ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПАНЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И СПОСОБ ЕЕ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01J17/49 G09F13/26 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано для различных приборов, например, преобразующих электрический сигнал в светящееся изображение, отображающих световую информацию и т.п.

Известны способ и устройство для управления свечением газового разряда [1] Способ предусматривает возбуждение разряда постоянными по знаку или знакопеременными импульсами внутри вакуумированной колбы или трубки. Для этого имеется внешний первый электрод, охватывающий трубку, и второй внутренний электрод в виде стержня, ориентированного вдоль продольной оси трубки. Ось стержня при этом повторяет изгибы трубки, которые определяют форму каких-либо символов или другого изображения. Разряд в такой трубке горит в симметричном электрическом поле при напряжениях до 2000 В.

В этом устройстве (способе) формируемое светящееся изображение чего-либо (символов и т.п.) однозначно задано формой трубок и, соответственно, формой внутренних электродов, т.е. изображение строится исключительно одной светящейся линией, что снижает его информативность и сужает области использования. Более того, при распылении внутреннего электрода стенки трубки вдоль его длины покрываются продуктами данного распыления, что ухудшает оптические свойства трубки.

Известны также другие способы и устройство для управления свечением газового разряда [2] наиболее близкие по технической сущности к предложенным и использующие протяженный газовый разряд по типу световой рекламы в виде надписи, образованной длинной светящейся трубкой. Однако в этих решениях предложена оригинальная конструкция элементов для образования надписи в виде протяженной вакуумированной полости, внутри пакета по крайней мере из двух прозрачных диэлектрических пластин. Начало и конец такой полости расположены у периферийной части пластин, где размещены потенциальный и нулевой электроды, соединенные с выходом источника питания. Сама полость образована путем уменьшения толщины в одной или соответствующим образом в двух пластинах так, что при герметичном соединении пластин в пакет создается свободное пространство, подлежащее вакуумированию через узел отпайки. В этом устройстве появляется возможность выполнить параллельные между собой полости-каналы и тем самым несколько повысить его информативность путем переключения разряда с одной полости на другую (для этого предусмотрены специальные переключатели внутри полостей, перекрывающие их поперечное сечение). Для работы устройства должно выполняться условие постоянства площади поперечного сечения, чтобы обеспечить неизменное электрическое сопротивление плазменного столба на единицу длины полости. Указанные факторы, будучи жесткими условиями, не позволяют при формировании светящегося изображения использовать разнотипные по размерам, свечению и другим параметрам составляющие элементы этого изображения. Практически отсутствует и возможность управления изображением во время работы (кроме переключения с одной полости на другую).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей по отношению к прототипу, достигаемое за счет значительного расширения видов форм полостей (от плоских каналов до объемных фигур), изменения свечения за счет исключения условия постоянства площади поперечного сечения, получения возможности динамического управления путем изменения наполнения свечением разряда в полостях, одновременного получения разнотипного свечения в отдельных полостях.

Это достигается тем, что в способе управления свечением газового разряда, включающем возбуждение разряда в вакуумированной полости путем подачи напряжения на газоразрядные промежутки, регулирование свечения газа по крайней мере на одном участке вакуумированной полости, вывод свечения на экранную панель и формирование светящегося изображения, возбуждение разряда в отличие от прототипа осуществляют переменным электрическим полем с частотой 1. 200 кГц с неравномерным и асимметричным распределением относительно по крайней мере одного внутреннего контактирующего с плазмой разряда точечного электрода и распределенного внешнего неконтактирующего с плазмой электрода, а регулирование свечения газа осуществляют изменением амплитуды напряжения в режиме горения разряда с протяженным положительным столбом до порогового значения увеличения плотности тока и другого порогового значения скачка свечения на следующий фрагмент.

Указанная цель достигается также тем, что в соответствующем устройстве, содержащем вакуумированные полости внутри пакета по крайней мере из двух прозрачных диэлектрических пластин, потенциальный и нулевой электроды, один из которых размещен в полости у периферийной части пластин, и источник питания, выход которого соединен с выводами электродов, в отличие от прототипа нулевой электрод выполнен в виде участков проводящего покрытия на внешней поверхности пластин пакета, а источник питания выполнен по схеме генератора переменного напряжения.

Целесообразно, чтобы потенциальный электрод был размещен в ответвлении полости вне прямой видимости из ее рабочей области. Нулевой электрод может быть выполнен в виде прозрачной сетки. Полости могут быть выполнены с переменными размерами поперечного сечения, в том числе изменяющимися ступенчатым образом. Внутренние поверхности полостей могут быть выполнены с участками, покрытыми слоем люминофора, а между пластинами пакета выполнены безэлектродные дополнительные вакуумированные полости, не связанные с рабочими полостями. Рабочие полости могут содержать по крайней мере один дополнительный потенциальный электрод.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана общая конструктивная схема устройства; на фиг.2 схема соединения электродов с источником питания; на фиг.3, 4, 5 поперечные сечения пластин с различными вариантами формы и взаимного расположения вакуумированных полостей.

Устройство для реализации способа управления свечением газового разряда содержит как минимум первую 1 и вторую 2 прозрачные диэлектрческие пластины, например, из стекла (фиг.1). В варианте, показанном на чертеже, во второй пластине 2 выполнены каналы 3 и 4, которые при совмещении пластин 1 и 2 в пакет образуют внутренние полости, подлежащие вакуумированию. Откачка полостей производится через узлы отпайки (на чертеже не показаны), характерные для любых газоразрядных приборов со стеклянными колбами. При сборке в вакууме в этих узлах нет необходимости. Каждая полость содержит основной потенциальный электрод 5, в отношении которого целесообразно, чтобы он был размещен в ответвлении 6 этой полости вне прямой видимости из ее рабочей области. Каждая полость может содержать по крайней мере один дополнительный потенциальный электрод 7 в аналогичном ответвлении. Нулевой электрод 8, образующий с потенциальным газоразрядные промежутки, выполнен в виде участков проводящего покрытия, в частности, прозрачной сетки на внешней поверхности, например, первой пластины 1. Участки нулевого электрода могут быть расположены самым различным образом, но так, чтобы хотя бы частично перекрывать область полости, в которой предполагается с помощью этого участка возбуждение разряда. В пакете пластин, с помощью, например, выемки 9, аналогично может быть образована дополнительная безэлектродная полость. В случае тонких пластин силовым несущим элементом может служить металлическая или иная рама 10, охватывающая пакет пластин по их периферии. Потенциальные основные 5 и дополнительные 7 электроды подключаются своими выводами к соответствующему потенциальному выходу 11 источника питания 12 (фиг.2). Нулевые электроды 8 подключаются, например, к заземленному выходу 13 источника. Сам источник питания может быть выполнен по любой известной схеме управляемого низкочастотного генератора переменного напряжения (синусоидального, в виде прямоугольных импульсов и др.), обеспечивающего его амплитуду как правило более 500 В на выбранной частоте, лежащей в диапазоне 1-200 кГц.

Так, например, для управления свечением газового разряда для пластин с площадью изображения менее 5˙10^-2 м² можно использовать сигналы (частотный диапазон 1-80 кГц) с низкочастотного генератора ГЗ-118 (СССР), которые затем усиливаются усилителем мощности LV103 (ГДР) и через трансформатор с ферритовым сердечником подаются на электроды.

Поперечное сечение полости (фиг.3) может иметь самые разнообразные форму и размеры, изменяющиеся от сечения к сечению. Более технологичными являются такие полости, в которых это изменение происходит ступенчатым образом (фиг. 4), что позволяет с помощью границы между разными, например по глубине, полостями задавать границы между элементами формируемого изображения. При этом облегчается и выделение участков, покрытых слоем 14 люминофора.

В пакете может быть не две, а более пластин (фиг.5). При этом полости могут быть образованы как между двумя первыми пластинами 1 и 2, так и между второй 2 и дополнительной пластиной 15 пакета.

Участки проводящего покрытия, являющиеся нулевыми электродами, могут быть размещены на внешней поверхности не только одной (фиг.3), но и обеих наружных пластин пакета (фиг.4, 5).

Реализация способа и работа устройства заключается в следующем.

При подаче переменного напряжения на внутренний потенциальный и внешний нулевой электроды между ними формируется электрическое поле с неравномерным и асимметричным распределением. С ростом амплитуды напряжения, начиная с некоторого порогового его значения (зависит от частоты, расстояния между электродами, давления внутри полости и др. параметров), внутри полости возбуждается газовый разряд. Свечение разряда вначале локализуется вблизи потенциального электрода, а с ростом амплитуды последовательно распространяется на всю область вакуумированной полости происходит как бы вытягивание свечения от потенциального электрода. Интенсивность светового потока в первом приближении пропорциональна вложенной в разряд мощности. При увеличении амплитуды до первого порогового значения производят увеличение плотности тока в уже засвеченном фрагменте, затем при увеличении до второго порогового значения производят скачкообразное увеличение длины свечения до засветки следующего фрагмента. Сам разряд носит емкостной характер, т.е. его режим самосогласован с электрической емкостью между положительным столбом разряда и распределенным электродом. Путем регулирования амплитуды напряжения получают изменение яркостных, пространственных и других характеристик свечения, которые в сочетании с геометрическими параметрами полостей позволяют получать светящиеся изображения со сложными конфигурациями и световыми оттенками.

Выбор диапазона частот переменного напряжения обусловлен тем, что при частоте менее 1 кГц затруднено зажигание разряда,а ее увеличение более 200 кГц нецелесообразно, т.к. усложняется схема генератора, появляется необходимость защиты от высоких частот и пр.

Выполнение нулевого электрода в виде участков проводящего покрытия на внешней поверхности пластин пакета позволяет возбуждать разряд практически при любых конфигурациях вакуумированных полостей, что главным образом и определяет значительное увеличение возможностей по разнообразию формируемых изображений. В частном случае, когда проводящее покрытие выполнено по всей поверхности пластины, возбуждение разряда происходит во всех полостях одновременно. В общем случае, когда участков такого покрытия несколько и каждый из них изолирован друг от друга и отнесен к одной (нескольким) полостям, обеспечивается возбуждение разряда и соответствующее изображение в определенной области экранной панели. При этом введение коммутационного (управляемого) блока легко позволяет производить переключение участков и тем самым получать некоторое динамическое изображение.

Размещение потенциального электрода в ответвлении полости, например, в ее периферийной части, которая повернута относительно рабочей части так, что указанный электрод не виден со стороны этой рабочей части, позволяет резко уменьшить загрязнение внутренней поверхности полости продуктами распыления электрода при горении разряда. Ответвление и сам электрод при этом могут быть скрыты от наблюдателя рамой, охватывающей пакет пластин. Такое расположение потенциального электрода не оказывает какого-либо существенного влияния на режим горения разряда.

Экспериментально установлено, что не оказывает заметного влияния на режим разряда и конкретное выполнение как потенциального электрода, так и нулевого. Первый из них может быть выполнен в виде, например, пластинки, желательно из труднораспыляемого металла. Второй наиболее технологичен в виде прозрачной сетки,нанесение которой достаточно освоено в электронной технике и обеспечивает хорошее светопропускание.

Проведенные исследования показали, что возбуждаемый разряд достаточно устойчив и имеет хорошую равномерность и плавность изменения свечения в случае переменных размеров поперечного сечения вакуумированных полостей. Это дает возможность создавать в изображении, например, плавные переходы по интенсивности свечения и еще более увеличить набор приемов и получаемых световых эффектов при воспроизведении многоэлементного изображения. В частности, если указанные размеры поперечного сечения изменяются ступенчатым образом, то границы между разными по размерам участками (ребра ступенек) могут быть световыми границами элементов изображения вследствие скачкообразного изменения интенсивности свечения разряда.

Использование люминофора для покрытия внутренних поверхностей в полости позволяет достичь еще большего увеличения набора возможностей многообразия элементов изображения. С помощью цветовой гаммы и усиления яркости свечения в этом случае можно выделять отдельные элементы, подчеркивать, создавать разноцветные картинки и т.п.

При выполнении между пластинами пакета дополнительных безэлектродных вакуумированных полостей, которые не связаны с рабочими полостями, свечение в последних частично переходит в эти дополнительные полости (в плоскости пластин), что дает новые вспомогательные световые эффекты на изображении, например, для создания фона, светящихся рамок и т.п.

Для относительно протяженных вакуумированных полостей целесообразно вводить в нее по крайней мере один дополнительный потенциальный электрод, например, у противоположной грани пакета, если начало и конец полости расположены у этих граней. Дополнительный потенциальный электрод позволяет уменьшить амплитуду напряжения для полного заполнения полости светящейся областью разряда (положительным столбом) и обеспечивает дополнительный эффект, когда вытягивание свечения осуществляется сразу из разных точек периферии пакета пластин. Естественно, что дополнительный электрод лучше располагать в ответвлении полости, как и основной электрод.

Таким образом, представленные сведения подтверждают возможность осуществления изобретения и достижения заданного технического результата.

Использование: информационная техника, газоразрядные приборы отображения информации. Сущность изобретения: в газоразрядный панели отображения информации с обкладочными пластинами, в одной из которых выполнены пазы в виде знаков, один из электродов размещен в периферийной части паза, а другой электрод выполнен в виде покрытия на внешней поверхности обкладочной пластины и заземлен. Внутренний электрод подключен к источнику ВЧ- напряжения регулируемой амплитуды. В способе управления панелью производят увеличение амплитуды напряжения генератора до порогового значения повышения плотности тока уже засвеченного фрагмента изображения, а затем до порогового значения скачкообразного увеличения длины свечения до засветки следующего фрагмента. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Газоразрядная панель отображения информации, содержащая светопропускающие обкладочные пластины, внутренняя поверхность по крайней мере одной из которых профилирована пазами в виде фрагментов заданного изображения, и электроды возбуждения разряда, один из которых размещен в периферийной части паза, отличающаяся тем, что указанный электрод снабжен вводом для подключения к источнику ВЧ-напряжения с регулируемой амплитудой выходного напряжения соответственно количеству засвеченных фрагментов изображения, а второй электрод выполнен в виде участков проводящего слоя на внешней поверхности одной из обкладочных пластин и снабжен вводом для соединения с нулевой шиной. 2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что первый электрод размещен в ответвлении паза вне прямой видимости из его рабочей области. 3. Панель по п.2, отличающаяся тем, что пазы выполнены с изменяющимся проходным сечением в направлении от первого электрода к наиболее удаленной области паза. 4. Панель по п.3, отличающаяся тем, что проходное сечение пазов в направлении от первого электрода к наиболее удаленной области паза выполнено изменяющимся ступенчатым образом. 5. Панель по п.4, отличающаяся тем, что в пазы введен по крайней мере один дополнительный электрод с самостоятельным вводом для подсоединения к указанному источнику ВЧ-напряжения. 6. Панель по п.5, отличающаяся тем, что между обкладочными пластинами выполнены дополнительные безэлектродные пазы, не связанные с другими пазами. 7. Способ управления газоразрядной панелью отображения информации с по крайней мере одной парой внутреннего и внешнего электродов и разрядными пазами переменной кривизны и сечения, создающими при засветке заданную информацию, путем подачи напряжения питания на пары электродов и регулирования границ свечения фрагментов изображения, отличающаяся тем, что напряжение питания подают с частотой 1 200 кГц, а регулирование свечения фрагментов изображения осуществляют изменением его амплитуды последовательно до порогового значения, соответствующего увеличению плотности тока засвеченного фрагмента, либо до порогового значения скачкообразного увеличения длины свечения до засветки следующего фрагмента.