Электролюминесцентный плёночный излучатель
Электролюминесце́нтный излуча́тель — излучающий полупроводниковый прибор, в котором используется электролюминесценция электролюминофора. В литературе[1] описаны порошковый и плёночный излучатели. Электролюминесцентный порошковый излучатель
Первые разработки порошковых излучателей относятся к 1952 году[2].
Порошковый излучатель представляет собой многослойную структуру, основанием которой является стеклянная или пластиковая пластина (подложка). На подложку наносится 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 (ZnS) селенид цинка (ZnSe), который, для получения большей яркости свечения, активируется примесями меди, марганца или других элементов. Зёрна (поликристаллы) сульфида цинка связываются между собой диэлектрическими материалами (органическими смолами) с высокой диэлектрической проницаемостью. По этой причине электролюминесцентные порошковые излучатели работает только при переменном напряжении на электродах (напряжение возбуждения 220 В при частоте от 400 до 1000 Гц).
4)Электронно-лучевые приборы (ЭЛП) — класс электровакуумных электронных приборов, предназначенных для преобразований информации, представленной в форме электрических или световых сигналов. В приборах используются сфокусированные потоки электронов, управляемые по интенсивности и положению в пространстве. Широко применяется в устройстве телевизоров, до 1990-х годов использовались телевизоры исключительно на основе кинескопа. В названии прибора отразилось слово «кинетика», что связано с движущимися фигурами на экране[2].
Основные части:
- электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор;
- экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;
- отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение.
По способу отклонения электронного луча все ЭЛТ делятся на две группы: с электромагнитным отклонением (индикаторные ЭЛТ и кинескопы) и с электростатическим отклонением (осциллографические ЭЛТ и очень небольшая часть индикаторных ЭЛТ).
По способности сохранять записанное изображение ЭЛТ делят на трубки без памяти, и трубки с памятью (индикаторные и осциллографические), в конструкции которых предусмотрены специальные элементы (узлы) памяти, с помощью которых единожды записанное изображение может многократно воспроизводиться.
По цвету свечения экрана ЭЛТ подразделяются на монохромные и многоцветные. Монохромные могут иметь разный цвет свечения: белый, зелёный, синий, красный и другие. Многоцветные подразделяются по принципу действия на двухцветные и трёхцветные. Двухцветные — индикаторные ЭЛТ, цвет свечения экрана которых меняется или за счет переключения высокого напряжения, или за счет изменения плотности тока электронного луча. Трёхцветные (по основным цветам) — цветные кинескопы, многоцветность свечения экрана которых обеспечивается специальными конструкциями электронно-оптической системы, цветоделительной маски и экрана.
Осциллографические ЭЛТ подразделяют на трубки низкочастотного и СВЧ диапазонов. В конструкциях последних применена достаточно сложная система отклонения электронного луча.
Кинескопы подразделяют на телевизионные, мониторные и проекционные (применяются в видеопроекторах). Мониторные кинескопы имеют меньший шаг маски, чем телевизионные, а проеционные кинескопы имеют повышенную яркость свечения экрана. Они являются монохромными и имеют красный, зелёный и синий цвет свечения экрана. Чтобы создать на экране изображение, электронный луч должен постоянно проходить по экрану с высокой частотой — не менее 25 раз в секунду. Этот процесс называется развёрткой. Есть несколько способов развёртки изображения. Кинескопы используются в системах растрового формирования изображения: различного рода телевизорах, мониторах, видеосистемах.
Осциллографические ЭЛТ наиболее часто используются в системах отображения функциональных зависимостей: осциллографах, вобулоскопах, также в качестве устройства отображения на радиолокационных станциях, в устройствах специального назначения; в советские годы использовались и в качестве наглядных пособий при изучении устройства электронно-лучевых приборов в целом.
Электролюминесцентный плёночный излучатель
Отличается от порошкового наличием между электродами однородной поликристаллической плёнки электролюминофора толщиной около 0,2 мкм, которая создаётся термическим испарением с осаждением в вакууме. Так как в электролюминофоре отсутствует диэлектрик, 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.
В 1974 году был разработан[2] трёхслойный плёночный излучатель с двумя изоляционными плёнками (Y2O3 и Si3N4) с высокой диэлектрической проницаемостью.
Электролюминесцентные плёночные излучатели уступают порошковым по экономичности и сроку службы.
Основные параметры
- Эффективная яркость — яркость свечения при определённой частоте переменного напряжения (для порошковых) и при определённом значении этого напряжения или плотности тока.
- Яркостная характеристика — зависимость яркости свечения от напряжения на излучателе. Больша́я нелинейность характеристики используется при создании матричных экранов для повышения контрастности изображения. Плёночные излучатели позволяют получить более высокую контрастность и разрешающую способность по сравнению с порошковыми.
- Кратность изменения яркости — характеризует крутизну яркостной характеристики при изменении напряжения на излучателе в два раза. Кратность изменения яркости порошковых излучателей не превышает 25, для плёночных — достигает 1000[1].
- Зависимость эффективной яркости от частоты (для порошковых излучателей).
- Спектр излучаемого света (цвет свечения), определяемый добавляемыми в люминофор активаторами.
Особенности и применение
Для электролюминесцентных плёночных и порошковых излучателей характерен большой разброс параметров, что является их недостатком.
Яркость излучателей значительно снижается в процессе эксплуатации. Снижение яркости за 1000—5000 часов работы может происходить в 2—3 раза[3].
Яркость свечения зависит от частоты и напряжения возбуждения и растёт с их ростом.
В зависимости от конструкции непрозрачного электрода с помощью электролюминесцентных излучателей можно отображать буквенную, цифровую, символьную информацию и строить на их основе матричные экраны. Электролюминесцентные излучатели могут использоваться в качестве источников рассеянного света, для создания световых информационных надписей и указателей.
6)Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.
LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпикселя применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.
Применение
Дисплей на жидких кристаллах используется для отображения графической информации в компьютерных мониторах (также и в ноутбуках), телевизорах, телефонах, цифровых фотоаппаратах, электронных книгах, навигаторах, также — электронных переводчиках, калькуляторах, часах и т. п., а также во многих других электронных устройствах.
Устройство
Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.
Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.
Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.
Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).
Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.
Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.
Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Преимущества и недостатки
В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малые размер и масса в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в зависимости от модели, настроек и выводимого изображения может как совпадать с потреблением ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров, так и быть существенно — до пяти[8] раз — ниже. Энергопотребление ЖК-мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight — задний свет) ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.
· С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:
· В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320×200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах[источник не указан 549 дней].
· Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
· Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) — на некоторых мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах), связанная с использованием блоков линейных ртутных ламп.
· Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
· Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
· Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от повреждений. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей. Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России — ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс — 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий — 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих.
· Пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, не подверженных ей.
· Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами), однако она встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.