Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы

ГУРОВ В.С. 
КРУГЛОВ С.А 
СОЛДАТОВ В.В. 
 
 
 
 
 
 
 
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ 
ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ 
ИНДИКАТОРЫ 
 
Учебное пособие 
Рекомендовано физико – технический институтом им. А.Ф. Иоффе 
РАН (г. Санкт – Петербург) и Санкт – Петербургским 
государственным электротехническим университетом 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлению  
210100 «Электроника и микроэлектроника» 
регистрационный номер лицензии N 1176 от 20.03.2011 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
МОСКВА 
ГОРЯЧАЯ ЛИНИЯ – ТЕЛЕКОМ 
2011 

УДК 621.3.085.3(03) 
ББК 007:519.801 
     Г95 
 
Р е ц е н з е н т ы :  доктор техн. наук, профессор  Е. И. Теруков, Физикотехнический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург); доктор техн. наук, профессор  Ю. А. Быстров, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»  
 
Гуров В. С., Круглов С. А., Солдатов В. В. 
Г95      Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия–Телеком, 
2011. – 160 с.: ил. 
ISBN 978-5-9912-0190-2. 
В учебном пособии с позиций системного анализа изучены 
вопросы работы катодов газоразрядных знакосинтезирующих 
индикаторов (ГЗСИ). Определены задачи и проблемы автоматизации анализа деградационных процессов газоразрядных индикаторов. Исследованы рабочие поверхности катодов ГЗСИ с помощью электронного микроскопа, выявлены их наиболее общие 
недостатки. Показан пример реализации автоматизированной 
системы, предназначенной для анализа долговечности ГЗСИ. 
Для специалистов в области электронной техники, студентов и аспирантов технических вузов, обучающихся по направлению 210100 «Электроника и микроэлектроника». 
 
ББК 007:519.801 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 
Учебное издание 
Гуров Виктор Сергеевич, Круглов Сергей Александрович, 
Солдатов Виктор Васильевич 

Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы 

Учебное пособие 
Компьютерная верстка  И. А. Благодаровой 
Обложка  И. А. Благодаровой 

Подписано в печать  18.02.2011.  Печать офсетная. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 17,25. Тираж 500 экз. 
 
ISBN 978-5-9912-0190-2                               © В. С. Гуров, С. А. Круглов, 
                                                                         В. В. Солдатов, 2011 
                                       © Издательство «Горячая линия–Телеком», 2011 

ВВЕДЕНИЕ 

Классификация индикаторов 

1. По принципу светоотдачи: 
• 
пассивные – модуляция светового потока под действием 
электрического сигнала, сами не светятся; 
• 
активные – преобразование электрической энергии  
в световое излучение, сами светятся; 
2. По принципу действия: 
• 
накаливаемые УОИ – свечение раскаленного тела в вакууме; 
• 
газоразрядные УОИ – свечение газового разряда; 
• 
электронно-лучевые УОИ – высоковольтная катодолюминесценция; 
• 
вакуумные катодолюминесцентные УОИ – низковольтная катодолюминесценция; 
• 
электролюминесцентные УОИ – на основе предпробойной электролюминесценции; 
• 
полупроводниковые 
УОИ 
или 
светодиодные 
–  
инжекционная электролюминесценция; 
• 
жидкокристаллические индикаторы; 
• 
электрохромные 
индикаторы 
– 
изменение 
цвета  
под действием электрического поля; 
• 
электрофоретические индикаторы – на основе явления 
электрофореза; 
• 
электромеханические индикаторы. 

Вакуумные накаливаемые индикаторы (ВНИ) 

Элементы разной формы нагреваются электрическим током до яркого свечения. Материалы нити накала: вольфрам, рений, гафний. Материал покрытия нити накала: карбид кремния 
SiC (полупроводник). Выделяют 2 типа: собственно лампы накаливания и сегментные (от 4 до 10 сегментов). 
Яркость - до 
2
6000
...
5000
м
кд
5  
Напряжение 
В
5
...
2
. 

Введение 

Время реакции 
с
2
4
10
10
−
− ÷
. 
Потребляемый ток 
15
...
12
мА/сегмент. 
Рассеиваемая мощность 
60
...
50
мВт/сегмент. 
Срок службы до 
5
10
≅
ч. 

Вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ) 

В ВЛИ (рис. 1) используется низковольтная катодолюминесценция, вызываемая электронным потоком, энергия электронов достигает 20эВ; КПД 25...30%. При малой энергии электронов свет излучается только с поверхности слоя (несколько атомных слоев), поэтому плотность тока там велика. Увеличение 
энергии ведет к насыщению яркости, перегреву и температурному гашению люминесценции. 

 

Рис. 1 – Схематическое изображение ВЛИ 
Основой является стеклянная или керамическая пластина  
с углублениями для сегментов. Сетка может быть как отрицательной по отношению к катоду (запирающая), так и положительной (ускоряющей и фокусирующей). С помощью матричных ВЛИ можно получить удовлетворительное телевизионное 
изображение. 

Электролюминесцентные индикаторы (ЭЛИ) 

Электролюминесценция - все виды свечения, возникающего под воздействием на твердое тело электрического поля. 
Впервые описана в 1936г., применена - в 1950г. Основной элемент устройства – электролюминесцентная ячейка. Это плоский 
конденсатор с проводящими обкладками с электролюминофором в качестве диэлектрика. 

Введение 
5 

 

Рис. 2 – Схематическое изображение ЭЛИ 
Яркость растет с ростом переменного напряжения. ЭЛИ 
применяются в цифровых и аналоговых индикаторах устройствах отображения экранного типа. Простейшие ЭЛИ - семисегментные. Более надежные индикаторы - восьмисегментные 
(легче обнаружить сбой). Параметры: напряжение питания 
B
U
400
...
20
=
 с частотой 
Гц
f
4000
...
400
=
, мощностью  

P  до 100мВт. 

Пассивные индикаторы 

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) 

Физическое состояние вещества, в котором от приложенного электрического поля изменяются ориентация и оптические 
свойства молекул, называется жидкокристаллическим или мезоморфным. Это могут быть жидкости и твердые кристаллы, 
обладающие свойствами жидкости (текучесть, поверхностное 
натяжение, вязкость). Среднее удельное сопротивление жидких 
кристаллов 
см
Ом⋅
÷
10
6
10
10
. 

 

Рис. 3 – Схематическое изображение ЖКИ 
Два режима работы: на просвет или на отражение.  
Параметры: рабочее напряжение 
раб
U
 - до десятков В , рабо
чий ток 
мкА
I раб
1
=
 (на 1 знак), рабочая температура 

Введение 

C
t раб
0
55
20 +
÷
−
=
, потребляемая мощность 
2
1
см
мкВт
P =
 

(на 1 знак). 

Электрохромные индикаторы (ЭХИ) 

Основа работы – изменение цвета под действием электрического поля. В настоящее время разработаны приборы ЭХИ на 
основе: 
• 
реакции восстановления металлических оксидов (трехокись вольфрама 
3
WO ); 

• 
реакции 
восстановления 
органических 
соединений  
на поверхности электродов. 
Основа устройства – тонкая пленка 
3
WO . Три стадии работы: запись, запоминание, стирание. Запись и стирание происходят при подаче на электроды постоянного напряжения 
B
5,1
0,1
÷
. Параметры: время реакции 50мс, при 
К
Т
0
300
=
; 

срок службы - до 
7
10  циклов; 
0
25
=
раб
t
С; энергия для окраши
вания ЭХИ на 
4
3 −
WO
, на органических соединениях - 

2
2
см
мКл
I раб =
; потребляемая энергия при 
B
U
1
=
 - соот
ветственно 
2
2
4
см
мДж
и
; рассеиваемая мощность для сиг
налов с частотой 1 Гц составляет от 
2
8
2
см
мВт
÷
. Достоинства: малая мощность; широкий диапазон температур; малое 
рабочее напряжение (до 1 В); большая контрастность, не зависящая от угла зрения. Недостатки: небольшой выбор цветов; 
большое время реакции и релаксации; относительно небольшой 
срок службы. Для равномерного износа вещества (вследствие 
электрохимических процессов) обычно питают переменным напряжением. Диэлектрическая проницаемость ε  и показатель 
преломления n  зависят от ориентации молекул, поэтому являются анизотропными величинами. 

Электрофоретические индикаторы (ЭФИ) 

Основа работы – электрофорез – направленное движение  
в жидкости дисперсионных частиц (коллоидных, твердых, пу

Введение 
7 

зырьков газа и т.д.) под действием электрического поля.  
В ЭФИ используют движение пигментных частиц в окрашенной 
безводной жидкости. Изменяются коэффициент отражения  
и цвет рабочего вещества. С ростом температуры растет потребляемая мощность. 

 

Рис. 4 – Схематическое изображение ЭФИ 
Параметры: импульс напряжение питания 
B
до
Uимп
30
−
; 

плотность тока 
2
1
см
мкА
до
J −
; потребляемая мощность 

2
12
см
мкВт
Рпотр <
; 
диапазон 
рабочих 
температур 

2
0
50
15
см
мкА
t раб
÷
−
=
; ресурс работы - циклов. [161] 

Принципы работы и устройство ЭЛТ - мониторов 

 

Рис. 5 – Конструкция ЭЛТ - мониторов 
Кинескоп, называемый также электронно-лучевой трубкой 
(основные конструкционные узлы кинескопа показаны на  
рис. 5). Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, 
внутри которой находится вакуум. Один из концов трубки узкий 

Введение 

и часть стекла трубки покрыта люминофором (luminophor).  
В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - 
иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для 
создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического 
поля исходит поток электронов. 

 

Рис. 6 – Отклоняющая система ЭЛТ - мониторов 
Сквозь металлическую маску или решетку они попадают 
на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток 
электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы (см. рис. 6.) Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному 
закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения 
во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Путь электронного луча на экране схематично показан на 
рис. 7. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный. 

Введение 
9 

 

Рис. 7 – Путь электронного луча на экране 
Частота перехода на новую линию называется частотой 
горизонтальной (или строчной) развертки. Частота перехода  
из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой 
вертикальной (или кадровой) развертки. Амплитуда импульсов 
перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает  
с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых 
напряженных мест конструкции и одним из главных источников 
помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая 
узлами строчной развертки, также является одним из серьезных 
факторов учитываемых при проектировании мониторов. После 
отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной 
части 
трубки 
проходит 
через 
модулятор 
интенсивности  
и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энер
гию, 
2
2
1 mv
E =
часть из которой расходуется на свечение лю
минофора, где E  - энергия, m  - масса, v  - скорость. 
Электроны попадают на люминофорный слой, после чего 
энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов 
заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки 
люминофора формируют изображение, которое вы видите  
на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, 
применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся. Известно, что глаза человека реагиру

Введение 

ют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий 
(Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число 
цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную 
часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких 
элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам 
RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов – 
триады, рис. 8).  

 

Рис. 8 – Люминофорная триада 
Люминофор начинает светиться под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными 
пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, 
то их комбинация сформирует белый цвет.  

Принципы работы и устройство ЖК - мониторов  
(STN, DSTN, TFT) 

LCD-мониторы. Принцип работы 

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), 
которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает