Issuu on Google+

Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год УДК 681.883.7

Разработка алгоритмов и программ расчёта основных функциональных характеристик полноцветных тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов Ульяновский государственный технический университет Максимова Оксана, молодой учёный, Евсевичев Денис, молодой учёный Научный руководитель: Самохвалов Михаил Константинович, д-р физ.-мат. наук, профессор Одними из важных элементов функционирования систем человекмашина является средства отображения информации, к которым относиться индикаторная техника. В соответствии с нормативным документом [1], индикатор - оконечное устройство средства отображения информации, осуществляющее преобразование электрических сигналов в видимое изображение. К числу наиболее перспективных относятся индикаторные устройства на основе электролюминесцентных излучателей, которые занимают особое место среди активных индикаторных устройств благодаря своей плоской твердотельной конструкции, высокому быстродействию, широкому диапазону рабочих температур. К достоинствам тонкопленочных электролюминесцентных (ТПЭЛ) индикаторов относятся также высокие яркость, контрастность, разрешающая способность, радиационная стойкость, большой угол обзора и др. [3] Проведѐнный сравнительный анализ основных индикаторных устройств позволил составить таблицу 1. Таблица 1 Сравнительная таблица параметров основных видов дисплеев. Параметр Яркость Диапазон рабочих температур Угол обзора Время отклика Контрастность Среднее время безотказной работы Радиационная стойкость

ЖК дисплей 250 кд/м2

OLED дисплей 1000 кд/м2

ТПЭЛ дисплей 400 кд/м2

-30…+50

-40 … +70

-50 … +85

160° 15 мс 1300:1

170° 0,1 мс 1000000:1

>160° <1 мс 20000:1

50000 ч

35000 ч

100000 ч

низкая

низкая

высокая


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год Как видно из сравнительной таблицы ТПЭЛ дисплеи превосходят по светотехническим характеристикам жидкокристаллические дисплеи, однако уступают OLED дисплеям, что, впрочем, компенсируется высокими конструкторско-технологическими параметрами (среднее время безотказной работы, диапазон рабочих температур, радиационная стойкость). Отсюда вытекает возможность применение ТПЭЛ устройств не только в технике общего назначения, но и в военной, медицинской, космической технике, где предъявляются специфичные, а порой и жесткие требования к аппаратуре. Благодаря перечисленным достоинствам тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные устройства находят широкое применение в средствах отображения информации. Типы и конструкции тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов различаются составом и пространственным расположением слоев тонкопленочных структур, конфигурацией и взаимным расположением электродов, обусловленных требованиями к назначению и функциональным характеристикам индикаторных устройств. Наиболее типичная конструкция электролюминесцентных конденсаторов содержит пять слоев, нанесенных на диэлектрическую подложку [3]: проводящий нижний, диэлектрический нижний, люминесцентный, верхний диэлектрический, верхний проводящий (рис. 1).

Рис. 1. Типичная конструкция тонкоплѐночного электролюминесцентного источника излучения

Для описания работы электролюминесцентных приборов необходимо определить их основные электрические и светотехнические характеристики, а также конструктивные параметры [2]. Исследования ТПЭЛИ можно проводить в двух направлениях: 1) при использовании конструктивных параметров находить электрические и светотехнические характеристики; 2) при известных электрических и светотехнических характеристиках определять конструкцию индикаторного устройства и находить соответствующие параметры. Данные направления можно обозначить как задачи анализа и синтеза [2].


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год Предложена следующая последовательность расчѐта параметров тонкопленочного электролюминесцентного индикатора при анализе характеристик его элементов: 1. Расчѐт порогового напряжения Uп. 2. Расчѐт максимально допустимого рабочего напряжения Umax. 3. Расчѐт ѐмкостей Сд, Сл диэлектрических и люминесцентных слоѐв. 4. Расчѐт усреднѐнной мощности рассеивания Рср. 5. Расчѐт усредненной яркости Вср. 6. Расчѐт светоотдачи η. Результатом проектирования будут являться Uп, Bср, Pср, Umax, η при различных толщинах и материалах слоѐв. Установлена следующая последовательность расчѐта параметров тонкопленочного электролюминесцентного индикатора для решения задачи синтеза: 1. Расчѐт коэффициента видности исходя из значений функции видности для различных длин волн. 2. Рассчитывается значение толщины слоя люминофора по формуле. 3. Рассчитываем толщину слоя диэлектрика. 4. Последним этапом расчѐта являются расчѐт максимально допустимого рабочего напряжения Umax. При синтезе параметров элементов тонкопленочного электролюминесцентного индикаторного устройства выходным результатом являются толщины слоѐв. Светотехнические и электрические параметры определены техническим заданием. Результатом проведѐнной исследовательской работы является завершѐнная программа системы автоматизированного проектирования (САПР) для монохромного ТПЭЛ элемента. В настоящее время определена новая цель исследования: создание программного продукта обеспечивающего расчѐт функциональных характеристик полноцветного индикаторного устройства. Для создания полноцветных тонкопленочных электролюминесцентных экранов используются три варианта конструкций плоских индикаторов. В первом варианте используются последовательное нанесение пленок индикаторных элементов различных цветов. К недостаткам данной конструкции относится низкая надежность, обусловленная наличием большого числа слоев. Общее количество наносимых слоев более 15, поэтому выход годных электролюминесцентных панелей будет невысоким [3]. Второй вариант конструкции представляет собой структуру, соответствующую структуре одноцветного экрана, но люминесцентный слой наносится в виде трех располагающихся вдоль плоскости подложки и многократно повторяющихся полосок, состоящих из люминофоров с тремя основными цветами свечения. Данный вариант построения экрана позволяет получить индикаторные панели с более низкой разрешающей способностью, но с более высокой надежностью. Вместе с тем


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год конструкция требует усложнения технологии формирования люминесцентных слоев. Третий вариант полноцветного экрана предусматривает получение плоского источника излучения с одним слоем люминофора белого свечения, а излучения трех основных цветов формируются с помощью трех светофильтров, наносимых на стеклянную подложку. Однако данный способ построения экрана требует использования люминофора с высокой яркостью свечения, особенно в коротковолновой и длинноволновой областях видимого диапазона, например сборный люминофор SrS:Ce/ZnS:Mn [4]. В результате анализа представленных вариантов было определено о необходимости добавления в алгоритм программы выбора способа формирования полноцветного индикаторного элемента по двум видам технологии: 1) структура, состоящая из люминофоров с тремя основными цветами свечения; 2) структура с белым люминофором (также известная как «color by white» [4]). Также алгоритм программы должен учитывать назначение разрабатываемого индикатора. Различают мнемонические, знаковые, шкальные и матричные индикаторы. В зависимости от назначения индикатора определяется форма и расположение светоизлучающих элементов. Исходя из вышесказанного для создания программного продукта обеспечивающего расчѐт функциональных характеристик полноцветного индикаторного устройства были поставлены следующие задачи: разработка модуля проектирования тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных устройств с увеличенным набором контролируемых значений функциональных, эргономических характеристик и конструктивных параметров, необходимых на этапах проектирования и технологии тонкоплѐночных электролюминесцентных индикаторов, создание модуля разработки комплекта конструкторской документации на производство тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев и модуля взаимодействия с другими популярными программными продуктами. Совокупность разрабатываемых модулей может быть представлена в САПР ТПЭЛ индикаторов. Разрабатываемая САПР для тонкоплѐночных электролюминесцентных индикаторных устройств могут быть использованы для разработки конструкций и режимов работы приборов в лабораториях и конструкторских бюро, занимающихся проектированием и исследованием элек��ролюминесцентных источников излучения. Список литературы 1. ГОСТ 27833-88 Средства отображения информации. Термины и определения –М: Издательство стандартов, 1988. 2. Евсевичев Д. А. Автоматизированная система научных исследований процессов проектирования тонкопленочных электролюминесцентных средств отображения информации / Д. А. Евсевичев, О.В. Максимова // Материалы III-й Международной научно-практической конференции «Молодѐжь и наука XXI века» – Ульяновск: УГСХА, – 2010. – С. 31–34.


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год 3. Самохвалов М. К. Конструкции и технология тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов / М. К. Самохвалов. – Ульяновск: УлГТУ,1997. – 56 с. 4. Törnqvist R.O. TFEL Color by White / R.O. Törnqvist – Espoo, Finland: Planar International Ltd. – URL: http://www.planar.com/support/design-resources/


/Evsevichev_D