МНОГОЦВЕТНЫЙ КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН МАТРИЧНОГО ТИПА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 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.

Многоцветные вакуумно-люминесцентные индикаторы (ВЛИ) в стране и за рубежом широко используются в щитках автомобилей, бытовой радиоаппаратуре, многознакоместных табло коллективного пользования и т.д. и т.п. (см. Горфинкель Б.И. и др. "Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы", г. Москва, "Радио и связь", 1983 г., Глава II).

Одним из существенных недостатков ВЛИ (в том числе многоцветных) является наличие "паразитного" контраста знака к фону (см. Колкер В.Е. и др. "Электронная промышленность", 1982 г. , вып. 5 - 6, стр. 138 - 142). Это обусловлено тем, что анодные электроды отчетливо видны при нормальной внешней освещенности без подачи на них электрического режима.

Известна флуоресцентная индикаторная трубка, которая представляет собой плоскую трубку, управляемую посредством динамической системы управления (см. патент США N 4.164.683, опубл. 14.08.1979 г., МКИ H 01 J 63/02). Трубка состоит из прозрачной оболочки, включающей плоскую подложку и баллон. Первое индикаторное устройство сформировано на внутренней поверхности подложки, а второе - на внутренней поверхности баллона. Как первое, так и второе индикаторные устройства включают электроды, расположенные в форме воспроизводимого рисунка, и люминесцентные пленки, наносимые на эти электроды. Электроды второго индикаторного устройства изготовлены из прозрачного материала. Когда электроды соответствующего индикатора селективно возбуждаются, имеет место флуоресценция люминесцентных пленок, вызванная термическими электронами, генерируемыми электронами катода, обеспечивая тем самым отображение желаемого рисунка.

Недостатками рассмотренной в патенте США N 4.164.683 конструкции является то, что свечение анодных сегментов, расположенных на плоской плате и на внутренней стороне баллона, осуществляется соответственно в режиме на отражение и на просвет - это негативно сказывается на качестве считываемой информации. Кроме того, в данном индикаторе уменьшается угол обзора, верхний анодный электрод снижает яркость свечения нижнего анодного электрода.

Известные низковольтные индикаторы, например ИВЛМ2-5/7, служат для отображения буквенно-цифровой и иной информации в одном из двух (или трех) цветков и выполнены таким образом, что каждый сегмент информационного поля индикатора разделен на две равные части (см. Горфинкель Б.И. и др. "Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы", Москва, "Радио и связь", 1983 г. , стр. 33, 88, 91). Этот индикатор 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 - катодная сетка и прямонакальный оксидный анод. Так формируется матричная система с мультиплексным управлением по двум ортогональным координатам. Вся конструкция покрывается и герметизируется плоским баллоном.

При высвечивании информации каждого из двух цветов в таких индикаторах рабочей является только половина площади сегмента, вторая половина сегмента не работает.

При переключении высвечиваемого символа с одного цвета на другой (например, с зеленого на красный) наблюдается негативный эффект "прыгания" считываемого символа. При значительной частоте смены цветовой информации эффект "прыгания" способствует утомлению оператора и снижению его внимания.

Кроме того, такие индикаторы не позволяют использовать все рабочее поле сегментов при работе в одном цвете.

Наиболее близким по технической сущности аналогом - прототипом к заявляемому устройству является конструкция многосегментного катодолюминесцентного индикатора, описанная в патенте РФ N 1166628, МКИ 3: H 01 J 31/12, опубл. 19.03.93 г., содержащая вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам. Площадь окна элементарной ячейки сеточного модуляторного электрода не превышает площади анодного сегмента при коэффициенте заполнения сеточного полотна не более 0,35, а отношение расстояния от сеточного модуляторного электрода до анодного сегмента X_с-а к размеру ячейки d_max выбрано из выражения:

Использование конструкции многосегментного катодолюминесцентного индикатора характеризуется недостатками, заключающимися в том, что изображение получаем в одном цвете (черно-белое), а также в большом количестве внешних выводов анодных сегментов, соответственно в сложности управления экраном.

В производстве вакуумных люминесцентных индикаторов формирование информационного рисунка плат осуществляют методом фотолитографии. В технологическом процессе изготовления таких плат (см. И.И. Гуткин, Е.Н. Давыдова, Е. К. Могилев, К.И. Перешивайлов, Б.И. Спирин, Г.С. Шофман "Фотолитографический процесс в производстве вакуумных люминесцентных индикаторов. Электронная промышленность", 1982 г., вып. 5 - 6, с. 125 - 126) для формирования проводящего рисунка плат применяется фоторезист ФП-383. Для удаления фоторезиста после вытравливания рисунка предложен плазмохимический метод.

Однако этот способ позволяет изготавливать с приемлемым выходом лишь сравнительно простые топологические схемы. С ростом насыщенности схемы и увеличением ее габаритных размеров получать бездефектный рисунок практически не удается.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления дисплея, описанный в патенте США N 4.613.399. МКИ 4: C 23 F 1/02, опубл. 23.09.86 г., который включает напыление токопроводящего слоя на стеклянную плату, формирование анодных электродов на стеклянной плате, токопроводящих дорожек и контактных площадок, нанесение диэлектрического слоя, монтаж катодно-сеточного узла с анодной платой, монтажный отжиг, разварку сеточных выводов, приварку катодов, сборку анодной платы с вакуумной оболочкой и промежуточной диэлектрической рамкой, герметизацию конструкции по периметру.

Недостатком данного способа является невозможность получения дисплея в цветном исполнении.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении прецизионного покрытия анодных электродов люминесцентным составом методом катафореза (электрофореза), в уменьшении внешних выводов экрана, соответственно в упрощении управлением экрана в цветном исполнении.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известный многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа, содержащий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, модуляторные электроды, ортогонаьные анодным полосам и образующие в перекрестии светоизлучающие сегменты, дополнительно введена зона для сборки и разварки кристаллов на стекле для управления экраном, при этом анодные полосы покрыты люминофором с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий и, соответственно, соединены токоведущими дорожками через собственные контактные площадки с контактными площадками кристаллов на стекле.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления многоцветного катодолюминесцентного экрана, включающем последовательное формирование анодных полос на стеклянной плате, монтаж катодно-сеточного узла с анодной платой, монтажный отжиг, разварку сеточных выводов, сборку анодной платы с вакуумной оболочкой, герметизацию экрана по периметру, откачки, формирование анодных полос осуществляют покрытием их люминофором методом катафореза с чередованием по цветам: красный - зеленый - синий, электрически изолированным друг от друга, предварительно формируют первую зону расположения совокупностей внешних контактных площадок одного цвета и раздельных для каждого из цветов, например не менее трех, и осуществляют формирование второй зоны для сборки и разварки кристаллов на стекла для управления экраном, после сборки анодной платы с вакуумной оболочкой и откачки первую зону удаляют.

Сущность технического решения поясняется графическими материалами и описанием.

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

На фиг. 2 дано схематичное изображение анодной платы многоцветного катодолюминесцентного экрана с кристаллами на стекле и зоной (первой), удаляемой после откачки.

На фиг. 3 дана схема соединения кристаллов на стекле с анодными полосами с чередованием их по цветам: R G B R G B ... R G B, только с одной нижней стороны анодной платы.

На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - вакуумная оболочка; 2 - стеклянный баллон; 3 - изолирующая основа, плоская стеклянная; 4 - анодные полосы; 5 - анодные полосы, покрытые люминофором красного цвета (R); 6 - анодные полосы, покрытые люминофором зеленого цвета (G); 7 - анодные полосы, покрытые люминофором синего цвета (B); 8 - токоведущие дорожки; 9 - прямонакальные катоды; 10 - модуляторные электроды (на фиг. 1 для простоты модуляторные электроды - сетки изображены в виде рамок); 11 - диэлектрическая промежуточная рамка; 12 - кристаллы на стекле (chip on glass); 13 - контактные площадки анодных полос; 14 - контактные площадки кристаллов на стекле; 15 - светоизлучающие сегменты; 16 - внешние выводы.

Работа многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа с кристаллами на стекле осуществляется следующим образом.

Электроны, эмиттируемые из катода 9, рассеиваются равномерно по площади вакуумной оболочки 1 с помощью модуляторного электрода 10, на который подан 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 15. 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 топологии токоведущих дорожек 18, соединяющих анодные полосы 4 с чередованием их по цветам 5, 6, 7 - [R G B R G B ... R G B] через собственные контактные площадки 13 с контактными площадками 14 кристаллов на стекле 12.

Были изготовлены образцы многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа D - 12 с кристаллами на стекле.

На фиг. 2 приведен эскиз изолирующей основы с кристаллами на стекле с указанием основных зон дисплея.

1 зона. Зона содержит четыре электрически изолированные группы токоведущих дорожек: 2 группы с выводами B - анодных полос, покрытых люминофором синего цвета, и по одной группе с выводами R и G - анодных полос, покрытых люминофорами красного и зеленого цветов. Каждая из групп содержит также электрически изолированные контактные площадки от токоведущих дорожек одного и того же цвета.

2 зона. Зона содержит разводку анодных токоведущих дорожек к местам их соединений с соответствующими контактными площадками кристаллов на стекле.

Технологические операции изготовления изолирующей основы являются универсальными как для промежуточного (без кристаллов на стекле), так и основного с кристаллами на стекле (with chip on glass) вариантов и практически отработаны на базе промежуточного варианта.

Основной вариант, в части изготовления дисплея, в связи с введением кристалла на стекле (chip on glass) является существенно более трудоемким.

В таблице ниже дан сравнительный перечень последовательных операций обоих вариантов.

Существенное увеличение трудоемкости изготовления дисплея с кристаллами на стекле оправдано, потому что количество внешних выводов R G B - анодных полос снижается с 960 до 36, что приводит, во-первых, к снижению трудоемкости изготовления устройства на VFD с кристаллами на стекле и, во-вторых, к повышению их надежности.

В настоящее время выполнено несколько образцов многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа согласно заявляемым техническим решениям. Испытания показали, что данное изобретение позволяет сократить количество внешних выводов анодных полос. Оператору удобно управлять таким экраном, получая высокую равномерную яркость на информационном поле. Для высокоинформативных экранов, соответственно, с большим количеством внешних выводов (указанным выше) это преимущество тем более усиливается.

Таким образом, заявленный и разработанный многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа с кристаллами на стекле и способ его изготовления дали возможность управлять экраном при значительном снижении количества внешних выводов, соответственно, снижении трудоемкости изготовления экрана, что способствует упрощению управления экраном и повышению надежности при эксплуатации.

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 - обеспечение прецизионного покрытия анодных электродов люминесцентным составом методом катафореза (электрофореза), уменьшение внешних выводов экрана, соответственно, упрощение управлением экрана в цветном исполнении. Для этого в многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа, содержащий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминофором, с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестии светоизлучающие сегменты, дополнительно введена зона для сборки и разварки кристаллов на стекле и для управления экраном кристаллами на стекле, при этом анодные полосы с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий соединены токоведущими дорожками через собственные контактные площадки с контактными площадками кристаллов на стекле. В способе изготовления многоцветного катодолюминесцентного экрана, включающем последовательное формирование анодных электродов в виде полос на стеклянной плате, монтаж катодно-сеточного узла с анодной платой, монтажный отжиг, разварку сеточных выводов, сборку платы с вакуумной оболочкой, герметизацию конструкции по периметру, откачку, формирование анодных электродов осуществляют покрытием анодных полос люминофором методом катафореза с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий, электрически изолированных друг от друга, предварительно формируют первую зону расположения совокупностей внешних контактных площадок одного цвета и раздельных для каждого из цветов, например, не менее трех, и осуществляют формирование дополнительной зоны для сборки и разварки кристаллов на стекле для управления экраном, после сборки платы с вакуумной оболочкой и откачки первую зону удаляют. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа, содержащий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам и образующие в прекрестии светоизлучающие сегменты, отличающийся тем, что в него дополнительно введена зона для сборки и разварки кристаллов на стекле для управления экраном, при этом анодные полосы покрыты люминофором с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий и, соответственно, соединены токоведущими дорожками через собственные контактные площадки с контактными площадками кристаллов на стекле. 2. Способ изготовления многоцветного катодолюминесцентного экрана, включающий последовательное формирование анодных полос на стеклянной плате, монтаж катодно-сеточного узла с анодной платой, монтажный отжиг, разварку сеточных выводов, сборку анодной платы с вакуумной оболочкой, герметизацию экрана по периметру, откачку, отличающийся тем, что формирование анодных полос осуществляют покрытием их люминофором методом катафореза с чередованием по цветам: красный - зеленый - синий, электрически изолированных друг от друга, предварительно формируют первую зону расположения совокупностей внешних контактных площадок одного цвета и раздельных для каждого из цветов, не менее трех, и осуществляют формирование второй зоны для сборки и разварки кристаллов на стекле для управления экраном, после сборки анодной платы с вакуумной оболочкой и откачки первую зону удаляют.