульфидных электролюминофоров, разработка методов направленного регулирования поверхностных и объемных свойств люминофоров и оптимизация условий синтеза.
2.2 Применение
Развитие полупроводниковой техники в направлении микроминиатюризации (уменьшение габаритов, массы и стоимости радиоэлектронной аппаратуры при одновременном повышении её надёжности и экономичности за счёт совершенствования схемотехнических, конструкторских и технологических методов) и снижения рабочих напряжений до единиц Вольт стимулировало работы по созданию инжекционных электролюминесцентных источников освещения.
Разработки первых электролюминесцентных порошковых излучателей относятся к 1952 году. Порошковый излучатель представляет собой многослойную структуру, основанием которой является стеклянная или пластиковая подложка. На подложку наносятся последовательно проводящий прозрачный электрод из оксидов металлов (SnO2, InO2, CdO и др.), слой электролюминофора толщиной 25—100 мкм, защитный диэлектрический слой (лаковое покрытие или слой SiO, SiO2), металлический непрозрачный электрод. В качестве люминофора используется сульфид цинка, селенид цинка, который, для получения большей яркости свечения, активируется Cu, Mn или другим элементом. Поликристаллы сульфида цинка связываются между собой диэлектрическими материалами (органическими смолами) с высокой диэлектрической проницаемостью. По этой причине электролюминесцентные порошковые излучатели работают только при переменном напряжении на электродах (напряжение возбуждения 90-140 В при частоте от 400 до 1400 Гц).
Электролюминесцентный плёночный излучатель отличается от порошкового наличия между электродами однородной поликристаллической электролюминофорной плёнки толщиной около 0,2 мкм, которая создаётся термическим испарением с осаждением в вакууме. В электролюминофоре отсутствует диэлектрик, поэтому плёночные излучатели могут работать при постоянном токе. По сравнению с порошковыми излучателями, рабочее напряжение плёночных излучателей значительно меньше (20—30 В). Активирование люминофора редкоземельными фтористыми материалами позволяет повысить светоотдачу и яркость, а также изменять цвет свечения, но электролюминесцентные плёночные излучатели уступают порошковым по экономичности и сроку службы.
Индустрия светодиодного освещения активно развивается в направлении технологии, которая позволяла бы получать оптимальное качество цвета и в то же время понизить энергопотребление.
Возросший спрос на светодиодное освещение побуждает производителей повысить качество, снизить затраты и упростить производство светодиодов. Благодаря этому начали разрабатываться новые технологии производства светодиодов, охватывающие весь спектр методов изготовления полупроводниковых кристаллов.
Одним из примеров новаторских технологий является изготовление люминофоров в виде формованных полимерных плёнок или стеклянных пластинок. Также изучается возможность использования оптокерамических материалов для нанесения на поверхность светодиодных кристаллов.
К недостаткам электролюминесцентных излучателей относится большой разброс по параметрам. К тому же яркость в процессе их эксплуатации снижается до 3 раз за 4000 часов. Но это относится к первым электролюминофорам с частицами крупного размера.
Новейшие современные электролюминофоры имеют размеры частиц 12-18 нм, с ними яркость повысилась до 300 кд, а снижение яркости на 20% в первые 40 часов эксплуатации регулируется параметрами блока питания (частотой и напряжением возбуждения), и срок службы доходит таким образом до 12000 часов.
Различные конструкции непрозрачных электродов позволяют добиваться при помощи электролюминесцентных излучателей различных буквенных, символьных и цифровых форм отображения информации, строить на этой базе специальные матричные экраны.
Рисунок 3.1- Схема электролюминесцентного излучателя
Рисунок 3.2-Электролюминесцентные панели
Главным свойством ЭЛ панелей является равномерное неоновое свечение. По большому счету можно выделить несколько основных направлений использования электролюминесцентных панелей:
Рекламные продукты — В этой сфере светобумага имеет самые широкие возможности. Панель можно использовать в качестве рекламного блока, яркой вывески, анимированных информационных блоков и прочего. Яркое свечение и возможность наносить любые изображения дают возможность создать уникальный рекламный блок или баннер. Оформление одежды — маленькая толщина (порядка 1 миллиметра) панели позволяет наклеивать ее на одежду. Светящаяся наклейка на любой одежде будет смотреться оригинальной и сразу выделит человека из толпы. Однако, следует понимать, одежду с светящейся панелью нельзя стирать, кроме того, не желательно использовать одежду в дождь или снег. Сувенирная продукция — В этой сфере так же имеются большие возможности, поскольку панель можно нарезать произвольным размером и придать ей практически любую форму. К примеру, светобумага может выполнить функцию подсветки в часах, фото рамках и прочих предметах. Наклейки — Небольшие панели можно использовать в качестве интересных светящихся наклеек, которые могут использоваться во всех сферах жизни: подарочные и сувенирные наклейки; информационные наклейки; наклейки на технику и прочее.
Таб. 1- Виды светящихся панелей.
|
Панель формата А1 (EL P5) |
Это самый большой размер светящейся панели, имеющий размеры 594 × 841 миллиметров. На такой панели поместится крупное изображение. При необходимости панель можно разрезать на небольшие фрагменты, или вырезать из нее более сложную фигуру. |
|
Панель формата А2 (EL P4) |
Размеры этой панели составляют 420 × 594 миллиметров. Данный формат подойдет для любых целей, в том числе и для нанесения больших изображений. |
|
Панель формата А3 (EL P3) |
Панель этого формата имеет размеры 297 × 420 миллиметров. Средний размер панели подразумевает ее использование для конкретных целей: плакат, рекламный баннер, наддверная вывеска и прочее. |
|
Панель формата А4 (EL P2) |
Панель имеет размеры листа А4, то есть, 210 × 297 миллиметров, отлично подойдет для броских объявлений или анимированных плакатов к разным видам продукции. |
|
Панель формата А5 (EL P1) |
Самый маленький формат панелей, имеющий размер в 148 × 210 миллиметров, подойдет для создания светящихся наклеек. |
Свечение люминофора EL-дисплеев очень стабильно, яркость и контрастность остаются практически неизменными на протяжении длительного срока непрерывной эксплуатации. Срок службы EL-дисплеев достигает 15 лет без потери качества передаваемого изображения.\
В начале 1980-х годов началась разработка электролюминесцентных (EL) дисплеев. Изначально они виделись заменой существовавшим монохромным пассивным ЖК-дисплеям. Однако сложность и дороговизна технологии заставила многих ведущих производителей индикаторной техники отказаться от дальнейших работ в этом направлении. В результате, в области массового применения ЖКИ продолжали доминировать, а EL заняли важную нишу в ряде специальных применений, где условия эксплуатации предъявляли особые требования к механической надежности, устойчивости к крайне низким и крайне высоким температурам, а также требовались большие углы обзора. Таким образом, EL-дисплеи нашли широкое применение в пультах управления железнодорожной техники, в промышленной автоматике, военной технике, в ряде медицинских приборов, особенно если последние применяются вне помещений.
Рисунок 3. 3-Электролюминесцентный дисплей
Рисунок 3.4 Электролюминесцентный провод
Список литературы