Структурно-параметрический синтез тонкоплёночных электролюминесцентных индикаторов

Евсевичев Денис Александрович; Максимова Оксана Вадимовна; Самохвалов Михаил Константинович

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ЭЛЕКТРОНИКА

УДК 004.02

Д. А. ЕВСЕВИЧЕВ, О. В. МАКСИМОВА, М. К. САМОХВАЛОВ

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ТОНКОПЛЁНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИНДИКАТОРОВ

Проектирование тонкоплёночных электролюминесцентных структур является комплексной задачей и требует значительного труда оператора. Разработанные методы структурно-параметрического синтеза позволяют решить данный тип задачи и составить конструкцию тонкоплёночного электролюминесцентного индикатора.

Ключевые слова: индикатор, проектирование, структурно-параметрический синтез, тонкие плёнки, электролюминесценция.

Индикаторные устройства, преобразующие электрические сигналы в видимое излучение заданного спектрального состава и пространственного распределения, являются основными частями современных средств отображения информации. 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 [1]. К достоинствам тонкоплёночных электролюминесцентных (ТПЭЛ) индикаторов относятся также высокие яркость, контрастность, разрешающая способность, радиационная стойкость, большой угол обзора и др. Благодаря перечисленным достоинствам ТПЭЛ индикаторы находят широкое применение в средствах отображения информации.

Наиболее типичная конструкция электролюминесцентных конденсаторов содержит пять слоёв, нанесённых на диэлектрическую подложку [2]: проводящий нижний, диэлектрический нижний, люминесцентный, верхний диэлектрический, верхний проводящий. Кроме указанной конструкции проектируются и другие типы источников излучения, имеющие отличное число диэлектрических слоёв. К достоинствам индикаторных устройств с меньшим числом слоёв относятся, как правило, меньшие значения управляющего напряжения, а к недостаткам - более

низкая яркость и светоотдача, меньшая надёжность. Для улучшения электрических характеристик и снижения пористости структуры иногда используют многослойные диэлектрические пленки.

Проектирование ТПЭЛ структур является комплексной задачей и требует значительного труда оператора-проектировщика. Разрабатываемые программные модули обеспечат автоматизацию расчётов основных электрических и светотехнических характеристик, а также конструктивных параметров ТПЭЛ индикаторных элементов.

Изучение структур ТПЭЛ индикаторов является комплексной задачей и требует значительного труда исследователей и разработчиков. Учёт всех требований, необходимость обеспечения высокой производительности труда разработчика и высокого качества разработки проектных решений обусловливает необходимость разработки специализированных подходов, методов к проектированию ТПЭЛ индикаторов.

Конструкторское проектирование индикатора включает этапы структурного синтеза и параметрического синтеза.

Первым этапом проектирования является селективный структурный синтез, заключающийся в поиске допустимых проектных решений и отсеве структурных элементов по параметрам длины волны, пороговой напряжённости и диэлектрической проницаемости люминофоров, электрической прочности и диэлектрической проницаемости диэлектриков. Для описания множества структурных решений были использованы морфологические И-ИЛИ деревья.

Рис. 1. Морфологическое И-ИЛИ дерево структуры ТПЭЛ индикатора

На рисунке 1 в прямоугольниках (в вершинах) отображены способы включения и элементы ТПЭЛ индикаторов. Связь типа «И», обозначаемая сплошной линией, характеризует компоненты, которые обязательно войдут в проектируемый индикатор; связь типа «ИЛИ» (пунктирная линия) характеризует компоненты, в которых только один из набора вариантов войдёт в проектируемый индикатор.

В процессе выполнения структурного синтеза ТПЭЛ индикатора формируется множество альтернатив конструкций индикаторного элемента. Итоговые конструкции ТПЭЛ индикаторов выбираются в параметрическом виде, т. е. без указания числовых значений параметров элементов.

Следующий этап - редукционный параметрический синтез, позволяющий рассчитывать оптимальные конструкции ТПЭЛ структур с учётом требований, предъявляемых к проектируемому индикатору, и на основе методов математического программирования.

Основными требованиями, предъявляемыми к ТПЭЛ индикаторам, являются высокие электрические и светотехнические характеристики и параметры, а также их стабильность во времени.

Принятие лучшего решения означает выбор из числа возможных, в котором с учётом всех разнообразных факторов будет оптимизирована общая эффективность структуры индикатора. Для ТПЭЛ индикаторов важнейшими характеристиками являются светотехнические и электрические. Такими функциями выступают зависимость максимальной яркости индикатора от толщины люминесцентного слоя и зависимость порогового напряжения от толщин люминесцентного и диэлектрических слоёв. Эти функции характеризуют такие параметры, как средняя мощность, средняя яркость, продолжительность свечения источника излучения. Формально задачу параметрического синтеза ТПЭЛ индикатора можно представить в следующем виде:

iF1(X) = Un(ёл, dд1,...,dдт) ^ min

F2(X) = Во(ёл) ^ max

при ограничениях

UA < Un

t(d„

' dд1,..., dдт

)

Ua > uп (dn , dд1,..., dдт)

d

dд^. .. dдт > 0

<

где ип(ёл, ёд1,..., ёдт) - функция зависимости порогового напряжения от толщин слоев;

Б0(ёл) - функция зависимости максимальной яркости от толщины люминесцентного слоя;

Итах(ёл, ёд1,..., ёдт) - функция зависимости

максимального напряжения от толщин слоев. При проектировании монохромных ТПЭЛ

индикаторов система принимает вид:

( \

Б„

£ Л л , , £ л

d л ■ d д1 +... + ■

• dn

£

д1

£г

^ min

h ■ c ■Лопт ■ K(X) ■ N

при ограничениях

■ d ^ min

Епл ■ d л + Епд1 ■ dд1 + ... + Епдт ■ dдт " UA > О

'пл ~л ' ^пд1 д1 пдт дт A

( \

Ua " Епл

d л > О

Vdд > О

£ £ d л ■ d д1 +... + ■ d дт

V £ д1 £дт J

i = 1,...,m

> О

Описанная многокритериальная задача решается методом идеальной точки с использованием штрафных функций. Найденные оптимальные значения конструктивных параметров (толщин люминесцентных и диэлектрических слоев), удовлетворяющих ограничениям, позволяют сформировать окончательную структуры ТПЭЛ индикатора.

Следующим этапом при проектировании ТПЭЛ индикаторов является этап квалиметриче-ского анализа конструкций ТПЭЛ индикаторов, позволяющий рассчитывать основные электрические и светотехнические характеристики при определённых на этапах синтеза конструктивных параметрах и сравнивать их с заданными техническими условиями.

Представленные методы были использованы при разработке в среде Delphi 7 с использованием императивного, структурированного, объектно-ориентированного язык программирования Delphi системы IDECSoft. Разработанная автоматизированная система представляет собой прикладное программное обеспечение, запускаемое

из операционной системы Windows. Программа работает непосредственно с пользователем, устанавливая необходимые связи для проведения расчета.

Представленные методы и разработанный на их основе программный продукт обеспечивают автоматизацию конструкторского проектирования ТПЭЛ индикаторов. Полученные в результате выполнения данной работы выводы и результаты могут быть использованы в лабораториях и конструкторских бюро, занимающихся проектированием и исследованием электролюминесцентных источников излучения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Евсевичев, Д. А. Автоматизированная система научных исследований процессов проектирования тонкоплёночных электролюминесцентных средств отображения информации / Д. А. Евсевичев, О. В. Максимова // Материалы III-й Международной научно-практической конференции «Молодёжь и наука XXI века». - Ульяновск : УГСХА, 2010. - С. 31-34.

2. Самохвалов, М. К. Методика конструкторского проектирования в системе IDECSoft / М. К. Самохвалов, О. В. Максимова, Д. А. Евсевичев // Информатика и вычислительная техника: сборник научных трудов 5-й Российской научно-технической конференции аспирантов, студентов и молодых учёных (ИВТ-2013) / под ред. Н. Н. Войта. - Ульяновск : УлГТУ, 2013. - С. 109-115.

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

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

Самохвалов Михаил Константинович, заведующий кафедрой «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ, доктор физико-математических наук, профессор. Область научных интересов: оптоэлектроника, материаловедение.

<

Текст научной работы на тему «Структурно-параметрический синтез тонкоплёночных электролюминесцентных индикаторов»