Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы (ППЗСИ)

Полупроводниковые индикаторы изготавливаются на основе светоизлучающих диодов с конца 60-х годов и являются исторически первыми оптоэлектронными индикаторами. В них используется явление инжекционной электролюминесценции в прямосмещенных р-п переходах на основе таких полупроводников, как GаР, GаАsР, GаАlАs, GаN, InGаN, SiC. Выбор материала определяется необходимостью получения заданных цветов свечения. Проблему создания единой технологии индикаторов всех цветов выполняют с использованием подходящих фотолюминофоров. Важной и сложной является задача получения приборов с перестройкой цвета свечения. Простейшее решение - помещение нескольких разных кристаллов в один корпус - для индикаторов не подходит. Могут использоваться (GaP- светодиоды, легированные одновременно азотом, кислородом и цинком, у которых при повышении инжекционного тока последовательно наблюдается красное, желтое, зеленое свечение). Однако цветовая насыщенность таких приборов невысока. Более перспективными представляются структуры с двумя p-n - переходами и с общей базовой областью. Усложнение светоизлучающего элемента позволяет расширить его функциональные возможности и в схемотехническом плане. Так, в GaP- структуре типа р+ - n – і - n+, фоточувствительная і - область образует внутреннюю положительную обратную связь, поэтому такой светодиод имеет динисторную вольтамперную характеристику, т. е. обладает «памятью».

Достоинства светодиодных индикаторов: высокое быстродействие, надежность и долговечность; хорошая устойчивость к механическим воздействиям; малые габариты и масса; возможность регулировки яркости и цвета электрическим путем. Одним из недостатков полупроводниковых индикаторов является то, что размеры светящихся областей относительно малы.

В полупроводниковых индикаторах используются следующие основные конфигурации высвечиваемых элементов:

- отдельные светодиоды, позволяющие высвечивать точку (индикаторы единичные);

- сегментные, позволяющие воспроизводить все десять цифр и несколько букв (цифровой индикатор);

- матричные с числом точек 36 (7x5+1), воспроизводящие все цифры, буквы и знаки стандартного кода для обмена информацией, графики (универсальный цифробуквенный индикатор);

- мнемонические ЗСИ, с помощью которых получают светящиеся мнемосхемы.

В сегментных ЗСИ каждый сегмент выполнен в виде отдельного светодиода. В одноразрядных – на корпус выведены выводы всех сегментов. В многоразрядных ЗСИ одноименные сегменты всех разрядов обычно соединены между собой. Индикация осуществляется в динамическом режиме, в котором последовательно высвечивается каждый разряд. При достаточно высокой частоте повторения тактов создается впечатление постоянного горения на индикаторе многоразрядного числа. Частоту следования тактов рекомендуется выбирать из соотношения:

F ≥ 30 m,

где m – число разрядов индикатора.

На рисунке 4.10изображен полупроводниковый семиэлементный цифробуквенный индикатор, который состоит из 7 светодиодов, имеющих форму полос, расположенных в одной плоскости «восьмеркой».

Одноразрядные светодиодные индикаторы обычно выпускаются с одним из двух типов соединений электродов: по схеме с общим анодом (рисунок 4.10, а) или по схеме с общим катодом (рисунок 4.10, б ). Для управления индикаторами с общим катодом на входные (анодные) выводы подают напряжение положительной полярности, а для управления индикаторами с общим анодом - отрицательной полярности по отношению к общему проводу.

Рисунок 4.10 - Семиэлементный цифробуквенный индикатор:

а) светодиоды соединены по схеме с общим катодом;

б) светодиоды соединены по схеме с общим анодом.

При создании монолитных многоэлементных матриц вполне достижимо получение 10³...10⁴ светящихся точек (т. е. 30...300 знаков) на одном кристалле площадью 1,5...15 см². Такие матрицы являются элементарной ячейкой наборного полупроводникового экрана. При использовании элементов, обладающих памятью и перестройкой цвета, могут быть созданы достаточно экономичные, малогабаритные, многоцветные экраны индивидуального использования с объемом одновременно отображаемой информации, эквивалентной 0,3-0,5 страниц машинописного текста.

Матричные ЗСИ также можно соединять на поразрядной базе по схеме с общим анодом (катодом), высвечивание определенного элемента осуществляется при приложении электрического напряжения к шинам соответствующих строк (рисунок 4.11).

Рисунок 4.11 - Соединение выводов сегментов в многоразрядном индикаторе

При выборе индикатора важным является расстояние и угол наблюдения, высота символа, яркость, контраст между индикаторными элементами и окружающим фоном, формат шрифта, размытие изображения и мелькание.