Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Индикаторы

1.1 Электрохромные индикаторы

Электрохромные индикаторы (ЭХИ) все чаще рассматриваются как возможные конкуренты ЖКИ. Устройство наиболее перспективной--тонкопленочной--электрохромной ячейки на основе трехокиси вольфрама ( WОз) представлено на рис. 3.17.

На стеклянную подложку с прозрачным проводящим покрытием активный материал наносится в виде тонкой (0,3 ... ... 1 мкм) пленки путем набрызгивания или термическим испарением. Затем напыляется тонкий слой диэлектрика, а на него второй -- золотой--пленочный электрод. При подаче отрицательного потенциала на электрод, примыкающий к электрохромному слою, инжектируются электроны и в материале возникают .центры окрашивания: цвет пленки становится густо-синим.

При перемене полярности инжекции электронов препятствует изолирующий слой около второго электрода, а электроны из ранее образованных центров окрашивания экстрагируются анодом. Важнейшей отличительной особенностью электрохромных материалов является наличие памяти: индикатор хранит записанную в нем информацию до тех пор, пока она не будет стерта, причем ни уменьшение напряжения, ни перерыв в его подаче не оказывает заметного влияния па качество картины. Время запоминания для разных веществ -- от нескольких минут до нескольких лет.

Электрохромные индикаторы очень экономичны:- на «перекраску» участка в 1 см² идет всего лишь 2 ... 20 мкК, причем напряжение питания может составлять десятые доли вольта. Это значит, что при высвечивании, например, минутной цифры в часах такой индикатор будет потреблять в десятки раз меньше энергии, чем ЖКИ.

В отличие от жидких кристаллов механизм работы ЭХИ, основанный не на рассеянии света, а на его поглощении, исключает искажения картины при ее наблюдении под разными углами зрения. Значительно шире рабочий диапазон температур: достижимо --50 … +100'°С. Основной физический недостаток ЭХИ--значительная инерционность; невысокая долговечность экспериментальных образцов объясняется обычными для тонкопленочных приборов процессами (миграцией примесей, пробоем, окислением границ и т. п.) и, возможно, будет повышена.

Электрохромным эффектом обладают и многие органические жидкости, в которых изменение цвета происходит в результате окислительно-восстановительных реакций и осаждения «окрашенных» молекул на катоде. Жидкостные ЭХИ имеют большее быстродействие (~20 мс), но эффект запоминания у них выражен гораздо слабее, чем у твердотельных.

1.2 Электрохимические индикаторы

Электрохимические индикаторы, основанные на различных эффектах, как правило, уступают электрохромным по определяющим характеристикам. Электролитические элементы для индикации символов были предложены еще в 30-х годах, но лишь сейчас, благодаря успехам в области синтеза необходимых материалов и в технологии, эти приборы могут приобрести практическое значение. Если ячейку, подобную жидкокристаллической, заполнить электролитом и к электродам приложить небольшое напряжение, то вследствие гальванопластического эффекта металл катода осядет на ранее прозрачном аноде и изменит его отражающие свойства. При отключении напряжения такое состояние «запоминается» на несколько суток. Приложение напряжения обратной полярности вновь просветляет анод.

Принцип действия и устройство ячейки электрофоретического индикатора поясняются на рис. 3.18. Пространство между электродами заполнено суспензией, состоящей из заряженных пигментных (например, белых) частиц, взвешенных в цветной (например, черной) диэлектрической жидкости. Прилагаемое постоянное электрическое поле в зависимости от полярности смещает частицы к тому или иному электроду. По мере закрепления пигментных частиц на прозрачном электроде появляется отчетливое белое изображение: при смене полярности цвет изображения меняется на черный. Электрофоретические индикаторы требуют значительно более высокого управляющего напряжения и большей мощности, чем ЖКИ.

Ячейка фотоэлектрохимического индикатора представлена на рис 3,19. При записи информации пространственная картина ИК излучения преобразуется в картину проводящих участков фоторезистивного слоя, которая, в свою очередь, вследствие протекания электрохимической реакции преобразуется в точно такую же картину газовых пузырьков. При считывании информации рассеяние видимого света пузырьками газа позволяет увидеть записанную картину.

Устройство, принцип действия которого показан на рис. 3.19, может рассматриваться как оптоэлектронный (вернее оптоионный) аналог фотопленки, допускающий многократную запись и стирание информации, а также как преобразователь-усилитель света.

1.3 Сегнетоэлектрические индикаторы

Сегнетоэлектрические индикаторы используют прозрачную сегнетокерамику на основе цирконата-титаната свинца- лантана (ЦТСЛ), представляющую собой твердый раствор двух соединений РbZrОз и РbТiOз, в котором часть атомов свинца замещена лантаном. Этой керамике присущ поперечный эффект Поккельса, причем он может проявляться локально на небольших участках тонкого образца. Эффект Поккельса, как известно, практически безынерционен, поэтому быстродействие сегнетокерамических индикаторов лежит в наносекундном диапазоне. ЦТСЛ-керамика обладает свойством памяти: обнаружено, что ориентация электрических доменов может сохраняться неизменной в течение двух лет и более. Значительная толщина керамической пластины (технологически трудно «опуститься» ниже ~10^-2 см) требует довольно высокого управляющего напряжения (~100 В), но его подача необходима лишь в моменты включения. Этим же определяется и невысокая достижимая разрешающая способность. Устройство сегнетоэлектрического индикатора, как и ЖКИ на основе твист-эффекта, требует использования поляроидных пластин.

1.4 Хемилюминесцентные индикаторы

Общее сопоставление индикаторных приборов, описанных в предыдущих параграфах, анализ многочисленных прогнозов и оценок позволяет сформулировать ряд положений:

Таблица 3.2 - Конструктивно-технологические показатели

1. Индикаторы характеризуются значительно большим числом параметров, показателей, свойств, чем другие электронные приборы. Это объясняется и двойственностью их роли (элемент электронной схемы и генератор зрительных образов) и «капризностью» такого «потре-

бителя», каким является человеческий глаз. Тем не менее для оценки перспективности того или иного индикаторного направления все разнообразие выдвигаемых требований можно свести к трем обобщенным: комфортность восприятия, долговечность, стоимость. Первое, наиболее широкое и наименее определенное, понятие в зависимости от условий применения содержит требования по яркости, контрастности, цветности, размерам знаков, допустимому углу обзора и т. п., т. е. определяет соответствие индикатора определенному комплексу психофизических и эстетических норм. Долговечность подразумевает и устойчивость прибора к различным механическим и климатическим воздействиям. При оценке стоимости индикатора принимается во внимание и стоимость его электронного обрамления (схемы управления).

2. Ни один из известных физических эффектов не удовлетворяет и, по-видимому, не сможет удовлетворить весь комплекс требований, предъявляемых к идеальному индикаторному прибору.

3. Наиболее полно требованиям комфортности восприятия, высокой долговечности, низкой стоимости отвечают полупроводниковые индикаторы, если иметь в виду не только достигнутый уровень, но и перспективу совершенствования в физическом (повышение светоотдачи, освоение всей цветовой гаммы) и технологическом (полный переход на групповую планарную технологию) аспектах.

4. Ближайший 10--15-летний период промышленного развития индикаторных приборов будет базироваться в основном на трех направлениях: полупроводниковом, жидкокристаллическом, газоразрядном, как наиболее универсальных, дополняющих друг друга, проверенных условиями массового производства и применения. Устройства малой информационной емкости (10 ... 10² знаков) будут комплектоваться и полупроводниковыми и жидкокристаллическими индикаторами, газоразрядные панели «закроют брешь» между этими приборами и ЭЛТ, т. е. позволят создать системы отображения с числом элементов разложения 10⁴ ... 10⁶. индикатор конструкция электрохромный электрохимический

5. При необходимости наиболее полного удовлетворения того или иного требования, даже с частичным ущербом для других свойств, правомочны следующие рекомендации:

--для эксплуатации в широком диапазоне температур и в условиях воздействия радиации предпочтительны накальные индикаторы;

--в условиях сильной внешней засветки кроме индикаторов с пассивным растром (ЖКИ и ЭХИ) работоспособны накальные и светодиодные индикаторы;

-- для систем отображения с большими размерами знаков оптимальны ЖКИ и ЭЛИ, при очень малых размерах (запись на фотопленку, наблюдение с увеличением) -- полупроводниковые индикаторы;

--для устройств с минимальным потреблением энергии наилучшими являются ЖКИ;

--для устройств с медленной сменой информации наиболее экономичны ЭХИ;

--для настольных приборов, эксплуатируемых в комнатных условиях с питанием от сети. удобны вакуумные люминесцентные и газоразрядные монодисплеи;

-- наилучшую совместимость с интегральными схемами управления обеспечивают полупроводниковые индикаторы (с биполярными ИС) и ЖКИ (с МОП-ИС):

--мультиплексный режим с наибольшим эффектом может быть применен при использовании полупроводниковых индикаторов;

--наибольшая долговечность (>10⁵ ч) практически может быть получена у полупроводниковых и накальных индикаторов (с недокалом).

6. На развитие всех индикаторных направлений накладывают отпечаток конструктивно-технологические концепции микроэлектроники: повышение степени интеграции, плоскостность конструкции, применение групповых методов обработки (планарная технология), использование активного вещества в виде тонких пленок, сокращение числа внешних выводов.

Вес сказанное относится к приборам, пригодным для отображения информации в виде знаков, таблиц, диаграмм, контурных рисунков, графиков, мнемосхем, указателей и т. п. Но вершиной индикаторной техники является создание микроэлектронного аналога телевизионной ЭЛТ.

Размещено на Allbest.ru