Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

что возбуждение импульсами со скважностью 2 по свое­

му характеру очень мало отличается от синусоидального. Рассмотрим теперь влияние длительности фронтов импульсов. Изменение длительности фронтов приводит к одновременному и противоположному изменению высо­ ты пика волны яркости и его ширины. Поэтому средний световой поток почти не зависит от длительности фрон­ тов импульса даже при значительном их изменении. Од­ нако чрезмерное возрастание длительности фронта мо-

ltlFLtl

Рис. 3..15. Зависимость яркости от длительности импульса при по­ стоянном периоде повторения Т:

а — зависимость В(т); б —форма возбуждающего напряжения при т<772; в — форма возбуждающего напряжения при х>Т12.

жет привести к существенному уменьшению длительно­ сти горизонтального участка импульса, что в свою оче­ редь приведет к уменьшению средней яркости.

Световое излучение электролюминофора в виде срав­ нительно коротких световых пиков приводит к тому, что пиковая яркость свечения значительно превышает сред­ нюю яркость, которую воспринимает человеческий глаз. Для оценки максимально достижимых световых потоков, создаваемых ЭЛК, и для применения электролюминес­ ценции в различных устройствах (например, запоминаю­ щих, передающих телевизионных и др.) необходимо кро­ ме средней яркости свечения также знать пиковую вели­ чину яркости.

Яркость Димп свечения за время импульса может до­ стигать десятков тысяч нит* и связана со средней яр-

* Конечно, глаз из-за своей инерционности такую яркость не за­ регистрирует и поэтому, .строго говоря, применять для оценки мгно­ венной яркости единицы, соответствующие зрительному восприятию, незаконно. Однако поскольку для нас важно лишь отношение мгно­ венной и средней яркостей, а изменением спектрального состава во время импульсов свечения мы пренебрегаем, рта неточность не должна повести к недоразумению.

141

костью В соотношением

где <7 — скважность возбуждающих импульсов. Это соот­

ношение хорошо соблюдается в практически наиболее важном диапазоне длительностей импульсов 0 ,1 — 2 0 мкс.

Приведенные рассуждения относятся к установивше­ муся режиму возбуждения и не объясняют влияния пред­ варительного возбуждения, действовавшего а ЭЛК ранее. Учет поляризационных эффектов в электролюминофоре [18] приводит к понятию «памяти» ЭЛК, имеющей прак­ тическое значение. Она проявляется в том, что форма

Рис. 3.16. Изменение амплитуды импульсов свечения в зависимости

волны яркости зависит от параметров поля, -приложен­ ного-не только в момент излучения волны яркости, но также и до исследуемого пика яркости.

С увеличением Т высота переднего пика постепенно уменьшается и при 7'>10 с он практически полностью исчезает, снижаясь до уровня шума. Задний пик при

142

риода повторения остается неизменным при различных амплитудах и длительностях возбуждающих импульсов. Эти два параметра меняют только абсолютную величину обоих световых пиков, практически не влияя на соотно­ шение амплитуд.

Форма наблюдаемой волны яркости усложняется, если интервал между импульсами становится незначи­ тельным (порядка долей миллисекунды), а амплитуда импульсов — большой. В этом случае возникает дополни­ тельный световой гшк, расположенный перед двумя ос­ новными пикамиУвеличение этого интервала приводит к быстрому уменьшению дополнительного пика, которое иногда сопровождается возрастанием переднего пика. В результате такого перераспределения энергии перед­ ний пик начинает уменьшаться только тогда, когда до­ полнительный пик практически исчезает.

Повышение температуры приводит к такому же изме­ нению формы импульса свечения, как и увеличение вре­ мени между возбуждающими импульсами. Исчезновение переднего и дополнительного пиков наблюдается при тем­ пературах 60— 100°С. Чем выше температура, тем быст­ рее уменьшается передний пик с увеличением периода повторения. Если возбуждающий импульс имеет растяну­ тый фронт, положение переднего пика яркости зависит от условий предварительного возбуждения. Максимум переднего пика приблизительно соответствует тому мо­ менту времени, когда амплитуда основного импульса становится равной амплитуде импульса, который создал предварительное возбуждение (рис. 3.17). Если импульс предварительного возбуждения больше или равен основ­ ному импульсу, то временное положение максимума пе­ реднего пика совпадает с моментом значительного умень­ шения крутизны фронта основного импульса.

При создании сложного предварительного возбуж­ дения импульсами разной амплитуды (рис. 3.18) на переднем пике возникает несколько максимумов, соот­ ветствующих моментам времени, когда амплитуда основ­ ного импульса последовательно достигает значений ам­ плитуд импульсов предварительного возбуждения. Необ­ ходимым условием наблюдения такой структуры являет­ ся сравнительно высокая (более 2 0 — 1 0 0 мкс) длитель­

ность фронтов основного импульса.

Положение максимума также зависит от спектраль­ ного состава свечения при одновременном излучении

143

двух полос максимум в зеленой полосе излучения соот­ ветствует большим значениям амплитуды основного им­ пульса и сдвинут правее максимума в синей полосе излучения (рис. 3.17). При различной полярности основ­ ных и предварительных импульсов положение максиму­ ма яркости от амплитуды напряжения не зависит. Су­ ществование «памяти» влектролюминофора о действии предыдущих импульсов напряжения необходимо учиты­ вать при конструировании электролюминесцентных уст­ ройств, имеющих некий порог срабатывания, так как изза нее величина этого порога может зависеть от преды-

стории. Например, введение дополнительных возбужда­ ющих импульсов позволяет осуществить запись сигналов, их запоминание и стирание. Индикатором уровня явля­ ется передний пик волны яркости: Время памяти поряд­ ка нескольких секунд.

Для понимания природы пиков включения и выклю­ чения необходимо учесть два обстоятельства. Во-первых, так как ЭЛК представляет собой электрически гетеро­ генную систему, которую приблизительно можно пред­ ставить в виде совокупности емкостей и сопротивлений, он всегда в какой-то мере дифференцирует приложенный к нему импульс напряжения. Это значит, что напряже­ ние, приложенное к каждому кристаллику злектролюминофора, оказывается не П-образным, даже если импульс

144

напряжения, приложенного ко всему конденсатору, имеет строго П-образную форму. В предельном случае может получиться, что на кристаллик действуют два коротких импульса противоположной полярности, соответствую­ щие переднему и заднему фронтам импульса внешнего напряжения.

Во-вторых, если даже импульсы не дифференцируют­ ся в такой степени, но если они следуют друг за другом хотя бы раз в несколько секунд или чаще, то к началу каждого импульса злектролюминофор сохраняет еще не­ которое возбуждение (запасенную светосумму) от пре­ дыдущих импульсов. Пик включения и есть высвечива­ ние этой светосуммы под влиянием приложенного напря­ жения. Он сильно зависит от длительности интервалов между импульсами [35]. Пик выключения, напротив, за­ висит от длительности импульсов. Первыми в область рекомбинации приходят электроны, бывшие в момент окончания импульса свободными, затем — освободившие­ ся из мелких ловушек, потом — из более глубоких и т. д. Вскоре после опустошения ловушек данного сорта концентрация электронов снижается во много раз как из-за рекомбинации, так и вследствие попадания элек­ тронов на ловушки теперь уже в области рекомбинации (причем вначале попадание на ловушки играет значи­ тельно большую роль, чем рекомбинация). По каким бы причинам ни снизилась концентрация свободных элек­ тронов, ее снижение приводит к соответствующему уменьшению яркости. Электроны, попавшие на ловушки, в конце концов тоже рекомбинируют и дадут свечение, но их рекомбинация растягивается на длительное время, а яркость возникающего при этом свечения оказывается незначительной. Это и есть тот фон, о котором говори­ лось выше.

Физическая природа памяти электролюминофоров в настоящее время неясна. Можно только сказать, что память связана со слож­ ным распределением электронов не только на уровнях разной глу­ бины, но и по объему кристаллика электролюминофора. Изложенная точка зрения на происхождение сложной волны яркости при импульс­ ном возбуждении электролюминесценции является, конечно, лишь очень приблизительным изображением действительной картины. В ча­ стности, особенности волны яркости «желтых» электролюминофоров не укладываются в описанную выше схему. Дело в том, что, как говорилось в гл. 1, излучение желто-оранжевой полосы марганца происходит в результате ударного возбуждения, а не ионизации и простая двухстадийная модель цикла электролюминесценции для этой полосы неприемлема.

Характеристики свечения ЭЛК при возбуждении пакетами синусоид

Выше были рассмотрены, по существу, два случая возбуждения ЭЛК: возбуждение непрерывным синусои­ дальным напряжением и возбуждение импульсным на­ пряжением. Теперь рассмотрим еще один возможный случай возбуждения: импульсное возбуждение пакетами синусоид. Предыдущие типы возбуждений можно рас­ сматривать как частные случаи возбуждения пакетами

Огибающая волны яркости

Рис. 3.19. Формы напряжения при возбуждении пакетами синусоид:

а — пакет синусоид, симметричных относительно нулевого уровня; б — пакет

синусоид, смещенный относительно нулевого уровня.

синусоид. Если длительность пакета велика, имеем обыч­ ное синусоидальное возбуждение, если частота синусои­ ды в пакете равна или меньше его длительности,— им­ пульсное возбуждение.

Пакеты синусоид могут быть двух типов: пакет си­ нусоид, симметричных относительно нулевого уровня (рис. 3.19,а), и пакет синусоид, смещенный вверх и являющийся суммой предыдущего пакета синусоид и

146

импульса напряжения (рис. 3.19,6). Из сравнения оги­ бающих волн яркости, соответствующих двум видам па­ кетов синусоид (рис. 3.19) следует, что возбуждение па­ кетом синусоид, симметричных относительно нуля, осо­ бенно невыгодно при пакетах малой длительности. При­ ближенно зависимость яркости от частоты выражается уравнением

где Ва — величина, зависящая только от амплитуды при­ ложенного напряжения, %<1 -

Если принять, что яркость свечения растет по экспо­ ненциальному закону в зависимости от числа я периодов синусоиды в пакете, то яркость свечения выразится урав­ нением

где п0— постоянная, равная 5— 10 периодам синусоиды. Так как

(здесь Тв равно длительности пакета), то

Из уравнения 3.27 следует, что с уменьшением Тв яр­ кость свечения падает, причем при малых Гв зависи­ мость Вп от частоты более крутая, чем при больших Тв- Экспериментальные кривые подтверждают сказанное.

При наличии в пакете постоянной составляющей зна­ чительное влияние на среднюю яркость свечения оказы­ вает сравнительно медленно затухающий всплеск излу­ чения на переднем фронте пакета. Форма, амплитуда и временное положение этого всплеска зависят от фазы включения формирователя пакетов (рис. 3.19,6). Влия­ ние фазы включения формирователя пакетов на яркость свечения проявляется тем сильнее, чем ниже частота си­ нусоидального напряжения и чем меньше длительность пакетов. При прочих равных условиях возбуждение па­ кетами с постоянной составляющей всегда дает боль­ шую яркость, чем возбуждение пакетами синусоид, сим­ метричных относительно нуля. Для получения макси­ мальной яркости необходимо, чтобы фаза включения формирователя пакетов равнялась 9Q°C. Однако фази­