- •Глава18.Электронные средства отражения индикации
- •2. Светодиодные уои
- •3. Газоразрядные и плазменные уои
- •4. Лазерные и голографические уои
- •5. Жидкокристаллические уои
- •6. Новые технологии, разработки, перспективы развития уои
- •7. Вопросы проектирования сои
- •8. Математическое обеспечение средств отображения информации
- •9. Вопросы проектирования программного
Глава18.Электронные средства отражения индикации
Содержание
Стр.
Введение 3
1.Электролюминесцентные УОИ 3
2.Светодиодные УОИ 7
3.Газоразрядные и плазменные УОИ 9
4.Лазерные и голографические УОИ 16
5.Жидкокристаллические УОИ 21
6.Новые технологии, разработки, перспективы развития СОИ 25
7.Вопросы проектирования СОИ 28
8.Математическое обеспечение СОИ 34
9.Вопросы проектирования программного обеспечения 38
Заключение 42
Контрольные вопросы 43
Введение
Развитие авиационно-космической науки привело к созданию сложнейших авиационных и космических комплексов, составной элемент которых является человек-оператор. Существенно изменился характер труда авиационного специалиста (летчика, инженера, техника и т. д.). Основными его задачами все более становятся: контроль процессов управления, принятия решения в нестандартных ситуациях, дублирование работы технических систем.
На ранней стадии освоения летательного аппарата изменения в составе приборного оборудования были минимальными, но вскоре анализ авиационных происшествий показал очевидную необходимость приборного переоснащения из-за несовершенства и неприспособленности применяемых приборов отслеживать и своевременно выдавать возросшую информацию экипажу.
Анализ развития отечественных и зарубежных бортовых устройств отображения информации (УОИ) показал перспективность использования электронных индикаторов. Переход к электронным УОИ позволил по сравнению с первоначальной компоновкой кабины экипажа уменьшить число приборов, светосигнализаторов и переключателей
В настоящее время для воспроизведения информации выпускается большое количество разнообразных по принципу действия индикаторных устройств. Это электролюминесцентные, светодиодные, газоразрядные и плазменные, лазерные и голографические, жидкокристаллические УОИ.
Электролюминесцентные УОИ
В основу электролюминесценции положено свойство некоторых кристаллических веществ—люминофоров—излучать свет под действием электрического поля. Электролюминесцентное свечение свойственно некоторым кристаллическим веществам, у которых под действием поля атомы переходят в возбужденное состояние. Широко применяют порошковые люминофоры на основе сульфидов цинка—кристаллофосфоры. Они являются полупроводниками с примесной проводимостью. Атомы примесей могут входить в кристаллическую решетку путем внедрения или замещения.
Места расположения примесных атомов называют центрами люминесценции (активации). В этих центрах электроны могут получать достаточную энергию для перехода в зону проводимости. При возвращении электронов в центры активации часть поглощенной энергии освобождается и появляется люминесцентное свечение. Чтобы привести атомы кристаллов в возбужденное состояние, необходима напряженность поля порядка 109В/м, в результате чего происходит разгон электронов и ионизация центров активации. Электроны, сталкиваясь с центрами активации, отдают им свою кинетическую энергию. Ионизированные уровни активации, рекомбинируясь с электронами зоны проводимости, излучают свет. Излучение происходит с того же энергетического уровня, который был достигнут при возбуждении. В результате возникает излучение в большом числе локализованных областей. Испускание квантов света — это последний этап любых областей и последний этап люминесценции.
В основу электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ) положен плоский конденсатор, диэлектриком которого служит связующее вещество — композиция органической смолы и люминофора, как на рис. 1. Один из электродов 2 конденсатора прозрачный, другой— металлический 4.В качестве прозрачного электрода, используют окись кадмия или двуокись олова. Металлический электрод имеет форму знака, который должен, отображаться УОИ. Под воздействием поля, создаваемого источником переменного напряжения возникает свечение участков люминофора 3,контактирующих с металлическим электродом. Стекло 1 выполняет защитную роль ЭЛИ.
Величина яркости ЭЛИ обычно в рабочих условиях находится в пределах 10—40 кд/м 2. Яркость свечения ЭЛИ зависит от частоты и амплитуды приложенного напряжения (рис. 2). При увеличении амплитуды возбуждающего напряжения усиливается ионизация центров активации, а с ростом частоты ускоряются процессы перехода люминесцирующих атомов в возбужденное и нормальное состояния. Это приводит к увеличению интегральной яркости ЭЛИ.
На практике часто для оценки величины яркости используют зависимость , (1)
где — коэффициент пропорциональности;— амплитуда импульса возбуждающего напряжения;— показатель, изменяющийся для порошковых фосфоров от 3 до 5. Изменение длительности импульсов возбуждающего напряжения до 100 мкс при постоянной скважности почти не изменяет яркости свечения. Яркость ЭЛИ изменяется во времени.
Рис. 1.Устройство электролюминесцентного индикатора:
1-стекло; 2-прозрачный электрод; 3-люминофор; 4- металлический электрод.
В,
кд/м 2
Рис. 2.Зависимость яркости от напряжения возбуждения при различной
частоте
Спектр света, испускаемого электролюминесцентными источниками, лежит в видимой части излучения и зависит от вида применяемого активатора: добавка меди вызывает голубое свечение, меди и алюминия - зеленое и т. д. С увеличением величины возбуждающего напряжения и частоты спектральный состав ЭЛИ смещается в более высокую область. Наибольшая яркость у ЭЛИ с зеленым свечением.
Знакосинтезирующие ЭЛИ конструктивно весьма просты, выполняются на основе порошковых электролюминофоров и имеют линейчатую структуру. Сегменты представляют собой металлизированные электроды. В качестве общего электрода используется прозрачный проводящий слой. Герметизация индикатора осуществляется эпоксидным компаундом. Цифросинтезирующие ЭЛИ обычно имеют семи-, восьми- и девятисегментную структуру и конструктивно выполняются либо в виде одиночных блоков, как видно из рис.3, либо в виде панелей на несколько десятичных разрядов. Знаковые индикаторы содержат большее число сегментов и обеспечивают отображение букв латинского и русского алфавитов, а также цифр.
Рис. 3.ЭЛИ с семисегментной структурой
Большое внимание уделяется разработке и исследованию различных видов матричных и мозаичных панелей на электролюминофорах. Простейшая люминесцентная матричная панель представлена на рис. 4. Стеклянная пластина 4 - для защиты панели от внешних воздействий. Шины-электроды могут быть получены фотолитографией, методом электрогравировки, путем вакуумного напыления электродов, через трафарет и т. д. Наименьшее расстояние между шинами, определяющее разрешающую способность экрана, должно быть больше толщины электролюминесцентного слоя, чтобы электрическое поле, возникающее между электродами, не приводило к появлению электролюминесценции в зазорах.
Недостаток таких панелей— сложность технологии изготовления и невысокое быстродействие, связанное с инерционностью высокочувствительных фотопроводников.
Рис. 4. Электролюминесцентная матричная панель:
1-слой электролюминофора; 2,3-взаимно перпендикулярные системы узких параллельных шин-электродов (шина 2 прозрачная); 4-стеклянная пластина.
Лучшие из них, выполненные на основе сернистого и селенистого кадмия, имеют время нарастания и спада фотопроводимости от единиц до десятков миллисекунд.