1.2. Механизм свечения кристаллофосфоров

Свечение кристаллофосфоров под действием электрического поля объясняется с помощью зонной теории твёрдого тела. Простейшая схема энергетических уровней кристаллофосфора изображена на рис.1.

Рис.1. Схема энергетических уровней кристаллофосфора

Кроме уровней центров свечения (ЦС) на рисунке изображены так называемые электронные ловушки (Л). Электронными ловушками называются уровни, которые способны захватывать электроны из зоны проводимости, а затем за счёт тепловой энергии отдавать их обратно. Такие ловушки называют также ловушками захвата.

В настоящее время общепринятой является теория в двухстадийном характере ЭЛ. При наложении переменного электрического поля в электролюминофоре ZnS-Cuв каждый полупериод происходит создание области концентрации поля, ионизации центров свечения на «катодном» краю кристалла и перенос к другому краю кристалла (1 стадия). Ионизация, имеющая место на 1 стадии, носит характер ударной ионизации. Первичные электроны в зоне проводимости ускоряются электрическим полем и приобретают энергию, достаточную для ионизации центров свечения. Поэтому при соударении ионизируют их, т.е. отрывают «новые», вторичные, электроны (переход 1 на рис.1). Центр свечения при этом превращается в положительно заряженный ион. Первичные и вторичные электроны снова ускоряются и производят ионизацию других центров свечения, отрывая новые и новые и новые электроны. В кристалле образуются лавина (см. рис.2) электронов.

Рис.2. Образование электронной лавины в кристалле ZnS

Часть электронов может отгоняться к противоположному краю кристалла и захватываться ловушками (переход 3 на рис.1). За счёт этого прикатодная область становится обеднённой свободными носителями заряда, сопротивление резко возрастает и возрастает падение напряжения на ней, что приводит к концентрации поля в этой области.

На 2 стадии, когда электрическое поле меняет полярность, электроны возвращаются к центрам свечения и рекомбинируют с ними, давая излучение (переход 2 на рис.1). Кроме того, за счёт тепловой энергии () происходит выброс электронов из ловушек, после чего они могут либо рекомбинировать с центром свечения, либо ускоряться полем и участвовать в процессе ионизации.

1.3. Основные характеристики электролюминесценции кристаллофосфоров

Основными характеристиками ЭЛ кристаллофосфоров являются спектр излучения, вольт-яркостная характеристика, т.е. зависимость яркости свечения от напряжения возбуждающего поля и зависимость яркостиот частоты поля.

1.3.1. Спектры электролюминесценции

Спектр люминесценции – это распределение энергии излучения по длинам волн излучения, т.е. зависимость .

Спектры ЭЛ кристаллофосфора зависят от природы вещества и от природы и концентрации активатора. Они представляют собой широкие полосы, расположенные чаще всего в видимой части спектра.

Спектр ЭЛ зависит также и от частоты возбуждающего поля. Особенно резко эта зависимость проявляется в том случае, когда электролюминофор имеет несколько полос излучения. Например, в ZnS-Cu– люминофорах медь, являющаяся активатором, даёт две полосы люминесценции (см.рис.3): «зелёную» с максимумом, приходящимся на=520 нм, и «синюю» с максимумом – на=460 нм. Из рисунка видно, что по мере увеличения частоты возбуждающего напряжения в спектре увеличивается доля «синей» полосы.

Рис.3. Спектр излучения ZnS-Cuлюминофора при различных частотах возбуждающего напряжения