7.4 Электрохромные индикаторы

К этому классу относятся индикаторы, в которых наложение внешнего электрического поля приводит к изменению цвета активного материала. В качестве веществ, меняющих свой цвет, могут использоваться триоксид вольфрама (WO₃), иридиево-оксидные пленки, ряд других неорганических оксидов, кроме того, в этих целях могут использоваться и некоторые органические вещества – виологены, биперилловые соли, некоторые жидкие кристаллы. Схематическое изображение электрохромного индикатора представлено на рис. 8.21. Слой WO₃ толщиной 0,1-1 мкм создается на стеклянной подложке – он наноситься на прозрачный электрод (пленку In₂O₃ толщиной 0,1-0,2 мкм), например, путем термического напыления. Поверх активного слоя напыляют слой диэлектрика (например, SiO₂ толщиной 0,05 мкм) и затем – пленочный электрод (золото, толщина пленки 0,01 мкм).

Если на прозрачный электрод такой ячейки подается отрицательный потенциал, из него в WO₃ будут инжектироваться электроны. В результате на катоде происходят реакции образования вольфрамовой бронзы и в активном слое возникают центры окрашивания: цвет пленки становится синим. Реакция образования вольфрамовой бронзы обратима: при перемене полярности питающего напряжения индикатор восстанавливает начальный цвет (инжекции электронов из пленки золота препятствует слой SiO₂). Рабочее напряжение подобных индикаторов составляет доли вольт, контраст 2:1 достигается примерно за секунду.

Рис. 7.21. Устройство твердотельного электрохромного индикатора:

1 – стеклянная пластина; 2 – прозрачный электрод; 3 – слой аморфного WO₃; 4 – слой диэлектрика; 5 – электрод

Важной особенностью электрохромного индикатора является наличие памяти: окраска активного слоя может сохраняться в течение многих часов, до тех пор, пока не будет подан импульс стирающего напряжения противоположной полярности. Заряд, требуемый для изменения цвета индикатора, оказывается очень малым (до 5 мКл/см²). Таким образом, приборы этого типа являются еще более экономичными, чем жидкокристаллические.

Основные недостатки электрохромных индикаторов: инерционность (время переключения может достигать 1 с) и недостаточная долговечность. Они выдерживают не более 110⁷ переключений, а это означает, что если их использовать, например, в часах для высвечивания секундной цыфры, то их срок службы составит не более 3000 ч. Быстродействие можно увеличить, используя в качестве активного материала не твердое вещество, а жидкость, однако срок службы при этом еще больше снижается (внутри ячейки могут происходить неконтролируемые химические реакции); слабее в последнем случае оказывается выражен и эффект памяти.

В целом, однако, электрохромные индикаторы вполне пригодны для высвечивания медленно меняющейся информации, когда отчетливее выявляются их достоинства – экономичность и высокий (не хуже, чем у жидкокристаллических индикаторов) контраст. Температурный же диапазон работы электрохромных индикаторов даже более широк (от -20 до +70C), и вдобавок информация может считываться при больших углах обзора, чем с жидкокристаллических.

Параметры основных типов оптоэлектронных индикаторов приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 – Параметры оптоэлектронных индикаторов

Тип индикатора	Яркость, Кд/м2	Цвет свечения	Время переключения, с	Управляющее напряжение, В	Расходуемая мощность на знак, мВт	Угол обзора
Активные
Вакуумные накальные	500-20000	Желтый Синий	10-2 – 10-1	5	50 - 1000	60
Вакуумные люминесцентные	30-1000	Зеленый Желтый Красный	10-3	50 – 70	100	45
Газоразрядные	50-900	Зеленый Желтый Красный	10-4 – 10-3	70 – 300	30 – 500	45
Светодиодные	10-400	Красный Голубой	10-8 – 10-6	0,5 – 10	10 – 700	50
Электролюминесцентные	10-70	Зеленый Желтый Красный	10-2	115 – 220	5	80
Пассивные
Жидкокристаллические	–	–	10-1	3 – 30	103 – 10-1	30
Электрохромные	–	–	10-2 – 1	0,1 – 1	10-3 – 10-1	60