Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные устройства в настоящее время являются одними из наиболее перспективных для создания микроэлектронных средств отображения информации, особенно для специальной техники. К их достоинствам относятся: полностью твердотельная конструкция, высокая яркость, надежность, температурная стабильность, быстродействие, большой угол обзора, радиационная стойкость и др. К настоящему времени достигнуты значительные успехи в разработке и производстве индикаторов на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов: определены физические основы работы этих приборов, материалы с требуемыми свойствами, разработаны конструкции и технологии получения элементов и устройств, методы контроля параметров материалов и источников излучения. Вместе с тем остаются недостаточно исследованными процессы преобразования и рассеяния энергии электрического поля в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах, необходимые для разработки и проектирования индикаторных устройств на их основе. Вследствие сложности и многообразия явлений в многослойных излучающих системах необходимы исследования математических моделей этих взаимосвязанных процессов и экспериментальные исследования рассеяния энергии в конденсаторных структурах.
Цель и задачи исследований. Целью данной диссертационной работы является математическое моделирование процессов рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных элементах и устройствах для различных режимов работы и конструкций приборов.
Для достижения этой цели в ходе выполнения диссертационной работ были поставлены и решены следующие задачи.
Теоретический анализ и моделирование процессов рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах при возбуждении знакопеременным импульсным, симметричным пилообразным и гармоническим напряжением.
Моделирование процессов рассеяния тепла в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с использованием тепловых схем замещения.
Экспериментальные исследования процессов рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах.
Экспериментальные исследования процессов рассеяния тепла в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах.
Основные положения, выносимые на защиту. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов позволили вынести на защиту следующие основные положения.
Математическая модель рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах на основе представлений о квазиизолированной поверхности люминофора и самоэкранирования люминесцентного слоя и полученные аналитические соотношения позволяют определить потребляемую мощность индикаторных элементов и устройств для различных режимов возбуждения.
Общие закономерности и особенности экспериментальных зависимостей средней рассеиваемой мощности в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах от конструктивно-технологических факторов и условий измерений, обнаруженные с помощью измерений вольт-зарядовых характеристик.
Экспериментальные исследования рассеяния тепла и математическое моделирование с использованием тепловых схем позволили определить тепловое сопротивление и оценить разогрев тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов для различных режимов возбуждения.
Показано, что для моделирования неравновесных процессов рассеяния тепла при импульсном возбуждении электролюминесценции в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах и оценки разогрева пленки люминофора и толщины нагретого слоя применима одномерная модель полупространства, на поверхности которого расположен импульсный источник тепла.
Научная новизна. Впервые детально исследованы процессы рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных индикаторных конденсаторах при различных условиях возбуждения. При этом получены следующие новые научные результаты.
Впервые на основе моделей квазиизолированной поверхности и квазистационарного самоэкранирования люминофора разработан математический аппарат исследования процессов рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах при различных условиях возбуждения электролюминесценции.
На основе результатов математического моделирования установлены зависимости характеристик электрических процессов в тонкопленочных
электролюминесцентных конденсаторах от состава и свойств многослойных структур.
Впервые проведены экспериментальные исследования рассеяния мощности электрического поля в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах при различных условиях возбуждения с учетом влияния конструктивного оформления структур.
Впервые теоретически и экспериментально детально исследованы процессы теплопереноса в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах и созданы тепловые схемы многослойных светоизлучающих структур.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:
Разработанные математические модели рассеяния энергии и тепла в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах могут быть использованы для разработки конструкций и режимов работы приборов в лабораториях и конструкторских бюро, занимающихся проектированием и исследованием электролюминесцентных источников излучения.
Полученные аналитические соотношения применимы для разработки методик производственного контроля и расчета значений функциональных параметров, характеризующих свойства тонкопленочных электролюминесцентных элементов и индикаторных приборов.
Определенные по данным теоретических и экспериментальных исследований и по результатам математического моделирования рекомендации по выбору способов и режимов управления электролюминесцентными излучателями способствуют обеспечению требуемых значений параметров индикаторных устройств.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается адекватностью используемых математических моделей, корректностью упрощающих допущений, близостью расчетных данных с результатами экспериментальных исследований.
Личный вклад. В диссертации изложены результаты работ, которые были выполнены соискателем лично под научным руководством профессора Самохвалова М.К. Автор разрабатывал методики исследований, проводил теоретические расчеты и эксперименты, осуществлял обработку, анализ и обобщение получаемых результатов.
Апробаиия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 4-й Всероссийской научно-практической конференции (с
участием стран СНГ) (Ульяновск, 2004 г.), 10-й Военной научно-технической конференции "Актуальные вопросы совершенствования техники и систем военной связи на основе современных телекоммуникационных информационных технологий" (Ульяновск, 2004 г.), школах-семинарах «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники» (Ульяновск, 2004, 2005, 2006 гг.), Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2004, 2006 гг.), Международных конференциях «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, 2004, 2005, 2006 гг.), Межвузовской научно-практической конференции "Актуальные вопросы развития техники связи и автоматизации на базе современных технологий" (Ульяновск, 2004 г.), Всероссийском научно-практическом семинаре "Сети и системы связи", (Рязань, 2005 г.), Всероссийской научно-технической конференции "Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования", (Тамбов, 2006 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях УлГТУ в 2005-2007 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 2 статьи в журнале, входящем в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка используемых источников. Она изложена на 106 листах, содержит 15 рисунков и 1 таблицу. Библиографический список содержит 76 наименований.
