СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКРАНА ВАКУУМНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ДИСПЛЕЯ Российский патент 2002 года по МПК H01J9/42 G01R31/25 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при производстве вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ) и люминесцентных материалов.

Сопротивление экрана во ВЛИ, работающих на принципе замыкания электрической цепи через экран, является одним яз важных эксплуатационных параметров этих приборов.

Высокое сопротивление экрана вызывает снижение эффективного напряжения анода и плотности тока. Одновременное синергическое действие этих факторов является причиной малой яркости свечения. В случае композиционных катодолюминофоров подход к оценке величины сопротивления экрана иной: она должна быть не слишком малой и не слишком большой, т.е. речь идет об оптимальной величине. Только в этом случае обеспечивается максимальная яркость экрана дисплея. Отсюда ясна актуальность точного и быстрого измерения этой величины.

В настоящее время известно большое количество способов определения сопротивления экранов ВЛИ.

Известен способ измерения электропроводности кристаллофоров путем прессования из них таблеток, вакуумирования с прогревом и оценки электропроводности по закону Ома (I. Сборник научных трудов ВНИИ люминофоров "Люминесцентные материалы и особо чистые вещества", вып. 10, Ставрополь, 1974 г., с. 116, А.Ф.Ведехин, Н.И.Лукьянченко, Н.Н.Суковой "Измерение электропроводности катодолюминофоров ZnОiZn в процессе обезгаживания; 2. Koller L.R. Journ Electrochem Sоc., 1956, 103, n4, 214; 3. Journ Electrochem. Soc., 1980, 127, 8, 1794).

Во всех этих способах результаты имеют лишь качественный характер, так как измерения проводятся без учета того, что электропроводность порошковых материалов радикально зависит от степени сжатия, а условия практического применения материала (свободно лежащий слой) резко отличаются от условий испытания.

Известен способ измерения падения напряжения на слое люминофора в приборах, предназначенных для работы при напряжениях более 120 В (Journ. Electrochem. Soc, 1256, 103, n4, 214). Для этого изготавливались экспериментальные электронно-лучевые трубки с исследуемыми люминофорными покрытиями, нанесенными на слой окислов олова, а также трубки без люминесцентных покрытий. Падение напряжения на экране оценивалось по сдвигу вольт-амперных характеристик (ВАХ), возникающему вследствие падения напряжения на слое люминофора.

Однако для определения падения, напряжения по этому методу требуется изготовление партии дорогих и сложных приборов. Кроме того, во избежании грубых ошибок необходимо строгое соблюдение геометрии приборов и строгая регламентация технологии по изготовлению.

Эти требования сильно ужесточаются при переходе к приборам с более низкими напряжениями (10-100 В) на экране, какими являются ВЛИ.

Известен также способ оценки электропроводности экрана дисплея, представленный как "второй метод" в работах Б.И.Горфинкеля, Н.В.Никишина, С.А. Буклесова, А.О.Дмитриенко "Методы оценки электропроводности экрана в реальном дисплее", ж. "Электронная промышленность". 2, 2000 г., с. 8.

В этом методе так же, как и в предыдущем случае, изготавливались приборы с исследуемым люминофором, нанесенным на проводящий слой, и приборы без люминесцентных покрытий.

Оценка электропроводности экрана осуществлялась также по использованию сдвига ВАХ, вызванного падением напряжения на слое люминофора путем деления падения напряжения на величину тока, ответственного за это падение, в соответствии с законом Ома.

Однако, поскольку этот метод является полным аналогом предыдущего способа и не содержит существенной новизны в решении технической задачи, он имеет те же недостатки:
1) необходимость изготовления 2-х групп приборов с люминофором и без люминофора;
2) во избежание грубых ошибок необходимо строгое соблюдение геометрии приборов и строгая регламентация технологии изготовления.

Даже такой подход не может исключить значительного разброса электрических параметров между приборами одной партии, характерного для существующей базовой технологии ВЛИ, что резко ограничивает применимость этого метода для получения гарантированных оценок.

Кроме этого, "второй метод" имеет два самостоятельных существенных недостатка.

1. Положение так называемой "точки максимума анодного тока", как известно, не может быть определено однозначно (см., например, Клейнер Э.Ю. Основы теорий электронных ламп, 1974 г., стр. 170, рис. 3.55) в силу плавности хода характеристики в этом месте, являющейся местом плавного перехода зависимости I_a=f(U_c) из режима перехвата в режим возврата.

2. В случае перехода катодного тока в режим насыщения анодный ток становится функцией не только U_c, на чем основан метод, но и катодного тока (см. Клейнер Э. Ю. Основы теории электронных ламп, 1974 г., стр. 172), что никак не учитывается в сущности метода. Поскольку ВЛИ работают в режиме насыщения по анодному току, то "второй метод" не соответствует условиям применения в случае рабочих режимов ВЛИ.

Известен способ определения сопротивления люминофора непосредственно в низковольтных индикаторах (см. авт. свид. 549758, МКИ²: G 01 R 31/25). Сущность его сводится к измерению напряжений, тока и яркости свечения сегментов экрана при нормальном напряжении на сетке и при очень малом напряжений с последующим вычислением сопротивления экрана по закону Ома.

Недостатками способа являются возможное отклонение функции возбуждения от линейности, большой погрешности измерения яркости согласно ГОСТу, увеличивающейся дальней эктраполяцией приближенной закономерности, какой является функция возбуждения низковольтной катодолюминесценции. В результате способ допускает возможность ошибки в измерениях не менее 40%, что резко ограничивает его применимость.

Известен другой способ определения падения напряжения на экране индикаторов (см. авт. свид. 1110333, МКИ⁵: H 01 J 9/42, G 01 R 31/25, с приоритетом от 15.03.82 г. "Способ определения падения напряжения на экранах низковольтных катодолюминесцентных индикаторов"). Измерение производят непосредственно в индикаторе с конструктивными особенностями расположения сегментов экранов, покрытых сравниваемыми материалами. Сущность способа заключается в измерении спада тока, проходящего через испытуемый люминофор, а затем через сегмент с графитом, и с помощью магазина сопротивления восстанавливают величину тока, зафиксированную на экране сегмента с люминофором, а по показанию вольтметра, подключенному к магазину, определяют падение напряжения на сегменте с люминофором.

В основе метода лежит оценка сдвига ВАХ у сегментов одного и того же индикатора.

К недостатку способа следует отнести необходимость изготовления специального измерительного прибора, что увеличивает трудоемкость и стоимость измерений.

Все вышеприведенные способы-аналоги имеют одни и те же недостатки: высокие трудоемкость, стоимость и погрешность измерения.

Эти недостатки в значительной степени преодолеваются в принятом нами за прототип способе определения сопротивления люминофора вакуумного индикатора (см. патент РФ 2136012, МКИ⁶: G 01 R 31/25, H 01 J 9/42, с приоритетом от 03.12.97 г., опубл. 27.08.99 г. "Способ определения сопротивления люминофора вакуумного индикатора"). Способ позволяет производить измерение сопротивления непосредственно в рабочем ВЛИ.

Сущность способа заключается в снятии ВАХ и построении специальных характеристик, по которым определяется сначала падение напряжения на слое люминофора при конкретном U_a, а затем определяют сопротивление слоя методом вольтметра-амперметра. Способ имеет хорошую точность измерения, достаточную для техники и научных целей, что было подтверждено исследователями этого способа в работе Б.И.Горфинкеля, Н.В.Никитина, С.А.Букесова и А.О.Дмитриенко "Методы оценки электропроводности экрана в реальном дисплее", ж. "Электронная промышленность", 2, 2000 г., с. 8, где этот способ под названием "Первый метод" был исследован в сравнения с другими способами на точность измерения.

Несмотря на кажущуюся техническую простоту, способ не лишен недостатка. Источником его является дополнительная трудоемкость измерения, затрачиваемая на снятие полных ВАХ и их построения, а также неточность, характерная для нахождения численных величин из графических построений.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в снижении трудоемкости процесса определения сопротивления экрана вакуумного флуоресцентного дисплея путем сокращения времени процесса при одновременном повышении точности измерения за счет исключения ряда неточных операций.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения сопротивления экрана вакуумного флуоресцентного дисплея, включающем измерение падения напряжения на экране и тока флуоресценция, установленного в процессе регулировки напряжения накала и экрана при неизменном напряжении сетки, через экран, и определение сопротивления методом вольтметра-амперметра, в процессе регулировки тока электронов, испускаемых катодом, последовательно при малом и большом напряжении накала устанавливают токи экрана и сетки путем регулировки напряжения экрана, соответствующе одинаковой величине коэффициента токораспределения в обоих случаях, а сопротивление экрана определяют путем деления разницы величин напряжений экрана, соответствующих одинаковой величине коэффициента токораспределения, на величину тока экрана при большом напряжении экрана.

Кроме того, величина коэффициента токораспределения равна единице.

Одним из наиболее удобных вариантов величины коэффициента токораспределения является величина, равная единице.

Способ основан на использовании теории подобия полей и закона Ома для замкнутой цепи.

Положительный эффект достигается тем, что использование вместо снятия вольт-амперных зависимостей и их построения по многочисленным точкам, а также графического нахождения из этих зависимостей исходных данных для расчета сопротивлении всего двух точек в процессе несложной регулировки тока электронов позволяет резко сократить трудоемкость (не менее чем в 10 раз) при одновременном повышении точности процесса измерения за счет исключения длительных и неточных графоаналитических операций. Выбор величины коэффициента токораспределения, равной единице, определяется удобством и простотой при регулировке токов анода и сетки. При этом снижение трудоемкости и повышение точности процесса измерения сопротивления экрана достигают максимальных значений.

ПРИМЕР
Приводим конкретный пример использования заявляемого способа.

Измерены сопротивления экранов вакуумных флуоресцентных дисплеев, покрытых композиционными катодолюминофорами, предназначенными для создания цветосинтезирущих триад в широкоформатных видеоэкранах. Измерение сопротивления проводилось в экспериментальных ВЛИ, являющихся полным аналогом серийных ВЛИ в конструктивно-технологическом отношении, но имеющих калиброванный размер экрана, равный 1 см². Люминофор наносился на металлический подслой.

Измерение яркости проводилось при U_a=250 В, а измерение сопротивления - в близком к этому режиму.

Анализ результатов измерения сопротивления экранов, покрытых композиционными люминофорами ZnS: Cu, Y₂O₂S:Eu, ZnS:Ag (см. таблицу) показывает, что величина сопротивления экрана требует оптимизации ее при получении максимальных яркостей и светоотдачи. Слишком малая ветчина сопротивления или слишком большая отрицательно сказываются на качестве экранов, причем прослеживается ее зависимость и от типа матрицы кристаллофосфора.

Таким образом, предложенный способ определения сопротивления экрана вакуумного флуоресцентного дисплея позволяет целенаправленно производить разработку высокоэффективных кристаллофосфоров, в том числе композиционных, а также технологии нанесения люминесцентных составов на анодные сегменты дисплеев самого широкого назначения.

В предлагаемом способе в отличие от прототипа уменьшено до минимума число измеряемых точек на вольт-амперных характеристиках, а в следствие этого - трудоемкость и время измерения, значительно повышена точность измерения за счет отсутствия ошибок по исключенным из прототипа графическим расчетам. Воспроизводимость измерений оценивается в ±(3-5)% и фактически определяется двумя факторами: точностью задания режимов измерения и нестабильностью индикаторов во время работы.

Использование при производстве вакуумных люминесцентных индикаторов и люминесцентных материалов. Технический результат заключается в снижении трудоемкости процесса определения сопротивления экрана вакуумного флуоресцентного дисплея путем сокращения времени процесса при одновременном повышении точности измерения. Способ включает измерение падения напряжения на экране и тока флуоресценции, установленного в процессе регулировки напряжения накала и экрана при неизменном напряжении сетки, через экран, и определение сопротивления методом вольтметра-амперметра, в процессе регулировки тока электронов, испускаемых катодом, последовательно при малом и большом напряжении накала устанавливают токи экрана и сетки путем регулировки напряжения экрана, соответствующие одинаковой величине коэффициента токораспределения в обоих случаях, а сопротивление экрана определяют путем деления разницы величин напряжений экрана, соответствующих одинаковой величине коэффициента токораспределения, на величину тока экрана при большом напряжении экрана. Кроме того, величина коэффициента токораспределения может быть равна единице. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ определения сопротивления экрана вакуумного флуоресцентного дисплея, включающий измерение падения напряжения на экране и тока флуоресценции, установленного в процессе регулировки напряжения накала и экрана при неизменном напряжении сетки, через экран, и определение сопротивления методом вольтметра-амперметра, отличающийся тем, что в процессе регулировки тока электронов, испускаемых катодом, последовательно при малом и большом напряжении накала устанавливают токи экрана и сетки путем регулировки напряжения экрана, соответствующие одинаковой величине коэффициента токораспределения в обоих случаях, а сопротивление экрана определяют путем деления разницы величин напряжений экрана, соответствующих одинаковой величине коэффициента токораспределения, на величину тока экрана при большом напряжении экрана. 2. Способ определения сопротивления экрана вакуумного флуоресцентного дисплея по п. 1, отличающийся тем, что величина коэффициента токораспределения равна единице.