Лабораторная работа №6 «исследование свойств электролюминесцентных материалов»

1 Цель работы

Изучение зависимости яркости свечения порошковых электролюминесцентных материалов от величины и частоты питающего переменного напряжения.

2 Общие сведения

Люминесценция - излучение, представляющее избыток над тепловым излучением тела и обладающее длительностью примерно 10^-10с и больше. Процесс люминесценции может быть вызван бомбардировкой вещества электронами и другими заряженными частицами, облучением вещества видимым и ультрафиолетовым светом, рентгеновскими и- лучами, а также химической реакцией, например, реакцией окисления. Люминесценция отличается от других видов свечения некоторыми особенностями:

1. Излучение люминесценции имеет другую длину волны, чем возбуждающий ее свет.

2. Люминесценция имеет конечное время затухания.

3. Яркость свечения люминесценции больше яркости свечения абсолютно черного тела при той температуре, при которой это тело находится.

4. Полное количество световой энергии, излучаемой люминесцирующими телами за интервал времени от момента прекращения возбуждения до конца свечения остается без изменения при нагревании тела. Если в результате нагревания время затухания уменьшается, то яркость свечения возрастает с повышением температуры.

5. Квантовый выход при фотолюминесценции может достигать единицы, при этом каждому поглощенному фотону соответствует испущенный фотон.

Люминофораминазываются вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений. (Термин от латинского слова «люмен» - свет и греческого «форос» - несущий. Вместо этого термина применяются также другие: светосоставы, фосфоры, кристаллофосфоры).

По способу возбуждения люминофоры подразделяются на следующие классы: 1. Фотолюминофоры (возбуждение световыми лучами). 2. Катодолюминофоры (возбуждение электронами). 3. Электролюминофоры (возбуждение электрическим полем). 4. Рентгенолюминофоры (возбуждение рентгеновскими лучами). 5. Радиолюминофоры (возбуждение корпускулярным излучением естественных или искусственных радиоактивных препаратов).

В данной работе изучается явление электролюминесценции. Различают два вида электролюминесценции (ЭЛ): инжекционную, возникающую, в частности на р-nпереходе, включенном в прямом направлении (светодиоды), и предпробойную, возникающую в сильных полях, близких к тем, при которых образуется электрический пробой. Предпробойная ЭЛ наблюдается, в частности, в порошкообразных цинксульфидньх (ZnS), электролюминофорах, помещенных в диэлектрик и расположенных между обкладками конденсатора в сильном переменном электрическом поле. В настоящее время оба вида электролюминесценции применяются весьма широко в электролюминесцентных устройствах.

На рис.7 показана схема устройства электролюминесцентного конденсатора (ЭЛК). Пространство между электродами электролюминесцентной ячейки заполняется электролюминофором смешанным с диэлектриком. Один из электродов должен быть прозрачным, второй электрод делается непрозрачным. В качестве диэлектрика в электролюминесцентных конденсаторах применяются заполимеризованные эпоксидные смолы, меламинформальдегидные смолы, полистирол и т.д. В настоящее время в качестве диэлектрика ЭЛК используется цианэтилцеллюлоза и ее производные, а также цианэтиловый эфир поливинилового спирта. Кроме того, возможно использование ЭЛК неорганических диэлектриков. Яркость свечения ЭЛК увеличивается при повышении до известных пределов диэлектрической проницаемости диэлектрика, в котором содержится порошок электролюминофора. ЭЛК нашли широкое применение в различных областях науки и техники. Они используются в качестве источников света, устройств для световой сигнализации, усилителей и преобразователей света, элементов памяти и т.д. Преимуществом электролюминесцентных устройств является возможность непосредственного преобразования электрической энергии в световую, сравнительно малая потребляемая мощность и большой срок службы (до 10000 ч). Однако ЭЛК обладают относительно малой светоотдачей (не выше 15 Лм/Вт).

Рис. 7 Схема устройства электролюминесцентного конденсатора:

1 - стекло, 2 - токопроводящий слой; 3 - слой люминофора с диэлектриком;

4 - второй электрод

Основными эксплутационными характеристиками ЭЛК являются яркость и спектр излучения, стабильность яркости во времени (старение электролюминофоров), энергетический выход, инерционные характеристики, температурные зависимости всех характеристик.

Яркость порошкообразных ZnS - электролюминофоров зависит от величины и частоты питающего переменного напряжения.

Вольт - яркостная характеристика ЭЛК (зависимость от яркости В от величины U) хорошо описывается эмпирической формулой

,

где В₀и b - постоянные для данного ЭЛК. Типичная зависимость приведена на рис. 8.

Частотная характеристика ЭЛК (зависимость В от частоты f приложенного переменного напряжения) для некоторых типов люминофоров выражается формулой: , где а и f₀- постоянные для данного ЭЛК (рис.9.).

Промышленные электролюминофоры ЭЛ-510М, ЭЛ-Ж), ЭЛ-455 и другие имеют различные значения параметров В₀, b, a, f₀.

Рис.8 Вольт - яркостная характеристика ЭЛК

Рис.9. Частотная зависимость яркости ЭЛК