Автоматизация исследования тонкоплёночных электролюминесцентных структур

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 004.942

О. В. МАКСИМОВА, С. М. МАКСИМОВ, Д. А. ЕВСЕВИЧЕВ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОПЛЁНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СТРУКТУР

Посвящена актуальной задаче в области приборостроения - исследованию зависимостей электрических и светотехнических характеристик от конструктивно-технологических факторов перспективных тонкоплёночных электролюминесцентных (ТПЭЛ) индикаторов. Основными проблемами в данной области является высокая трудоёмкость научных исследований и медлительность процесса расчётов. С целью решения поставленных проблем была разработана автоматизированная система научных исследований ТЕЕЬ ЛЯБМ.

Ключевые слова: автоматизированное исследование, индикатор, тонкие плёнки, электролюминесценция.

Одними из важных элементов функционирования систем человек-машина являются средства отображения информации, к которым относиться индикаторная техника. К числу одних из наиболее перспективных относятся тонкоплёночные электролюминесцентные (ТПЭЛ) индикаторы.

Представленная на рисунке 1 типичная ТПЭЛ структура состоит из пяти слоёв, нанесённых на диэлектрическую подложку [1].

Рис. 1. Конструкция тонкоплёночного электролюминесцентного источника излучения

Наличие двух диэлектрических слоёв, отделяющих пленку люминофора от электродов, характеризует данное устройство как электролю-минесцентный конденсатор, что определяет необходимость в использовании переменного напряжения для возбуждения электролюминесценции. Для электролюминесцентных структур

© Максимова О. В., Максимов С. М., Евсевичев Д. А., 2013

с малой плотностью свободных носителей заряда в люминофоре в слабых полях приложенное напряжение распределяется между плёнками люминофора и диэлектриков в соответствии со значениями их геометрических ёмкостей. Таким образом, чем больше ёмкость диэлектриков, тем большая часть общего напряжения падает на слой люминофора. Главная роль диэлектрических слоёв заключается в ограничении заряда, проходящего через люминофор в рабочих режимах [2]. Необходимость применения таких слоёв обусловлена физической природой процесса переноса заряда в люминесцентной плёнке. Электролюминесценция в тонких слоях люминофоров связана с электрическим пробоем плёнок. Такие особенности ТПЭЛ структуры заставляют применять к материалам диэлектриков широкий круг требований. К ним, кроме высокой диэлектрической проницаемости и электрической прочности, относятся требования к механическим, тепловым, оптическим, физикохимическим и технологическим свойствам [2].

К люминофорам различных цветов свечения предъявляются такие основные требования, как высокая светоотдача, высокая яркость, совместимость технологии получения с другими элементами индикатора, низкие напряжения возбуждения, большой срок службы и ряд других [2].

В настоящее время в качестве материалов люминесцентного слоя используются широкозонные соединения А2В6. К таким соединениям относятся ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CaS, BaS, SrS и твёрдые растворы на их основе. Для получения различных цветов свечения производят активирование этих соединений легирующими

примесями, а именно медью, серебром, марганцем, переходными, редкоземельными элементами и их соединениями [3].

С учётом предъявляемых требований к материалам, исследование люминофоров и диэлектриков, а также расчёт влияния их взаимодействия на конечную ТПЭЛ структуру и её характеристики являются комплексной задачей. С целью её решения были выработаны методики проведения исследований материалов, а также разработана автоматизированная система научных исследований люминесцентных и диэлектрических материалов в ТПЭЛ индикаторах.

Исследование материалов слоёв электролю-минесцентного индикаторного элемента включает в себя анализ показателей ТПЭЛ структуры, сравнение экспериментальных и теоретических выходных параметров с целью определения погрешности измерения и выработки рекомендаций, а также составление базы данных люминесцентных и диэлектрических материалов. Данные направления были обозначены как задачи анализа, корректировки и накопления данных соответственно.

Решение задачи анализа характеристик ТПЭЛ индикаторных элементов включает получение информации о характере функционирования и значениях выходных параметров (пороговое напряжение, максимально допустимое напряжение, средняя рассеиваемая мощность, яркость свечения, светоотдача) при заданных структуре объекта, сведениях о внешних параметрах (частота возбуждения, амплитуда) и конструктивных параметрах элементов.

На основе анализа математического аппарата описания светотехнических и электрических характеристик [3] была разработана последовательность расчёта параметров тонкоплёночного электролюминесцентного индикатора:

1) расчёт порогового напряжения;,

2) расчёт максимально допустимого рабочего напряжения;

3) расчёт ёмкостей диэлектрических Сд и люминесцентных;

4) расчёт усреднённой мощности рассеивания;

5) расчёт усреднённой яркости;

6) расчёт светоотдачи.

Решение следующей задачи коррекции представляет собой определение относительной погрешности измерения яркости при заданном рабочем напряжении. На данном этапе вырабатываются рекомендации к измерительной установке либо к системе напыления плёнок.

Следующей решаемой задачей при автоматизированном исследовании ТПЭЛ структуры является сохранение и структурирование данных о

материалах и их свойствах. Для выполнения данной задачи организована система управления базами данных с локальной архитектурой (программа и база данных расположены на одном компьютере) с использованием механизма Borland Database Engine (BDE), входящего в состав Delphi 7, и работающая по стандарту Paradox, преимуществом которого является высокая скорость обработки данных. Данная система представляет собой инструмент для хранения обработки и передачи информации посредством администрирования реляционных баз данных.

Решение всех вышеперечисленных задач было осуществлено в программном продукте TFEL ARSM.

Автоматизированная система научных исследований TFEL ARSM представляет собой прикладное программное обеспечение, запускаемое из операционной системы Windows. Главное окно программы представлено на рисунке 2. Программа работает непосредственно с пользователем, устанавливая необходимые связи для проведения расчёта.

При запуске исполняемого файла TARS.exe на экране монитора появляется окно, разделённое на три функциональных области:

1) область выбора материалов слоёв люминофоров;

2) область выбора материалов слоёв диэлектриков;

3) область задания параметров проектирования ТПЭЛ конденсатора и полученных экспериментальных данных;

4) область расчёта.

В главном окне программы расположены кнопки управления приложением.

1) «Таблица материалов». При нажатии на эту кнопку осуществляется открытие интерфейса управления базой данных материалов люминофоров и диэлектриков. Здесь осуществляется выбор или регистрации нового материала с возможностями задания типа материала и его основных свойств.

2) Кнопка «Расчёт» запускает автоматизированный расчёт электрических и светотехнических параметров ТПЭЛ индикатора, а также решает задачу коррекции в случае установки флага «Расчёт погрешностей».

3) Кнопка «Открыть отчёт» осуществляет сохранение полученных результатов в формате *.pdf.

Разработанная система представляет собой программный модуль, анализирующий, систематизирующий, хранящий данные об исследованном ТПЭЛ индикаторе. По заданным конструктивным показателям осуществляется подсчёт светотехнических и электрических характеристик

Вьгіор <• і

Все цвета

І Ссстар Mn

!2rS Snfl

CttT*»

ibongy.rpi^ecx* {Порсгоо

85 07

Вь£оо до пс*.тш*.ов

СОСТ в* 11*0 п** ТС** 1 *

SO2

Y203Zi02

А120Э

НГО2

St3N4

Sm203

ВбТОЗ

5rT«03 v

< і іМ-Ш'

[S

IRf(X».v^

Сост *. ДШ ГЩ« IJM г| Лх* f*** 1І**** « j п (o'****

П л-«> ’г»*І  4 Є

Ркрой ДО П**Трк-*І IY203Z02 16 3.6

1$ 1 >

(ЛЯ Т«6ииммсг«см*Ж*

Тмами» сліпе *»<и

(Wm«o*op o.fi

ПервъЛ дк>пе*.тр** о 35

&торсЛ аи>о-*тр»г Qj2

П«р»<«тра4

Аип/игум *илр<ие**ю В ] во

Частоте рТu cqqq Пгкшваь устройства і

J* cneO»«WT6%ree 4»Wf

И врюстк нг 5 qi

И аме«ж»мое папски et*w В і gi

Dl>*C*«" погреенсоей

Aw*rve IJjhCTPpUMI ТС*і»ЛГИСИС*МГО

>ле»тродо«миесиеигнаго іпе^гссо

Zrfi Mn

T оліїм *с««ми>?ор* - 0.6 тм Пасаьбдолвмрю $02 T глин*.* гщт* о ди>'м»^рм>4 - 0.35 i»*n Внемли*'».tt*« Г2032Ю?

T о*мк^*« ••орсгсі д«<* »•« іс*« л • П.32 м*/.і Парсгдо» н*гр«м*м» • 104.64 В M.*.Iнещитв-н*» • 3&7.Z В Рабсил нагря **!»•*• » 19С*г<3141бЧ|

Ср«*нв«* г^линость • 5321,391 »^т

>^ім^ t>^ u»v< гнилости  067

f а>»«*«>*еит еномостм К 1.5651 • 683 > оор^ниеит внв*«сп« К I ломсвд расчетной: •

crwrpe m: >jvpms - 505 ь** Погтовг^ав epeH»v &па и v»f«aw( педоосдое Т-1,Змс

Сестоссй еьмсв п_о<* • 17 fc

0гтт>#*4«ьгил» спнсггрлшя npw^tecH • 12510'*4

• • .

яркость в !«**♦ лгаре Во -10.25

• *<т

М».С**лЬ«*»ай ДОТОЭТО»* • мщ«-«тор« ft> -

j 2.188 IW&r

I f «Ои*й «prxow в «тopt Вер • 9.249 «иї

[ (ЩН*Я СВВТ *0*0*4 • M*%U* ЛТСИ» пер • 1 .006 fWBi

f'acser________J I Открыть от *вт 1

Закрыть

Рис. 2. Интерфейс программы TFEL ARSM

элемента. Особенностями программы являются снижение трудоёмкости и продолжительности измерений, отсутствие привязки к каким-либо определённым установкам напыления плёнок и измерения светотехнических и электрических параметров, что делает программу TFEL ARSM удобным инструментом изучения свойств материалов ТПЭЛ индикаторных элементов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

1. Евсевичев, Д. А. Автоматизированная система научных исследований процессов проектирования тонкоплёночных электролюминес-центных средств отображения информации / Д. А. Евсевичев, О. В. Максимова // Материалы IIIй Международной научно-практической конференции «Молодёжь и наука XXI века». - Ульяновск : УГСХА, 2010. - С. 31-З4.

2. Бригаднов, И. Ю. Получение и свойства диэлектрических и люминесцентных плёнок электролюминесцентных композиций на основе сульфида цинка / И. Ю. Бригаднов, М. К. Самохвалов // Известия вузов. Материалы электронной техники.- і998. - № 3. - С. 64-68.

З. Максимова, О. В. Разработка методов анализа и синтеза тонкоплёночных электролюми-несцентных элементов в индикаторных устройствах / О. В. Максимова, М. К. Самохвалов. -Ульяновск : УлГТУ, 2010. - 101 с.

Максимова Оксана Вадимовна, кандидат технических наук; доцент кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ, область научных интересов: оптоэлектроника, СВЧ устройства.

Максимов Сергей Михайлович, аспирант кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ. Область научных интересов: оптоэлектроника, схемотехника. Евсевичев Денис Александрович, младший научный сотрудник кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ. Область научных интересов: оптоэлектроника, программирование.