|
| |
|
Слаботочка Книги ричных и мозаичных структур, малая потребляемая мощность, воспроизведение градаций яркости, полутонов; высокие разрешающая способность и быстродействие элементов; простота развертки (сканирования) изображения; наличие встроенной памяти; возможность создания экранов большой площади. 5. Эксплуатационные характеристики: диапазон рабочих температур, механическая прочность (вибрационная, ударная и т. п.); влагостойкость, устойчивость к проникающей ядерной радиации, долговечность, надежность, габаритные размеры и масса; плос-KOCTHocib (малая толщина индикатора). 6. Технологичность: обеспеченность необходимыми материалами со стабильными свойствами; возможность использования стандартных процессов планарной технологии (эпитаксии, диф-дузии, фотолитографии, напыления и др.) и групповых методов обработки; простота применяемых деталей конструкции; малое число этих деталей и внешних выводов; отсутствие вакуумных объемов; низкая стоимость. Данное перечисление не претендует на исчерпывающую полноту, не всегда удается однозначно расположить выдвигаемые требования по степени важности. Следует указать, что и принцип группировки неоднозначен. Тем не менее апробация того или иного физического принципа на возможность удовлетворения сформулированным требованиям дает достаточно правильный ответ о перспективности этого принципа при создании устройств отображении информации. Оптоэлектронные индикаторы. Эти приборы, соответствующие функциональному назначению индикатора и удовлетворяющие концепциям оптоэлектроники в части интегрируемости, технологичности, совместимости с микроэлектроникой, начали развиваться как альтернатива электронно-лучевым трубкам (ЭЛТ) с их принципиально неустранимыми недостатками: наличием вакуумного объема, громоздкостью, высоковольтностью, большой потребляемой мощностью. По физическому принципу отображения информации выделяют индификаторы с активным растром, в которых используется светогенерациониый эффект, т. е. преобразование электрической энергии в световую, и с пассивным растром, в которых управляющие электрические сигналы модулируют внешний световой поток. В индикаторах первой группы применяются различные виды люминесценции (инжекционная, газоразрядная, катодная и др.), тепловое излучение, лазерная генерация. Электрооптические эффекты, на которых основаны индикаторы второй группы, вызывают изменение коэффициента отражения или поглощения участков растра, вращение плоскости поляризации проходящего света, изменение цвета поверхности и т. п. Создано большое число разновидностей индикаторов обоих типов, при этом в качестве среды светоконтрастного растра используются полупроводники (моно- и поликристаллы, порошки), металлы, керамика, жидкости, газы. Ретроспективный анализ оптоэлектронных индикаторов и оценка перспектив приводят к представлению о трех «поколениях» приборов, характерных для данного направления оптоэлектроники. Первое поколение представляют светодиоды, дискретные сегментные индикаторы и многоразрядные монодисплеи. Основные их разновидности - полупроводниковые, газоразрядные и жидкокристаллические одноцветные приборы (1967-1973 гг.). Ко второму поколению относятся плоские многоцветные отображающие панели повышенной информационной емкости (до 10*... 10 знакомест), совмещенные (электрически и конструктивно) со схемами управления. Основные разновидности - жидкокристаллические экраны, плазменные панели, а также электро-хромные, тонкопленочные полупроводниковые, вакуумные люминесцентные устройства. Эти изделия начали появляться с середины 1970-х гг. и осваиваться промышленностью в 1980-е гг. Третье поколение индикаторной техники составят универсальные многоцветные плоские крупноформатные (более 1 м) панели сверхтелевизионной информационной емкости (более 10 знакомест), интегрально совмещенные с микропроцессорными схемами управления. Появление таких приборов для систем отображения информации относится к началу 1980-х гг., в значительной степени опо основывается на физических принципах приборов второго поколения. Приведенная сравнительная дифференциация в значительной степени условна, перечисленные качества характеризуют поколение в целом, но не обязательно каждый прибор. Переход индикаторной техники на каждый новый этап не перечеркивает достижений предыдущего; практически приборы нового поколения предназначаются для новых областей применения. Развитие оптоэлектронных индикаторов значительно потеснило ЭЛТ во многих системах отображения информации, однако в телевидении и дисплеях ЭВМ (основное по массовости и важнейшее применение индикаторов) по-прежнему используются только ЭЛТ. Это объясняется такими их преимуществами, как высокая разрешающая способность, воспроизведение большого числа градаций яркости, многоцветность, удобство растрового сканирования электронным лучом. Многочисленные прогнозы сходятся на том, что в этих областях ЭЛТ надолго сохранят свое доминирующее положение, если, конечно, в развитии оптоэлектронных индикаторов не произойдут качественные перемены. 8.2. ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ ИНДИКАТОРЫ Полупроводниковые индикаторы (ППИ). Появившись в промышленности в конце 1960-х гг., эти индикаторы по существу определили начало внедрения оптоэлектроники в системы отображения информации. Физической основой ППИ является инжекционная электролюминесценция, наиболее характерно проявляю- щаяся в прямозонных тройных соединениях GaAsP и GaAlAs и в непрямозонном GaP (см. § 2.4 и 5.3). Технологичность газовой эпитаксии предопределила преимущество GaAsi-xPx-индикаторов красного цвета свечения {х0,4); дополнительное их достоинство состоит в том, что при изменении концентрации фосфора можно получить оранжевое (л;«0,65) и желтое (л;я:0,85) свечения. Красный цвет свечения имеют GaP(Zn-О)-индикаторы, однако их яркость невелика; подлинный же интерес структуры GaP(N) представляют для создания индикаторов желтого и в особенности зеленого (/1,нзл560 нм) цветов свечения. Наибольшую яркость ч красной области обеспечивают GaAlAs-индикаторы, но они сложны и дороги (из-за применения жидкофазной эпитаксии) и поэтому имеют ограниченное распространение. Разработаны и успешно используются несколько конструкцш"! полупроводниковых индикаторов (рис. 8.2). В миниатюрном монолитном индикаторе сегменты создаются методом фотолитографии на GaAsP-кристалле с типичным размером 2x3 мм. Наборы таких кристаллов образуют индикаторы электронных наручных часов. Широко распространена гибридная конструкция, в которой каждый сегмент представляет собой отдельный излучающий кристалл; все сегменты монтируются на керамическое основание и опрессовываются пластмассой. Высокая яркость свечения светодиодных кристаллов позволяет использовать различные способы увеличения изображения: в многоразрядных монолитно-гибридных индикаторах для этой цели служит пластмассовая моноблочная линза; в конструкции со световодами кристаллы помещают в основании конически расширяющихся прорезей в пластмассовом основании. Крупноформатные полупроводниковые индикаторы группового пользования (с размерами цифр около 100 мм) набирают из дискретных светодиодов с увеличенной площадью свечения каждого. Полупроводниковые индикаторы нашли широкое применение главным образом в портативной электронной аппаратуре благодаря сочетанию ряда полезных качеств. Прежде всего это возможность перекрытия значительной части видимого диапазона спектра (от красного до зеленого), при этом генерируются практически спектрально чистые цвета. Вторая важная особенность заключается в полной совместимости ППИ с интегральными микросхемами управления: напряжение возбуждения не превышает 1,5 ...3,5 В, а потребляемый ток может быть менее 10... 1 мА. Как и другие приборы на монокристаллических полупроводниках, ППИ отличаются высокой эксплуатационной надежностью и практически неограниченной долговечностью. Совершенствование ППИ идет по нескольким направлениям; улучшение качества и снижение стоимости простейших дискретных и семисегментных индикаторов как приборов, пользующихся наивысшим спросом; создание индикаторов синего (голубого) цвета свечения, двухцветных индикаторов и приборов с перестраиваемым цветом свечения; поиски новых эффективных материалов для инжекционной люминесценции. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 [85] 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |