Примеры обозначения:

ИПД04А-К — индикатор полупроводниковый, единичный промышленного применения, номер разработки 4, классифика­ционный параметр А, цвет свечения — красный;

ИПЦ01А-1/7К — индикатор полупроводниковый цифровой промышленного применения, номер разработки 1, без встроен­ного управления, классификационный параметр А, одноразряд­ный, семисегментный, красного свечения;

КИПГОЗА-8Х8Л — индикатор широкого применения полу­проводниковый, графический, номер разработки 3, технологиче­ская группа А, число элементов 8 в строке и 8 в столбце (64 эле­мента), зеленого свечения;

ИПТ06Е-8Ж - — индикатор промышленного применения полу­проводниковый, шкальный, номер разработки 6, число элемен­тов 8, желтого свечения;

ИПВ70А-4/5Х7К — индикатор промышленного применения полупроводниковый, буквенно-цифровой со встроенным управ­лением, номер разработки 70, технологическая группа А, четы-

рехразрядный с числом элементов 5 в строке и 7 в столбце (35 элементов), красного свечения.

Вопросам конструкции и технологии производства ППИ посвящен ряд фундаментальных работ [1 — 4], поэтому в сле­дующих параграфах будут рассмотрены только те вопросы, которые необходимы для лучшего понимания последующего материала.

1.1.1. Единичные полупроводниковые индикаторы

Современные единичные индикаторы по своему конструктив­ному исполнению можно разделить на три группы: в бескор­пусном исполнении, с полимерной герметизацией, в металлостек-лянных герметических корпусах.

Бескорпусные единичные индикаторы, самые малочисленные по номенклатуре, конструктивно выполнены в виде отдельного кристалла без какого-либо корпуса. Приборы находят примене­ние в герметизированной аппаратуре, а также как источник излучения в некоторых видах оптоэлектронных приборов. Широ­кого распространения бсскорпусные ППИ в системах индикации не получили. Единичные индикаторы с полимерной герметиза­цией — самые массовые типы ППИ. Широкое распространение этих индикаторов объясняется тем, что они имеют низкую стоимость, поскольку производство их легко поддается автома­тизации, высокие светотехнические параметры, достигнутые благодаря перераспределению прохождения света в корпусе, широкий диапазон диаграмм направленности.

Полимерная герметизация легко позволяет создавать приборы с самой разнообразной формой информационного поля (круглые, прямоугольные, треугольные, квадратные). Индикаторы с поли­мерной герметизацией обладают высокой устойчивостью к внеш­ним механическим воздействиям. Недостатками этих индикаторов является их критичность к воздействию влаги и циклическому изменению температуры окружающей среды.

Среди единичных индикаторов имеются приборы с перемен­ным цветом свечения (красный-зеленый) типов ЗЛС331А, АЛС331А. Первый прибор выполнен в герметичном корпусе, второй — в полимерном. Оба прибора разработаны на основе GaP на одном кристалле с двумя переходами [4]. Изменяя про­ходящий прямой ток, можно получить промежуточные цвета свечения.

Индикаторы в металлостеклянных герметичных корпусах при­меняются в промышленной аппаратуре там, где требуется высо­кая надежность и устойчивость к внешним климатическим и механическим воздействиям. Индикаторы изготовлены в спе­циальном металлостеклянном корпусе, сверху прибор герметизи­рован стеклянным окном, на которое нанесена полимерная по­лусферическая линза со светорассеивающим наполнителем.

Среди индикаторов этой группы интерес представляет при­бор ЗЛ360А, Б. Прибор изготовлен в стандартном металлостек­лянном корпусе.

Источником видимого излучения является антистоксовый люминофор, представляющий собой сложное соединение фтори­дов редкоземельных элементов, покрывающий источник ИК излучения на основе GaAs. Невидимое излучение ИК диода возбуждает люминофор, который излучает видимый зеленый свет.

Преимущества рассматриваемых приборов перед обычными в следующем: чистый зеленый цвет, не меняющийся в процессе длительной эксплуатации и при изменении температур, малое падение напряжения (1,2 — 1,7 В), примерно квадратичная зави­симость силы света от тока. Кроме того, прибор является также источником ИК-излучения с мощностью 0,2 мВт, что может найти применение в схемотехнике. Недостатками таких приборов яв­ляются сложность технологии изготовления и низкий КПД.

1.1.2. Шкальные полупроводниковые индикаторы

Современные шкальные индикаторы (ШИ) по своему конст­руктивному исполнению можно разделить на индикаторы в бес­корпусном исполнении, с полимерной герметизацией без свето­провода, со светопроводом, в герметичных стеклокерамических корпусах.

Бескорпусные ШИ предназначены для работы в качестве линейных формирователей изображения в устройствах для запи­си информации на фоточувствительные материалы и в системах тепловидения.

Бескорпусные ШИ просты в производстве, можно монтиро­вать их в большие информационные массивы, осуществлять раз­личные принципы организации считывания информации. Конст­руктивно все они выполнены на одном кристалле, на котором сформированы излучающие элементы с размером поверхности от 30X30 мкм до 50X50 мкм. На кристалле имеются контактные площадки, необходимые для соединения ШИ со схемой.

Приборы с полимерной герметизацией без светопровода не получили широкого распространения и представлены в настоя­щее время одним прибором типа ЗЛС317А-Г/АЛС317А-Г красно­го и зеленого цветов свечения. Приборы позволяют осуществлять бесшовную стыковку.

Шкальные индикаторы со светопроводом — самый многочис­ленный и быстро развивающийся вид ШИ. Номенклатура совре­менных отечественных ШИ превышает 60 типов.

Индикаторы выполнены по гибридной технологии. В качестве основания использованы различные виды модификации металло-керамического держателя типа ДКИ. Выбор этого вида держате­ля важен и потому, что он позволяет внешней коммутацией выбирать любую схему под­ключения плавня (последо­вательную, параллельную или смешанную). Кристалл излучателя крепится к осно­ванию с помощью токопро-водящего клея. Крышка, яв­ляющаяся световодом, изго­тавливается из пластмассы ДАИФ.

Для увеличения контрастности у ряда шкал лицевая сторона световода окрашивается в черный цвет. Для уменьшения взаим­ной засветки сегментов боковые поверхности световода покры­ваются никелем. Металлизация уменьшает взаимную засветку, но одновременно несколько уменьшает силу света.

Все элементы прибора (держатель, кристалл, соединения и крышка со светопроводом) герметизируются в неразъемную мо­нолитную конструкцию оптически прозрачным рассеивающим компаундом. Для увеличения рассеивания света ряд конструкций лицевой стороны прибора покрыт продольными цилиндрическими микролинзами. Индикаторы выпускаются красного, зеленого и желтого цветов свечения. Все ШИ этого вида позволяют осуществлять бесшовную стыковку. Виды информационных полей шкальных индикаторов приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Вид информационных нолей шкальных индикаторов

Последней группой шкальных индикаторов являются приборы в герметичных стеклокерамических корпусах. Эти ШИ предназ­начены для применения там же, где используются бескорпусные ШИ, по требуется высокая надежность и механическая проч­ность. В качестве основания для таких ШИ взят стандартный керамический держатель. Кристалл крепится к держателю с по­мощью токопроводящего клея. Герметизация прибора осуществ­ляется плоским оптически прозрачным стеклом с помощью спе­циального клея.

1.1.3. Цифровые полупроводниковые индикаторы

Наиболее распространенным видом ППИ следует считать цифровые индикаторы (ЦИ), поскольку подавляющее количество информации воспроизводится в цифровом виде (часы, калькуля­торы, дальномеры, высотомеры и т. д.). В настоящее время выпускается свыше 150 типов ЦИ. Все ЦИ по своему конструк­тивному исполнению можно разделить на следующие группы: бескорпусные монолитные, монолитные в полимерной гермитиза-ции, гибридные с различными светопроводами, монолитные в стеклокерамическом корпусе.

Конфигурация информационных полей цифровых индикаторов приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Конфигурация информационных полей цифровых индикаторов

Бескорпусные ЦИ — сравнительно малочисленная группа индикаторов. Конструктивно они выполнены на монолитном кристалле с излучающими элементами и контактными площад­ками для присоединения выводов. Примером такого ЦИ является индикатор для наручных часов АЛС313А-5.

Основным технологическим преимуществом изготовления монолитных индикаторов является возможность создания любой конфигурации излучающих элементов с высокой точностью, существенным недостатком — большой расход полупроводни­кового материала при малой плотности элементов отображе­ния.

Вторым видом ЦИ являются монолитные индикаторы в поли­мерной герметизации. Это довольно ограниченная группа прибо­ров, их достоинства и недостатки таких же, как у единичных приборов в полимерной герметизации, кроме того, индикаторы требуют большого расхода излучающего материала. Группа этих индикаторов малочисленна и в основном включает в себя прибо­ры с малым размером цифры (2,5 и 5 мм). Типичными представителями таких ЦИ являются приборы типа ЗЛС314А (АЛС314А) и ЗЛС320А-Е. Индикаторы типа ЗЛС320А-Е (АЛС320А-Е) собираются на никелевой рамке, на которую крепятся излучающие кристаллы по одному на каждый сегмент, и целиком герметизируются полимером, цвет которого совпадает с цветом, излучаемым кристаллом. Для улучшения контраста сторона, противоположная излучающей поверхности, чернится. Другой тип этой группы цифровых индикаторов — ЗЛС314А (АЛС314А) — имеет монолитный бескорпусный кристалл, гер­метизированный красным полимером.

Наиболее распространенным типом ЦИ являются приборы гибридной конструкции с использованием принципа рассеивания света. Основу конструкции составляет керамический или тексто­литовый держатель, на котором крепятся с помощью токопрово-дящего клея излучающие кристаллы.

Для получения равномерного и достаточно интенсивного излучения в настоящее время широко используются два типа светопроводов: полый светопровод с рассеивающей пленкой и светопровод с отражающими зеркальными стенками, заполнен­ный специальным полимером, в который добавляют рассеиваю­щие свет частицы (стекло, кварц).

Конструкции этих типов используются при размере цифры более 5 мм. Вариантом гибридной конструкции является индика­тор с переменным цветом свечения типа ИПЦ02А, Б-1/7КЛ. Индикатор в зависимости от схемы подключения излучает красный или зеленый цвет, что расширяет функциональные возможности систем отображения, применяющих эти индикаторы. Такие индикаторы дают не только цифровую, но и цветовую информацию. Например, красный цвет означает высоту, а зеле­ный — дальность или цифры зеленого цвета индицируют безо­пасный режим работы, красные — аварийный режим. В приборе используется двухкристальный принцип создания различных цветов, красный на основе GaAsP, зеленый — GaP. Аналогично единичному индикатору, работающему на излучателе GaAs и антистоксовом люминофоре, выпускается ЦИ типа ЗЛС359А1, Б1, имеющий те же недостатки и достоинства, что и единичные индикаторы. Среди цифровых индикаторов имеются приборы со встроенным управлением 490ИП1 (К490ИП1) и 490ИП2 (К490ИП2).

Последней группой конструктивного исполнения ЦИ являются индикаторы полой конструкции на основе керамического держа­теля, герметизированного стеклянной крышкой. Эти приборы применяются там, где требуется высокая надежность и устой­чивость к жестким механическим и климатическим условиям эксплуатации. Типичными представителями являются приборы типа ЗЛС339А, ЗЛС348А и пятиразрядный индикатор ИПЦ06А--5/40К.

1.1.4. Буквенно-цифровые полупроводниковые индикаторы

Буквенно-цифровые индикаторы (БЦИ) позволяют отобра­жать цифры арабские и римские, буквы русского, латинского и греческого алфавитов и ряд других знаков и символов.

По своему конструктивному исполнению БЦИ можно раз­делить на две группы:

БЦИ монолитной конструкции со светопроводом,

БЦИ полой конструкции без светопровода.

К первой группе приборов относятся ЗЛС340А (АЛС340А) и ЗЛС357А (АЛС357А), имеющие 35 излучающих элементов (пять в строке и семь в столбце) и левую децимальную точку. Индикаторы собраны на многослойном керамическом держателе, на который с помощью токопроводящего клея крепятся излучате­ли. Вся конструкция покрывается полимерным светопроводом, заполненным светопроводящим компаундом. Второй разновид­ностью БЦИ является конструкция на керамическом держателе, который герметизируется стеклянной крышкой. Эта конструкция обладает высокой устойчивостью к внешним климатическим и механическим воздействиям. Наибольший интерес представ­ляют БЦИ в стеклокерамическом корпусе со встроенным управ­лением, к которым относятся приборы типа ИПВ70А-4/5Х7К, ИПВ71А-4/5Х7К и ИПВ72А-4/5Х7К, имеющие высоту 4,1 и 9 мм соответственно. Индикаторы позволяют осуществлять бесшовную стыковку как по горизонтали, так и по вертикали и создавать, таким образом, табло любых размеров. Наличие встроенного управления и мультиплексный режим работы позво­ляют резко сократить число выводов в схемах, а следовательно, и число паек (по сравнению с применением дискретных индика­торов) к уменьшить потребляемую мощность. Выпускается один тип индикатора ЗЛС363А на основе излучателя GaAs и антисток­сового люминофора.

1.1.5. Графические полупроводниковые индикаторы

Графические индикаторы (ГИ) являются с точки зрения отображаемой информации наиболее универсальными и позволя­ют воспроизводить любую информацию. Конструктивно выпол­нены по гибридной технологии на держателе, состоящем из нескольких сформированных пластифицированных керамических лент, на которые металлизированной пастой наносится опреде­ленная топология рисунка электрической схемы с «посадочными» местами для светоизлучающих кристаллов. Излучатели закры­ваются крышкой со световодами, заполненными прозрачным компаундом. Выпускаемые графические индикаторы имеют 64 излучающих элемента (8X8), размещенных в корпусе размером 10X10 мм или 20X20 мм. Среди графических индикаторов имеется прибор ИПГ01А-8Х8Л, основанный на принципе двои-

ного преобразования электрической энергии (излучателя GaAs и антистоксового люминофора).

Конструкция графических индикаторов позволяет осущест­вить бесшовную стыковку, что дает возможность использовать их для создания табло, экрана или бегущей строки. Использо­вание одного графического индикатора неэффективно и нецеле­сообразно.

1.2. Параметры и характеристики полупроводниковых индикаторов

Для того чтобы система или устройство отображения инфор­мации с применением ППИ работала надежно и эффективно, необходимо разработчику знать полную характеристику применя­емого индикатора. Система параметров, наиболее полно описы­вающая все свойства и особенности ППИ, включает в себя:

параметры, характеризующие ППИ как элемент системы «оператор — индикатор» и определяющие качество отображения информации и надежность ее восприятия;

параметры, характеризующие ППИ как элемент электриче­ской цепи;

параметры, характеризующие возможность функционирова­ния ППИ в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов (вибрации, ударов, температуры и т. п.);

параметры, характеризующие надежность работы.