КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН МАТРИЧНОГО ТИПА Российский патент 2001 года по МПК H01J31/12 H01J31/20 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении плоских катодолюминесцентных экранов с большим количеством светоизлучающих элементов (СИЭ), применительно для создания плоских катодолюминесцентных телевизионных экранов, компьютерных мониторов, а также для вакуумных люминесцентных индикаторов.

Известны вакуумные люминесцентные индикаторы, содержащие вакуумный баллон, в котором помещена плата с расположенными на ней анодными электродами, которые покрыты люминофором, а также катод, сетки и внешние выводы, соединенные с соответствующими электродами индикатора (см. Лисицын В.Л. Элементы индикации. М.: Энергия, 1978 г., с. 60; патент Великобритании N 2009492, кл. H 01 J 31/12, опубл. 1979 г.).

Недостатками данных устройств является наличие сложной системы управляющих электродов, выполненных в виде натянутых большого количества сеточных полос, что затрудняет их изготовление при использовании объемного вакуумного баллона и требует выполнения большого числа монтажных соединений.

Известен люминесцентный дисплей с выполненными на контактирующих с люминесцентными сегментами ребрах электродами сетки и способ его изготовления (см.патент США и 5643034, МКИ⁶: H 01 J 9/02, опубл. 01.07.97 г.), содержащий подложку, на которой выполнены несколько анодов. На соответствующих анодах созданы люминесцентные слои, над которыми расположены катоды. На подложке сформированы ребра из электропроводного материала, окружающие по меньшей мере часть периметра каждого анода. Верхний край ребер расположен на большей высоте над подложкой, чем верхняя поверхность люминесцентных слоев. На соответствующих ребрах созданы электроды сетки для управления активацией люминесцентных слоев. При изготовлении дисплея на подложке формируют систему ребер, для чего посредством сеткографии последовательно наносят несколько слоев изоляционной пасты, образующих в совокупности ребра. При этом аноды контактируют с ребрами. Далее также способом сеткографии с использованием люминесцентной пасты наносят люминесцентные слои, контактирующие с боковыми поверхностями ребер. На верхних торцевых поверхностях ребер посредством нанесения электропроводной пасты способом сеткографии выполняют электроды сетки.

Высокая сложность и трудоемкость изготовления платы присущи данным устройству и технологическому процессу.

Одной из наиболее ответственных технологических операций при изготовлении плоских, широкоформатных катодолюминесцентных экранов в триодном исполнении является изготовление, установка и юстировка управляющей системы (сетки), выполненной из системы полос, ориентированных вдоль столбцов светоизлучающих элементов на анодной плате. Отечественной промышленностью и рядом ведущих зарубежных фирм система управляющих электродов изготавливается из тонкого листового материала способом фотолитографии с последующей установкой на анодной плате.

Качество выполнения указанной выше операции является одной из главных для изготовления годного прибора. В идеальном случае это точное совмещение полос управляющих электродов по отношению к столбцам СИЭ на анодной плате, при этом расстояния полос управляющих электродов до анодной платы должно быть одинаковым по всей рабочей (информационной) зоне экрана, для случая 7"VFD(640 RG-B 480) это расстояние равно ~ 0,8 мм.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому решению - прототипом - является многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа, описанный в патенте РФ, заявка и 98113732/09 с приоритетом от 21.07.98 г., МКИ⁶: H 01 J 31/12, 31/20; решение о выдаче патента от 04.02.99 г., содержащий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминофором и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактный 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.

В изготовлении экрана все 259 модуляторных электродов (полосы сеточного узла) в идеальном случае должны находиться в одной плоскости и на одинаковом расстоянии от анодной платы.

К сожалению в реальных приборах добиться идеального выполнения геометрии полос сеточного узла относительно анодной платы трудно, и в изготовленных приборах имеют место отклонения от идеального случая.

Отклонения полос модуляторных электродов от плоскости обусловлены рядом субъективных и инструментальных погрешностей, при этом обеспечить идентичное усилие натяжения всех 259 полос сеточного узла практически трудно.

Кроме того, конструкция сеточного узла в определенных электрических режимах склонна к возникновению нежелательных явлений, например:
- возникновение электромеханического резонанса отдельных полос сеточного узла;
- электростатическое притяжение полос сеточного узла к анодной плате или к нитям катода, в результате чего возможны образования коротких замыканий и обрывов.

Таким образом, недостатком данной конструкции многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа является недостаточная надежность устройства за счет сложной конструкции сеточного узла - модуляторных электродов.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности экрана.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известный катодолюминесцентный экран матричного типа, включающий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов, выполненных в виде полос, покрытых люминофором (как одноцветным, так и многоцветным, например, с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий (RGB)) и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным электродам и образующие светоизлучающие сегменты, дополнительно содержит, по крайней мере, один опорный элемент, расположенный между системами анодных и модуляторных электродов, при этом опорный элемент перпендикулярен системе модуляторных электродов и закреплен на изолирующей основе с помощью держателей.

Кроме того, опорный элемент выполнен в виде проволоки, например, из вольфрама или его соединений и покрыт изоляционным материалом.

Опорный элемент может быть выполнен в виде стеклянной пластины - штабика, при этом высота стеклянной пластины не превышает расстояния между анодными и модуляторными электродами.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, примерами конкретного исполнения и описанием.

На фиг. 1 изображен изготовленный по предлагаемому техническому решению многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа с опорным элементом в виде проволоки.

На фиг. 2 (а, б) схематично изображена конструкция многоцветного экрана с опорным элементом в виде проволоки: а) общий вид, когда внешние выводы слева, б) в разрезе.

На фиг. 3 показана конструкция многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа с опорным элементом в виде стеклянной пластины - штабика: общий вид, когда внешние выводы впереди.

На фиг. 4 (а, б) изображена конструкция катодолюминесцентного экрана с опорным элементом, выполненным из стеклянной пластины - штабика: а) общий вид, когда внешние выводы слева, б) вид спереди.

На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - вакуумная оболочка,
2 - изолирующая основа,
3 - модуляторные электроды, выполненные в виде полос (на чертеже модуляторные электроды изображены в виде рамок, для простоты сетки опущены),
4 - прямонакальные катоды,
5 - анодные электроды, выполненные в виде полос,
6 - анодные электроды, покрытые люминофором красного цвета,
7 - анодные электроды, покрытые люминофором зеленого цвета.

8 - анодные полосы, покрытые люминофором синего цвета;
9 - опорный элемент;
10 - держатель опорного элемента 9;
11 - токоведущие дорожки;
12 - внешняя контактная площадка анодных полос;
13 - внешние выводы.

На фиг. 1 дано изображение катодолюминесцентного экрана с изолирующей основой 2, содержащей светоизлучающие анодные полосы 5 (6, 7, 8), модуляторные электроды 3, выполненные в виде полос - рамок (стержней), ортогональные анодным полосам 5 и образующие в перекрестии светоизлучающие сегменты. Изолирующая основа 2 с нанесенными анодными полосами 5 с чередованием их по цветам, например, красный - 6, зеленый - 7, синий - 8 и прямонакальными катодами 4 помещена в вакуумную оболочку 1. Опорный элемент 9 расположен между системами анодных и модуляторных электродов, при этом опорный элемент 9 перпендикулярен модуляторным электродам 3 (см. фиг. 2 и 4) и закреплен на изолирующей основе 2 с помощью держателей 10. Опорных элементов 9 в конструкции катодолюминесцентного экрана может быть два или три, по крайней мере один. Один из возможных вариантов крепления опорного элемента из стеклянной пластины - штабика - осуществляется путем установки стеклянной пластины на полосу предварительно нанесенного диэлектрического компаунда на изолирующую основу с после дующим отжигом. Опорный элемент был введен в конструкцию опытного образца многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа (см. фиг. 1-4). Однако опорный элемент с таким же успехом прошел испытания и в одноцветных экранах.

Работа катодолюминесцентного экрана матричного типа осуществляется следующим образом.

Управление экраном осуществляется подачей положительных напряжений на соответствующие модуляторные электроды и анодные полосы.

На нерабочие электроды подается запирающее напряжение.

Электроны, эмиттируемые из катода 4, рассеиваются равномерно по площади информационной зоны (ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминофором с чередованием их по цветам в информационной зоне: красный - зеленый - синий (RGB)) с помощью модуляторных электродов 3, на которые подан положительный потенциал, и бомбардируют покрытые люминофором 6, 7, 8 с различными цветами свечения анодные полосы (анодные электроды) 3 в информационной зоне, люминофоры под действием электронной бомбардировки начинают светиться. Анодные полосы (6, 7, 8), на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока, и люминофоры остаются в невозбужденном состоянии.

В данном техническом решении поставленная задача достигается введением опорного элемента 9 в конструкцию экрана, при этом опорный элемент расположен между системами анодных и модуляторных электродов 3, закреплен на изолирующей основе 2 с помощью держателей 10.

По данному техническому решению был изготовлен многоцветный катодолюминесцентный экран матричного типа под названием 7"VFD(640х480) RGB. Опорный элемент был выполнен в виде проволоки, например, из вольфрама и покрыт изоляционным материалом, см.фиг. 1; 2а,б. Также был изготовлен опорный элемент из стеклянной пластины - штабика (см. фиг.3; 4а,б), при этом высота стеклянной пластины (h) не превышает расстояния между анодными и модуляторными электродами (X_A-M), а толщина стеклянной пластины (T) не превышает толщины модуляторных электродов (t), т.е. выполняются условия
h ≅ X_A-M;
Т ≅ t.

Испытания показали, что настоящее изобретение позволяет устранить нежелательные явления, которые имеют место в экране, а именно:
- возникновение электромеханического резонанса полос модуляторных электродов;
- провисание, выгибание или деформацию полос модуляторных электродов.

Кроме того, настоящее изобретение позволит:
- улучшить оптимизацию электронной управляющей системы относительно анодной платы (изолирующей основы с анодными полосами) и катодов;
- увеличить яркость за счет возможности увеличения напряжения на модуляторный электрод, при этом увеличение мощности на модуляторном электроде не приведет к провисанию модуляторного электрода из-за наличия опорного элемента.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении плоских широкоформатных катодолюминесцентных экранов с большим количеством светоизлучающих элементов (СИЭ) рамочной или безрамочной конструкции, а также при изготовлении плоских катодолюминесцентных телевизионных экранов и вакуумных люминесцентных индикаторов. Для повышения надежности прибора катодолюминесцентный экран матричного типа, включающий 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, дополнительно содержит, по крайней мере, один опорный элемент, расположенный между системами анодных и модуляторных электродов, при этом опорный элемент перпендикулярен системе модуляторных электродов и закреплен на изолирующей основе с помощью держателей. Кроме того, опорный элемент выполнен в виде проволоки, например, из вольфрама или его соединений и покрыт изоляционным материалом, опорный элемент выполнен в виде стеклянной пластины - штабика, при этом высота стеклянной пластины не превышает расстояния между анодными и модуляторными электродами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Катодолюминесцентный экран матричного типа, включающий вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов, выполненных в виде полос, покрытых люминофором и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным электродам и образующие светоизлучающие сегменты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по крайней мере, один опорный элемент, расположенный между системами анодных и модуляторных электродов, при этом опорный элемент перпендикулярен системе модуляторных электродов и закреплен на изолирующей основе с помощью держателей. 2. Катодолюминесцентный экран матричного типа по п.1, отличающийся тем, что опорный элемент выполнен в виде проволоки, например, из вольфрама или его соединений и покрыт изоляционным материалом. 3. Катодолюминесцентный экран матричного типа по п.1, отличающийся тем, что опорный элемент выполнен в виде стеклянной пластины - штабика, при этом высота стеклянной пластины не превышает расстояния между анодами и модуляторными электродами.