МНОГОЦВЕТНЫЙ КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН МАТРИЧНОГО ТИПА Российский патент 1999 года по МПК H01J31/12 H01J31/20 

Изобретение относится к индикаторной технике, а более конкретно к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции, предназначенным для отображения универсальной как буквенно-цифровой, знакографической, так и телевизионной информации с возможностью кодирования информации по цвету и синтезирования цвета при создании полноцветного экрана.

В нашей стране с созданием одно-, двух-, трехцветных катодолюминесцентных индикаторов матричного типа (см. Б.И.Горфинкель "Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы", г. Москва, изд-во "Радио и связь", 1983 г., стр. 33, 88, 91) были разработаны и выпускаются табло коллективного пользования с использованием индикаторов типа ИВЛМ2-5/7, ИЛВ1-6/7Л и т.д. Эти индикаторы содержат 35 анодных сегментов (светоизлучающих элементов) (5х7) и предназначены для отображения универсальной знаковой, в том числе буквенно-цифровой и символьной информации.

Табло, как правило содержит набор таких индикаторов в зависимости от объема отображаемой информации, например на 96, 256, 512, 1024 знакомест. Для отображения универсальной, в том числе графической и телевизионной информации необходимо непрерывное поле множества светоизлучающих элементов (СИЭ), т. е. создание экрана. Количество СИЭ в экране характеризует объем отображаемой информации, аналогично электролучевым трубкам (ЭЛТ).

Известна конструкция катодолюминесцентного экрана (см. книгу Б.И.Горфинкеля "Знакосинтезирующая электроника: низковольтная катодолюминесценция", издательство Саратовского университета, 1993 г., стр. 23-24), который состоит из электровакуумной системы с катодом, сеткой и расположенными на подложке анодами, покрытыми люминофором, подложка выполнена в виде интегральной схемы, причем люминофором покрыты электродные участки схемы.

Конструкция индикатора, в котором для каждого светоизлучающего элемента, расположенного на полупроводниковой подложке, сформированы управляющие ячейки, является наиболее перспективной. Каждая ячейка содержит два входа для осуществления выборки соответствующего ей СИЭ и элемент памяти. Все ячейки объединены в матричную систему. Наличие памяти и элементов управления позволяет ввести модуляцию яркости. На подложке размещаются также схемы разверсток по строкам и столбцам. Высокоинформативные индикаторы, сформированные таким образом, имеют низкие рабочие напряжения и малое число внешних выводов. На них может отображаться телевизионная информация.

Существенным недостатком таких катодолюминесцентных экранов является наличие более сложных конструкций, где имеются промежуточные монолитные стекла или металлоорганические, или металлокерамические с переходным температурным коэффициентом линейного расширения.

Известен вакуумный катодолюминесцентный экран матричного типа, описанный в книге И.Я.Лямичева "Устройства отображения информации с плоскими экранами", г.Москва, изд-во "Радио и связь", 1983 г., стр. 62-66, 158-166. В таком экране два электронных луча от двух прожекторов коммутируют две площадки, которые подключены соответственно к двум системам матричных электродов. Одна система электродов представляет собой вертикальные полоски экрана с нанесенными на них слоем катодолюминофора. Эти полоски подключены к коммутируемым площадкам матричных электродов, коэффициент вторичной эмиссии данных площадок превышает единицу, и поэтому их облучение одним из прожекторов приводит к повышению потенциала до нескольких киловольт, необходимых для свечения катодолюминофора.

Другая система матричных электродов представляет собой горизонтальные полоски с расположенными на них остриями автоэлектронных катодов. Полоски подключены к коммутируемым площадкам матричных электродов с коэффициентом вторичной эмиссии, меньшим единицы. Поэтому их облучение первым прожектором снижает потенциал до потенциала отрицательно заряженного катода первого прожектора. В результате совместного действия обоих прожекторов на одном из элементов экрана создается высокое поле, создающее эмиссию из автоэлектронного катода, расположенного в этом элементе, и возникает свечение. Свечение будет иметь место в течение времени коммутации электронными пучками соответствующих площадок - мишеней.

Достоинствами рассмотренного экрана являются отсутствие управляющих сеточных электродов и упрощенная система отклонения только по одной координате каждого из электронных пучков. По существу, введение двух электронных пучков решает здесь вспомогательную задачу - создание высоких напряжений на электродах матрицы. Получить напряжения амплитудой 10-20 кВ с помощью внешних схем затруднительно.

Недостатками экрана являются: наличие электронных пучков и связанное с этим некоторое увеличение глубины экрана, а также сложность матрицы автоэлектронных катодов.

Известна конструкция многоцветного катодолюминесцентного экрана (см. JEE, март 1986 г., том 23, N 231, стр. 82 - прототип), выполненного фирмой ISE, Electronics Corp., (Япония), на базе одноцветного экрана, содержащего (320х240) сегментов, каждый сегмент содержит четыре электрически изолированных элемента, покрытых различным составом люминофора, определяющим цвет свечения, соответственно экран содержит (120х160) тетрад. В целом экран выполняется в плоском стеклянном оформлении, содержит стеклянную изолирующую плату, на которую нанесены сегменты-аноды, покрытые люминофором. Аноды, расположенные в одной строке, соединены электрически и имеют один общий вывод. Над анодами, расположенными в одном столбце, находятся общий для них управляющий электрод - сетка и прямонакальный оксидный катод. Так формируется матричная система с мультиплексным управлением по двум ортогональным координатам. Вся конструкция накрывается и герметизируется плоским баллоном.

Использование конструкции экрана фирмы ISE Electronics характеризуется рядом недостатков, а именно: усложнена топология разводки токоведущих дорожек и соответственно снижен коэффициент использования активной поверхности относительно рабочей.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении прецизионного покрытия анодных строк люминесцентным составом методом катафореза (электрофореза).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране матричного типа, содержащем вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминофором и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестие светоизлучающие сегменты, анодные полосы расположены с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий - RGB, зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета анодных полос выполнены раздельными для каждого из цветов, причем количество зон, по крайней мере, соответствует количеству цветов экрана, при этом длина зоны (l) определяется количеством контактных площадок (n), соответствующих количеству строк данного цвета, и шагом (t) их расположения и удовлетворяет условию.

На фиг. 1 изображен (в качестве примера) многоцветный катодолюминесцентный экран в соответствии с предлагаемым техническим решением.

На фиг.2 дан общий вид матрицы многоцветного катодолюминесцентного экрана.

На фиг. 3 изображены фрагменты матрицы многоцветного катодолюминесцентного экрана с тремя зонами - фиг.3а (RGB) и фиг.3б - с зонами RG₁G₂B (с четырьмя зонами).

На фиг.4 и 5 даны эскизы цоколевки заявляемого многоцветного катодолюминесцентного индикатора: два его варианта.

Приняты следующие обозначения:
1 - вакуумная оболочка,
2 - изолирующая основа,
3 - модуляторные электроды, выполненные в виде полос (стержней),
4 - прямонакальные катоды,
5 - анодные полосы, покрытые люминофором красного цвета,
6 - анодные полосы, покрытые люминофором зеленого цвета,
7 - анодные полосы, покрытые люминофором синего цвета,
8 - светоизлучающие сегменты,
9 - внешняя контактная площадка анодных полос красного цвета,
10 - внешняя контактная площадка анодных полос зеленого цвета,
11 - внешняя контактная площадка анодных полос синего цвета,
12 - внешние выводы,
13 - токоведущие дорожки.

На фиг.1 дано изображение индикаторной матрицы, содержащей светоизлучающие анодные полосы 5, 6, 7, нанесенные на изолирующую основу 2, модуляторные электроды 3, выполненные в виде полос (стержней), ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестие светоизлучающие сегменты.

Изолирующая основа 2 с нанесенными анодными полосами с чередованием их по цветам, например, красный - 5, зеленый - 6, синий - 7 и прямонакальными катодами 4 помещена в вакуумную оболочку 1.

В конструкции анодной платы:
а) зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета выполнены раздельными для каждого из цветов;
б) количество зон выполнено не менее количества цветов экрана, например, для 3-х цветов не менее 3-х зон (3 цветн. ≤ 3 зон);
в) при этом длина зоны (l) определяется количеством контактных площадок (n), соответствующих количеству строк данного цвета, и шагом (t) их расположения и удовлетворяет условию:
l ≥ n • t.

На фиг. 3 а,б - изображены фрагменты матрицы с токоведущими дорожками, соединяющими светоизлучающие сегменты с соответствующими контактными площадками: с тремя зонами контактных площадок - RGB (фиг.3а) и с четырьмя зонами контактных площадок - RG₁G₂B. Топология токоведущих дорожек данных на фиг.3а и 3б различна, при этом локально нанесен слой диэлектрика.

На фиг.4 и фиг.5 даны эскизы цоколевки, т.е. схематично изображены зоны расположения внешних контактных площадок многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа, где R - зона расположения совокупности внешних контактных площадок красного цвета свечения светоизлучающих сегментов, G - зона расположения совокупности внешних контактных площадок зеленого цвета свечения светоизлучающих сегментов, B - зона расположения совокупности внешних контактных площадок синего цвета свечения светоизлучающих сегментов.

Как видно из фиг.4 и фиг.5 зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета выполнены раздельными для каждого из цветов, на фиг. 4 выполнено три зоны, соответствующих трем цветам матричного экрана, но зон может быть и больше, например, на фиг.5 в экране три цвета, а зон - четыре (может быть и пять, и шесть и т.д.) в зависимости от технических и технологических возможностей.

Работа многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа осуществляется следующим образом.

Электроны, эмиттируемые из катода 4, рассеиваются равномерно по площади вакуумной оболочки с помощью модуляторных электродов 3, на которую подан небольшой положительный потенциал, и бомбардируют покрытые люминофором анодные полосы 5, 6, 7 с различными цветами свечения, на которые подан ускоряющий потенциал. Под действием электронной бомбардировки происходит свечение светоизлучающих сегментов 8. Светоизлучающие сегменты, на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока и люминофоры остаются в невозбужденном состоянии.

В данном техническом решении поставленная задача достигается изменением топологией токоведущих дорожек, соединяющих анодные сегменты с соответствующими контактными площадками, с введением защитного слоя диэлектрика, т.е. чтобы ввести раздельные зоны расположения по цветам необходимо изменение топологии токоведущих дорожек.

Использование предлагаемой конструкции обеспечивает по сравнению с известными конструкциями многоцветных катодолюминесцентных экранов матричного типа следующие преимущества: упрощается конструкция внешнего контактирования многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа за счет сокращения количества внешних выводов и, как следствие этого, сокращается число формирователей напряжений управления в схеме включения, что, в свою очередь, приводит к уменьшению габаритных размеров устройств отображения информации на основе многоцветных катодолюминесцентных экранов матричного типа, а также затраты на их создание и производство.

Изобретение относится к индикаторной технике, а более конкретно к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции, предназначенным для отображения универсальной как буквенно-цифровой, знакографической, так и телевизионной информации с возможностью кодирования информации по цвету и синтезирования цвета при создании полноцветного экрана. Технический результат изобретения заключается в обеспечении прецизионного покрытия анодных строк люминесцентным составом методом катафореза (электрофореза), для чего в многоцветном катодолюминесцентном экране матричного типа, содержащем вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминоформом и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестии светоизлучающие сегменты, анодные полосы расположены с чередованием их по цветам: красный-зеленый-синий (RGB), а зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета анодных полос выполнены раздельными для каждого из цветов, причем количество зон по крайней мере соответствует количеству цветов экрана, при этом длина зоны (l) определяется количеством контактных площадок (n), соответствующих количеству строк данного цвета, и шагом (t) их расположения и удовлетворяет условию l≥n•t. 6 ил.

Многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа, содержащий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминофором и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестии светоизлучающие сегменты, отличающийся тем, что анодные полосы расположены с чередованием их по цветам: красный - зеленый. - синий (RGB), а зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета анодных полос выполнены раздельными для каждого из цветов, причем количество зон по крайней мере соответствует количеству цветов экрана, при этом длина зоны (l) определяется количеством контактных площадок (n), соответствующих количеству строк данного цвета, и шагом (t) их расположения и удовлетворяет условию l≥n•t.