Плівкові електролюмінісцентні випромінювачі на шорстких підкладках

1.3 Плівкові електролюмінісцентні випромінювачі на шорстких підкладках

Актуальним завданням при створенні плівкових електролюмінісцентних випромінювачів і індикаторів на їх основі, що використовують ефект перед пробійної люмінесценції, є підвищення їх яскравості, особливо синього і червоного кольорів свічення [2]. Для підвищення яскравості свічення електролюмінісцентних випромінювачів за рахунок збільшення виходу випромінювання із структури були запропоновані конструкції з шорсткою поверхнею підкладки, на яку нанесені шари електролюмінісцентного випромінювача [2], і з мікронерівностями на поверхні прозорого електроду структури [3]. У подібних структурах на збільшення виходу випромінювання крім чисто оптичних ефектів може впливати, мабуть, також і неоднорідний розподіл електричного поля в електролюмінісцентному шарі. Як показують дослідження, неоднорідний розподіл електричного поля в шарі люмінофора існує також в тонко плівкових електролюмінісцентних випромінювачах з композиційним рідким діелектриком з концентрацією цього поля в локальних ділянках того, що стосується зерен наповнювача діелектрика і шару люмінофора [4,5]. Це приводить до зменшення необхідного середнього значення порогової напруженості електричного поля в шарі люмінофора, при якому починається свічення, в порівнянні із звичайними тонкплівочними електролюмінісцентними структурами. При поєднанні тонко плівкової структури електролюмінісцентного випромінювача на шорсткій підкладці з шаром композиційного рідкого діелектрика слід чекати підвищення ступеня неоднорідності електричного поля в шарі люмінофора, що може викликати додаткове збільшення виходу випромінювання.

Для перевірки даного припущення були виконані дослідження електролюмінісцентних структур ”метал-напівпровідник-композиційний рідкий діелектрик-метал (МПКМ) ”, нанесених на звичайну ”гладку” і шорстку скляні підкладки, де М — перший прозорий електрод на основі SnO2 завтовшки 0.2-0.3 µm і другий притискний металевий електрод з мікрометричним регулюванням ходу з погрішністю ±5µm; П-ЕЛ шар ZnS: Mn (0.5% мас.) завтовшки 1.2-1.5 µm; K — шар композиційного рідкого діелектрика, що складається з суміші кремнійорганічної рідини ПФМС-4 з порошкоподібним наповнювачем-титанатом барії BaTiO3 з розміром зерен 1.5-3.0 µм і концентрацією наповнювача в діелектриці приблизно 40% об'єму. Прозорий електрод з SnO2 отримували методом гідролізу хлорного олова. Шар люмінофора наносився вакуумтермичним випаровуванням в квазізамкнутому об'ємі, композиційний рідкий діелектрик наносили у вигляді пасти. Шорсткі підкладки отримували таким, що хімічним травленням ”гладкої” підкладки в плавиковій кислоті. За наслідками вимірювань за допомогою мікроскопа МІЇ-4 шорсткі підкладки мали рівномірно розподілені по поверхні мікронерівності з висотою і лінійними розмірами прядка 1 µm. Поверхневий опір прозорого електроду на ”гладких” підкладках складав 100о/D, на шарахуватих — 100пД.

Вольт-яскравісні характеристики (ВЯХ) МПКМ структури на шорсткій і ”гладкій” підкладках були отримані при збудженні досліджуваних структур синусоїдальною напругою частотою 1 і 5 kHz. Як джерело синусоїдальної напруги використовувався генератор Г3-56/1 з трансформатором, що підвищує. Яскравість досліджуваних структур вимірювалася за допомогою яскравоміра-люксметра ЯРЕМ-3.

Порівняння ВЯХ електролюмінісцентних структур (мал. 1.2,а) свідчить про те, що при близьких значеннях порогової напруги (при яскравості В = 1cd/m2) максимальна яскравість свічення електролюмінісцентної структури на шорсткій підкладці в області насичення ВЯХ в два рази більше відповідного значення яскравості структури на ”гладкій” підкладці на частоті 5kHz-1445 і 720cd/m2 і більш ніж в два рази на частоті 1 kHz-560 і 246 cd/m2. ВЯХ електролюмінісцентної структури на шорсткій підкладці має також вищу крутизну в порівнянні із структурою на ”гладкій” підкладці.

Із збільшенням товщини шаруючи композиційного рідкого діелектрика (мал. 1.5,b) відмінність порогової напруги структур на шорсткій і ”гладкій” підкладках стає істотнішою і складає порядку 60-70 V на частоті 5 kHz і 90-100 V на частоті 1 kHz. Як ВЯХ структури на ”гладкій” підкладці, так і ВЯХ структури на шорсткій підкладці не мають яскраво вираженого переходу ділянки різкого зростання ВЯХ в область насичення, характерного для тонко плівкових МДПДМ електролюмінісцентних структур.

Залежності яскравості B від частоти f (мал. 1.3, а, b) для структур з товщиною шару композиційного рідкого діелектрика dk = 40µm свідчать про те, що на ділянці різкого зростання ВЯХ для структури на шорсткій підкладці характерна лінійна залежність B(f) (показник ступеня б _f = 1), а для структури на ”гладкій” підкладці ця залежність носить сублінійний характер з би _f = 0.6. На ділянці насичення ВЯХ нахил прямих в координатах lgB — lgf для обох структур практично однаковий з показником ступеня б _f = 2/3, що узгоджується з результатами досліджень електролюмінесцентних структур з композиційним рідким діелектриком [5]. Як видно з мал. 9,b, із збільшенням товщини шару композиційного рідкого діелектрика до dk = 100 µm для структур на шорсткій і ”гладкій” підкладках практично однаковий і складає ~ 0.25 для ділянки різкого зростання ВЯХ і ~ 0.55 для ділянки насичення ВЯХ відповідно.

Збільшення максимальної яскравості електролюмінісцентної структури на шорсткій підкладці в порівнянні з ”гладкою” може бути пояснене локальним підвищенням значення напруженості електричного поля в шарі люмінофора, а також наявністю мікролінзового растру на підкладці і мікрорельєфу, що зменшує хвилеводний ефект, що дозволяє збільшити вихід випромінювання із структури.

Слід зазначити, що свічення електролюмінесцентної структури на шорсткій підкладці має більш яскраво виражену зернистість в порівнянні зі свіченням структури на ”гладкій” підкладці [5], що може бути пояснене мікролінзовим ефектом.

Рис. 1.2. Вольт-яскравісні характеристики електролюмінісцентних випромінювачів при: а — dk = 40 µm, b — dk = 100 µm; 1,3 — на шорсткій підкладці, 2, 4 — на гладкій підкладці; 1, 2 — f = 5 kHz, 3, 4 — f = 1 kHz.

Таким чином, використання шорстких підкладок у поєднанні з шаром композиційного рідкого діелектрика в електролюмінесцентних випромінювачах дозволяє істотно підвищити вихід випромінювання із структури і яскравість свічення випромінювача, що може бути використане при створенні електролюмінесцентних індикаторів на основі люмінофорів, яскравість свічення яких в звичайній структурі МДПДМ недостатня.

Рис. 1.3. Залежність яскравості електролюмінісцентних структур від частоти: а — dk = 40 µm, b — dk = 100 µm; 1, 3 — на шорсткій підкладці, 2, 4 — на гладкій підкладці; 1, 2 — на ділянці насичення ВЯХ, 3, 4 — на ділянці зростання ВЯХ.