рами светящейся области кристалла, а взаимное расположение этих элементов - взаимным расположением кристаллов на основании. Основание с кристаллами может быть либо помещено в полый герметичный корпус с плоским окном, либо залито оптически прозрачной пластмассой. Недостатки конструкции: значительный расход материала при больших размерах элементов изображений (АЛС305) и высокая трудоемкость сборки индикаторов с малыми размерами поля изображения (АЛ304). Эта конструкция широко применялась на ранней стадии разработок цифровых индикаторов. В настоящее время конструкция применяется для знаковых индикаторов с большими размерами поля изображения при малых размерах светящихся элементов и малой плотности упаковки кристаллов.

Гибридная конструкция индикатора на принципе рассеяния света (рис. 5.1) представляет собой набор одноэлементных кристаллов с малыми размерами, размещенных на основании корпуса. Взаимное расположение элементов изображения определяется взаимным расположением кристаллов на основании, а размеры элементов формируются специальным монолитным пластмассовым светопроводом. Оптическое преобразование точечного изображения света в изображение светящегося элемента индикатора осуществляется путем многократного рассеяния света внутри каждой из полостей светопровода, оптически изолированных друг от друга. Рассеяние света внутри полости обеспечивается или ее заполнением светорассеивающей пластмассой во время герметизации прибора (цифровые индикаторы АЛС321, АЛС324, АЛ0326, АЛС328, АЛС332, АЛСЗЗЗ, АЛС334, АЛС335) или диффузно рассеивающей пленкой, помещенной на лицевой поверхности светопровода (АЛС309).

Вместо набора одноэлементных кристаллов в знаковых индикаторах может быть использован набор линейных многоэлементных кристаллов (АЛС340А). Наконец, световод может быть составной частью керамического основания. Рассмотренная конструкция, естественно, сложнее простой гибридной. Главное ее преимущество - резкое снижение расхода материала в цифровых индикаторах - например, в приборе АЛС324 расход материала в 8

Рис. 5.1. Конструкция индикатора иа принципе рассеяния света АЛС324: корпус, 2 - вывод

Рис. 5.2. Конструкция монолитного индикатора АЛС339: ,. / - корпус; 2 -вывод

Рис. 5.3. Конструкция монолитного много- Рис 5.4. Конструкция моно-

разрядного индикатора АЛС318: литного многоразрядного ин-

1 - стеклотекстолитовое основание; 2 - вывод; 3 - дикатора на жестком ОСНОва-

моноблочная линза дии типа АЛС329:

1 - пластмассовый корпус; 2 - вывод; 3 - линза

раз меньше, чем в АЛ305. В настоящее время указанная конструкция является основной для цифровых и знаковых индикаторов с высотой знака более 7 мм и модулей экрана.

Монолитная конструкция (рис. 5.2) - многоэлементный кристалл, аналогичный бескорпусному индикатору, помещается в полый герметичный корпус с плоским окном (цифровые индикаторы АЛС339). Эта конструкция в наибольшей степени удовлетворяет жестким требованиям механического и климатического воздействия.

Монолитная многоразрядная конструкция с оптическим увеличением представляет собой несколько многоэлементных кристаллов, помещенных на общее основание. Для увеличения видимого изображения знака используется многоэлементная (по числу кристаллов) пластмассовая линза. Существуют две основные модификации данной конструкции:

жесткое керамическое или стеклотекстолитовое основание и моноблочная линза, механически закрепленная на нем (АЛС318, АЛСЗЗО) (рис. 5.3);

жесткая рамка и линза, формируемая в процессе пластмассовой герметизации (АЛС311, АЛС328, АЛС329) (рис. 5.4).

Обе модификации позволяют эффективно решить главную задачу - резко уменьшить расход материала в многоразрядных индикаторах с высотой знака 2,5... 5 мм.

5.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ И МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ИНДИКАТОРОВ

Проведенный в гл. 3 анализ позволяет оптимизировать параметры полупроводниковой структуры, потенциально обеспечивая достижение высоких технико-экономических параметров светоиз-110

лучающих приборов. Вместе с тем проблема оптимального конструирования ПЗСИ на зтом этапе решается не полностью, поскольку, во-первых, не учитывает в полной мере условий эффективного вывода излучения из кристалла и из корпуса прибора в целом (оптимизации потребительских характеристик), во-вторых, не обеспечивает возможности работы прибора с малыми топологическими размерами в области малых рабочих токов. Первая проблема связана с оптимизацией просветляющих диэлектрических покрытий, топологии контактов, оптически прозрачных конструкционных материалов (например, компаунда), с учетом специфики полупроводникового материала и геометрии корпуса прибора. Вторая проблема чрезвычайно актуальна при разработке приборов с малыми топологическими размерами светоизлучающих элементов (монолитные индикаторы, линейные щкалы). В связи с этим принципиальный интерес представляет последовательное рассмотрение перечисленного выше круга проблем.

ОПТИМИЗАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Полупроводниковый кристалл, размещенный в корпусе, представляет собой, несмотря на кажущуюся простоту, достаточно сложную оптическую систему, для оптимального построения которой необходим учет специфики процессов прохождения света через оптически прозрачные среды, зеркального и диффузного рассеяния, эффекта фокусировки корпусными линзами. Методологическую основу для последовательного рассмотрения указанного круга вопросов дает геометрическая оптика, прикладные аспекты которой применительно к спектральному оборудованию достаточно хорошо разработаны [102].

На первом этапе проектирования кристалла естественно стоит проблема увеличения коэффициента вьшода генерируемого в кристалле излучения.

Первым фактором, ограничивающим коэффициент выхода излучения, являются потери, связанные с полным внутренним отражением световых лучей, падающих на границу раздела полупроводникового материала и окружающей среды под углом, большим критического угла. Критический угол определяется законом Снелля:

sin Gi = п sin 02,

где Пг(Яг)-коэффициенты преломления полупроводникового материала и внешней среды; 61(62) - угол падения (преломления). При е>6кр = = arcsin(n/n) падающий луч отражается обратно в объем полупроводникового материала.

Вторым фактором, ослабляющим выходящее из кристалла излучение, являются потери, обусловленные зеркальным отражением от границы раздела. Коэффициент пропускания при нормальном падении световых лучей на гра-