Плівкові електролюмінісцентні індикатори

1.2 Плівкові електролюмінісцентні індикатори

У плівкових ЕЛІ змінного струму на підкладку з скла напитлюється прозорий електрод, а на нього тим же способом наноситься шар діелектрика з високою діелектричною проникністю. Як світло випромінюючого шару використовуються плівки люмінофора ZnS:TbF3 завтовшки близько 0.2 мкм. Цей люмінофор дає зелений колір свічення. На плівку наноситься другий непрозорий електрод.

Активування люмінофора рідкоземельними фтористими з'єднаннями дозволяє досягти високої світловидатності і яскравості, а також міняти колір свічення. Наприклад, свічення червоного кольору можна отримати за допомогою введення SmF3, синього кольору — TmF3. Механізм свічення плівкових електролюмінісцентних шарів обумовлений рекомбінацією носіїв заряду, інжектованих кристалами люмінофора і електродами або утворених в результаті тунельного ефекту і ударної іонізації.

Аналогічно порошкоподібному люмінофору, на який впливають постійним струмом, тонко плівкові люмінофори мають дуже різкий поріг напруги. При накладанні напруги вище порогового виникає фотопровідність. В результаті рівень Фермі і межі зон переходу метал — ізолятор зміщуються таким чином, що відбувається тунельна інжекція дірок і електронів в плівку ZNS, що приводить до випромінювальної рекомбінації з утворенням кванта світла. У 1974 р. був розроблений тришаровий плівковий електролюмінісцентний елемент з двома ізоляційними плівками, що забезпечило істотне підвищення яскравості. Як світло випромінюючого шару використовувався плівковий люмінофор ZnS : Мп без домішки міді. Люмінофор повністю покривався ізоляційними плівками з Y2O3 і Si3N4 з високою діелектричною проникністю. Оскільки пробивна напруженість діелектрика Y2O3 складає близько 5*106 В/см і перевищує пробивну напруженість люмінофора, яка рівна 1,2*106 В/см, то при збільшенні прикладеної напруги ZnS пробивається раніше і «гарячі» електрони порушують іони марганцю. При збільшенні прикладеної напруги ZNS пробивається раніше і «гарячі» електрони порушують іони марганцю . Плівковий ЕЛІ на змінному струмі теж тришаровій конструкції, але з ізоляційними шарами з GeО2 і As2S3 працює при додатку імпульсів змінної напруги 800 В з періодом 1000 мкс і тривалістю імпульсу 30 мкс. При цьому реалізується яскравість 350 кд/м^2, колір свічення — оранжевий, термін служби — до 5000 год. Властивий порошковим ЕЛІ малий контраст, обумовлений сильним віддзеркаленням навколишнього світла, в плівкових ЕЛІ підвищується за рахунок застосування чорної поглинаючої плівки, що наноситься на задню підкладку. Хоча при цьому втрачається половина власного випромінювання в задній стінці, та зате вона ж поглинає 100% падаючого навколишнього розсіяного світла.

Такий недолік тонко плівкових ЕЛІ, як мале число можливих кольорів свічення, може бути усунений чисто конструктивним способом. Враховуючи прозорість тонко плівкової електролюмінісцентної структури, можна, в принципі, напилити подвійний або потрійний шар люмінофора з електродами для кожного шару. При відповідній адресації можна отримати поліцвітний індикатор. Параметри матричних ЕЛІ приведені в таблиці 1.1.

У матричних ЕЛІ виявляється помітний крос-ефект, відношення яркостей вибраних і напіввибраних елементів не перевищує 10, іншими словами, контраст малий. Одним з методів збільшення контрасту для створення матричних ЕЛІ, кросс-эффекта, що не мають, є покриття зворотної поверхні електролюмінісцентного шару матеріалом, що має надзвичайно нелінійні вольт-амперні характеристики.

Таблиця 1.1. Параметри матричних ЕЛІ.

Таким матеріалом може служити порошок карбіду кремнію з пластичною звязуючою речовиною. Якщо додати цей матеріал, то відношення яркостей вибраних і напіввибраних елементів ЕЛІ досягає 104. При цьому хоча значно поліпшується контраст, але прикладена напруга для отримання даної яскравості необхідно збільшити удвічі і більше, що створює труднощі при управлінні [1].

Залежність яскравості ЕЛІ у включеному стані від опору тонкоплівкового транзистора (б) і яскравості ЕЛІ у вимкненому стані від струму витоку транзистора (в).