Индикаторы

на, в которой  вместо одной  из  стеклянных обкладок

обычного    ЖКИ    используется кремниевая  пластина,

содержащая схему  управления и имеющая на своей 

поверхности   матрицу элементарных электродов.

Каждый из этих электродов является оптическим

отражателем. Такое  технологическое совмещение растра

и схемы управления резко сокращает число внешних

выводов.

Совершенствование ЖКИ ведется в направлении получения цветных изображений (для этого привлекаются иные, отличные от описанных, электрооптические эффекты), повышения быстродействия, долговечности (значения, близкие к 105 ч, представляются вполне реальными), создания злементов с встроенной памятью.

3.3 Газоразрядные индикаторы (ГРИ) являются примером того, как влияние конструкторско-технологических идей микроэлектроники заново преобразует «старую» традиционную область техники.

Основу любого прибора этого класса составляет элементарный газоразрядный промежуток (рис. 3.10). За-жигание и поддержание разряда требует высокого напряжения (U_заж≈80 ... 400 В, U_гор≈50 ... 300 В), ток близок к 1 мА. Заполнение рабочего объема неоном дает оранжевое свечение, а гелием и аргоном — желтое и фиолетовое. Возможно и непрямое преобразование энергии: разряд в ксеноне (УФ излучение) в сочетании с фотолюминофорами желаемого цвета свечения. Инерционность газового разряда определяется в основном временами его гашения (10^-7 ... 10^-8 с) и исчезновения плазмы (10^-6 ... 10^-4 с).

Используются  два основных режима работы. В режиме постоянного тока обязателен балластный резистор,

необходим и  элемент гашения разряда. Взаимодействие газа с электродами (рис. 3.10,а) сопровождается катодным распылением, особенно интенсивным при минусовых температурах. Значительно перспективнее высокочастотный разряд, для которого характерны самоограничение и отсутствие непосредственного кон-такта газа с электродами (рис. 3.10,6). 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Среди газоразрядных индикаторов выделяют: знаковые, шкальные и универсальные (плазменные

панели). На смену  громоздкой пакетной конструкции газоразрядной  лампы с десятью изолированными катодами, высвечивающими отдельные  цифры, пришел многоразрядный монодисплей  панельного типа, один из вариантов которого представлен на рис. 3.11. Его характерные особенности: плоскостность, малая толщина (несколько миллиметров), простота конструкции (всего четыре детали) и технологии. Две плоские электродные решетки из ковара, получаемые штамповкой или травлением, закрепляются на отдельных стеклянных пластинах, после чего части собранного пакета соединяются в горячем состоянии. Затем пакет вакуумируется, заполняется газовой смесью и герметизируется. Кроме катодных линейных элементов, формирующих изображение, электродные решетки содержат и внешние выводы.

Имеется много  разновидностей сегментных ГРИ, но все  они однотипны с описанным  прибором. Типичные значения высоты знаков составляют 5... 16 мм, число разрядов 3 ... 9. Для питания необходимо напряжение постоянного тока 170 ... 200 В.

Универсальный индикалэр или плазменная панель представляют собой двухкоординатную матрицу, содер-жащую не менее 104 ... 105 элементарных газоразряд-

ных ячеек. Разрабатываются  панели постоянного и переменного  тока, т. е. с внутренними и внешними элек-тродами (рис. 3.12). Высокочастотный экран питается двумя возбуждающими напряжениями от генераторов Г1 и Г2 (рис. 3.12,в): синусоидальным опорным с частотой в несколько килогерц, поддерживающим разряд, и записывающим (или стирающим) в виде коротких прямоугольных импульсов, «поджигающих» ту или иную ячейку.

В конструкциях рис. 3.12 центральная мозаичная пластина служит для изоляции разрядных промежутков  друг от друга, ею определяется разрешающая  способность экрана, близкая к 10 ... 20 лин/см. Ограничения области разряда можно добиться и без перегородок повышением давления газовой смеси, которое ведет к стягиванию плазменного шнура, возникающего в месте пересечения возбужденных X- и У-электродов. Идя по этому пути, можно существенно повысить разрешающую способность,

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

особенно у  панелей переменного тока.

Высокое напряжение питания и большое число эле-ментов

требуют довольно сложных схем управления. Тем не менее

на основе как  биполярных, так и МОП-транзисторов и спе-

циальных интегральных схем удается изготовить достаточно

компактные плоские  устройства, размещаемые на задней

стороне панели. Схемы управления не только воспроизводят 

на экране требуемые  образы, но и позволяют изменять интен-

сивность свечения, обеспечивая передачу до нескольких

десятков полутонов (градаций яркости). Для уменьшения чис-

ла выводов  от панели и упрощения схемы управления используют

принцип самосканирования, для реализации которого в 

центральной пластине делают специальные отверстия, соеди-

няющие определенным образом соседние ячейки друг с другом.

Вследствие этого  зажженное состояние, созданное  в одной 

ячейке, последовательно  перемещается по всем элементам 

строк и столбцов экрана. Для получения цветного изображения

изготавливается прозрачная панель (рис. 3.13), каждый слои

которой генерирует свечение определенного цвета (обычно К—О—В),

а требуемая  окраска обеспечивается соответствующим  управлением

этими слоями. Возможно и другое решение задачи: в панели

с ксеноновым наполнением (УФ излучение) создается сложное

люминофорное  покрытие (подобное триадам ТВ экрана), а 

газовый разряд «включает» нужный цвет. 

Уменьшить напряжение и мощность управляющих сигналов можно

лишь введением  в электрическую схему дополнительных электродов.

При сохранении напряжения анод — катод на уровне 200 ... 400 В

для включения  разряда в трехэлектродной схеме  необходимо лишь

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

20 ... 40 В, а  в четырехэлектродной (тиратронной)  — 2 ... 6 В. Мощность,

потребляемая  управляющей цепью, может быть снижена до 10^-4...10^-5

Вт, и устройство оказывается полностью совместимым  со стандартными

биполярными и  МОП-интегральными схемами. Но для  практической

реализации указанных  преимуществ необходимо создание индикаторов 

тиратронного  типа в панельной конструиции методами пленочной

технологии. Важнейшая  задача совершенствования плазмечных панелей 

всех видов  заключается в повышении их долговечности  до 104 . . . 105 ч 

на основеоптимизации  конструкции, тщательного подбора  материалов и 

отработки мас-сового производства. 

4. Применение  индикаторов 

Применение  индикаторов характеризуется прежде всего тем, что именно этими приборами электроника широко входит в быт человека. Можно упомянуть такие изделия, как электронные цифровые часы (рис. 3.21), калькуляторы, автомобильные индикаторные панели, настроенные шкалы радиоприемников, указатели программ телевизоров, индикаторы кухонного оборудования.

В промышленности эти приборы являются обязательным элементом периферийных устройств  ЭВМ, автоматизированных систем управления, контрольно-измерительной аппаратуры, сервисных устройств транспортных и связных систем. В военной технике системы отображения информации необходимы на командных пунктах, в различных навигационных устройствах, системах наведения, в приборных щитах самолетов, танков, подводных лодок ...

Все это предопределяет массовое производство индикаторных приборов: годовой выпуск приборов (в пере-счете  на знак) превышает 1 млрд., объем производства почти такой же, как у диодов всех типов, очень высоки и темпы  роста — удвоение объема за 5—6 лет.

Индикаторные  средства играют решающую роль в переходе от телефона к терминалу и к  видеотелефону; в будущем найдут свое разрешение проблемы твердотельного телевидения, электронной книги  и газеты. Не исключено, что совершенствование полупроводниковых светоизлучающих диодов даст в конце концов средство для воспроизводимого получения тех 10 млн. оттенков, которые насчитывают наиболее полные цветовые каталоги; решит все сегодняшние проблемы колориметрии; породит новые виды изобразительного искусства и в конечном счете начнет активно воздействовать на формирование эстетического мира человека. 

5. Четыре поколения  индикаторных приборов

Четыре  поколения индикаторных приборов может быть выделено на основе ретроспективного и перспек-тивного анализа их развития. Первое поколение характеризуется небольшим числом используемых физических принципов, низкими значениями к. п. д. и яркости, малыми информационными возможностями (N_эл≈1 ••• 10), болыиими габаритами, одноцветностью, высоким управляющим напряжением, малой долговечностью (<10³ ч), высокой стоимостью, ограниченным применением. Типичными представителями этого поколения являются газоразрядные пакетные индикаторы (типа «Никси»), первые образцы

ЭЛИ.

К типичным представителям второго поколения индикаторных приборов следует отнести полупроводнико-вые и жидкокристаллические индикаторы, многоразрядные люминесцентные и плазменные монодисплеи. Эти приборы характеризуются высокой яркостью свечения и контрастностью, экономичностью, приемлемой долговечностью (10⁴ ч), невысокой стоимостью. Эти каче-ства, а также повышенная информационная емкость (N_эл≈10 ••• 10³), совместимость с интегральными схемами управления обеспечивают широкое и многообразное применение индикаторов второго поколения. Как тенденция, проявляющаяся в отдельных представителях этого поколения, эти приборы характеризует многоцветность. Переход от первого поколения ко второму стал возможен благодаря привлечению новых физических эффектов и широкому и последовательному внедрению плоскостных конструкций и групповых методов обработки.

Третье поколение  будет базироваться в основном на тех же физических принципах, что  и второе, однако совершенствование  новых материалов и технологии позволит достигнуть еще большей экономичности  и ин-формационной мощности (N_эл≈10⁴ ••• 10⁵); долговечность превысит 10⁴ ... 10⁵ ч; многоцветность станет обя-зательным качеством табло и экранов. Совмещение с устройством управления избавит потребителя от труд-ностей применения и благодаря низкой стоимости распространение информационных средств станет повсеместным. Неким прообразом изделия третьего поколения могла бы служить трехцветная плазменная панель, существенно усовершенствованная в направлении экономичности, миниатюризации схем управления, повышения долговечности и надежности и снижения стоимости.

Четвертое поколение  индикаторных приборов можно наметить лишь контурно. Это полностью твердотельные  квазимонолитные всецветные универсальные  экраны с встроенным управлением, плоской  конструкции с рабочей площадью от 1 до 10⁴ см². Срок службы должен превышать (5...7)*10⁴ ч. Электронное обрамление экранов неизбежно должно будет использовать новые методы обращения с информацией. Не исключено также, что в этих приборах будут частично проявляться черты устройств отображения последующих поколений, в частности способность воспроизведения объемных голографи-ческих образов. Создание устройств четвертого поколения потребует не только коренного изменения технологии (совмещение групповой обработки с непрерывными процессами), но и открытия новых физических эффектов и синтеза новых совершенных материалов. Тем не менее большинство прогнозов сходится на том, что к начаяу XXI века это будет реализовано.