ПЛОСКИЙ ВАКУУМНЫЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДИСПЛЕЙ Российский патент 2004 года по МПК H01J21/10 

Изобретение относятся к низковольтным средствам отображения информации и может быть применено для создания универсальных индикаторов, предназначенных для отображения любой информации: цифровой, текстовой, знаковой, графической, телевизионной, компьютерной.

Известны вакуумные люминесцентные индикаторы, содержащие вакуумный баллон, в котором размещены плата, катод и рассеивающая сетка, на плате расположены анодные электроды, покрытые слоем люминофора (см. Лисицын Б.Л. Элементы индикации. М.: Энергия, 1978 г., с.60, 67). Вакуумный индикатор, состоящий из электровакуумной системы с катодом и сеткой и расположенными на подложке панодами, покрытыми люминофором, отличается тем, что, с целью увеличения информационной емкости и упрощения внешней схемотехники, подложка выполнена в виде кристалла, аноды выполнены в виде интегральной схемы, причем люминофором покрыты электродные участки схемы (см. патент РФ №645460, МКИ Н 01 J 21/10, 1977 г., опубл. 13.07.94 г.).

Известен вакуумный люминесцентный индикатор, содержащий накальный катод, рассеивающую сетку и плату с расположенной на ней полупроводниковой подложкой с пассивирующим слоем, в которой выполнена управляющая интегральная схема в виде отдельных ячеек, содержащих на участках поверхности люминофор (см. авт. свид. СССР №938332, МКИ³ Н 01 J 21/10, опубл. 23.06.82 г.).

Однако вышеперечисленные конструкции имеют существенные недостатки:

- вакуумные люминесцентные индикаторы с высокой информационной емкостью без встроенных схем памяти и управления требуют использования сложной высоковольтной и потому дорогостоящей внешней схемы управления, имеют все более трудно достижимую приемлемую яркость при возрастающей скважности динамического управления по мере увеличения информационной емкости, большое число внешних выводов (см. Лисицын Б.Л. Элементы индикации. М.: Энергия, 1978 г., с.60, 67);

- вакуумные люминесцентные индикаторы с полупроводниковой подложкой, содержащей элементы управления и памяти в каждом элементе изображения и периферийные схемы управления, при наличии связей, не предусмотренных конструкцией полупроводниковой подложки, между электродами одного или нескольких элементов изображения, имеют неработающие (неуправляемые) строки или столбцы элементов изображения (см. патенты РФ №645460 и №938332).

Наиболее близким аналогом-прототипом является плоский вакуумный люминесцентный телевизионный дисплей с матрицей р-МОП транзисторов, состоящий из двух групп электродов, заключенных в плоский вакуумный стеклянный баллон, причем одна из групп электродов, работающих на положительных потенциалах, состоит из ряда элементов изображения, расположенных в виде матрицы и состоящих из р-МОП транзисторов и светоизлучающего люминофорного элемента, наносимого в виде слоя люминофора на сток р-МОП транзистора, а другая группа электродов образует площадь катода, состоящего из ряда тонких нитей, излучающих электроны, и ускоряющей сетки (см. IEEE NО.6. JUNE 1981. "Flat VFD Display Incorporating MOSFET Array").

Недостатком конструкции вакуумного люминесцентного дисплея является невысокое качество отображения информации вследствие недостаточной равномерности свечения люминофора из-за различий плотности анодного тока.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в улучшении качества отображаемой информации за счет предотвращения взаимного влияния одного элемента изображения на всю строку или столбец.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в плоский вакуумный люминесцентный дисплей, содержащий катод, сетку внутри вакуумного баллона, состоящего из стеклянной лицевой пластины и изолирующей подложки с расположенными на ней, по крайней мере, одним полупроводниковым кристаллом, соединенным с внешними выводами токоведущими дорожками по периферии с электродами, покрытыми люминофором, расположенными в виде Х-У матрицы элементов изображения и представляющими собой схему из адресного р-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором ключевого р-МОП транзистора, с покрытым люминофором стоком, при этом все затворы адресных транзисторов каждой строки Х-У матрицы соединены с данной адресной У-шиной, а все истоки всех адресных транзисторов каждого столбца Х-У матрицы соединены с данной адресной Х-шиной, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, дополнительно введены резисторы, а истоки и затворы адресных транзисторов соединены с Х- и У-шинами через резисторы. Кроме того, по периферии полупроводникового кристалла выполнена интегральная схема управления, входы которой соединены с Х- и У-шинами Х-У матрицы элементов изображения; в качестве ключевого р-МОП транзистора применяют n-МОП транзистор.

В такой конструкции, при наличии связей, не предусмотренных конструкцией полупроводникового кристалла, между электродами элемента изображения, резисторы, включенные между затвором адресного транзистора и строчной У-шиной Х-У матрицы, и резисторы, включенные между истоком адресного транзистора и столбцовой Х-шиной Х-У матрицы, предотвращают взаимное влияние одного элемента изображения на всю строку или на весь столбец.

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

На фиг.1 показан общий вид конструкции плоского вакуумного люминесцентного дисплея.

На фиг.2 показана электрическая схема предлагаемого варианта с р-МОП ключевым транзистором.

На фиг.3 показана электрическая схема элементов изображения предлагаемого варианта с n-МОП ключевым транзистором.

На фиг.4 схематично показана Х-У матрица элементов изображения.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 - стеклянная лицевая пластина вакуумного баллона,

2 - изолирующая подложка вакуумного баллона,

3 - диэлектрическая рамка,

4 - катод,

5 - сетка,

6 - полупроводниковые кристаллы,

7 - контактные площадки,

8 - проводники,

9 - внешние вывода,

Т1 - адресный транзистор,

Т2 - ключевой транзистор,

R1, R2 - резисторы,

X - столбцовые шины, например, Х₁, Х₂,...Х_n,

У - строчные шины, например, У₁, У₂,...У_m.

Плоский вакуумный люминесцентный дисплей (см. фиг.1) содержит лицевую прозрачную стеклянную пластину 1 и изолирующую подложку 2, соединенные герметично диэлектрической рамкой 3 в вакуумный баллон, внутри которого расположен катод 4, сетка 5, держатели которых для простоты чертежа не показаны. На изолирующей подложке 2 внутри вакуумного баллона расположены один или несколько полупроводниковых кристаллов 6 с элементами изображения, приведенных на фиг.2 или фиг.3, расположенными в виде Х-У матрицы (см. фиг.4) и представляющими схему из адресного р-МОП транзистора Т1, сток которого соединен с затвором ключевого р-МОП транзистора Т2 со стоком, покрытым люминофором, при этом все затворы всех адресных транзисторов каждой строки Х-У матрицы соединены с данной адресной У-шиной, а все истоки всех адресных транзисторов Т1 каждого столбца Х-У матрицы соединены с данной адресной Х-шиной. Контактные площадки 7 полупроводниковых кристаллов 6 соединены проводниками 8 с внешними выводами 9 плоского вакуумного люминесцентного дисплея.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.2).

Полупроводниковый кристалл 6 (фиг.1) находится под положительным напряжением относительно накаливаемого катода 4, величина которого достаточна для возникновения катодолюминесценции. На строчные шины У ... поочередно подаются импульсы, формируемые внешним или внутренним драйвером - интегральной схемой управления, длительностью, равной длительности кадра, деленной на количество строк в Х-У матрице, и величиной, превышающей утроенное пороговое напряжение адресного транзистора Т1. Эти импульсы через резистор R1 поступают на затвор адресного транзистора Т1 и открывают его. На столбцовые шины Х... подаются импульсы, формируемые внешним или внутренним драйвером, длительностью, превышающей в 1,1 раза длительность импульса выбора строки У, и величиной, превышающей удвоенное пороговое напряжение адресного Т1 и ключевого Т2 транзисторов, если выбранный элемент изображения должен быть включен, или не превышающей пороговое напряжение адресного Т1 и ключевого Т2 транзисторов, если выбранный элемент изображения должен быть выключен. Эти импульсы через резистор R2 и открытый адресный транзистор Т1 поступают на затвор ключевого транзистора. Потенциал, поданный через открытый адресный транзистор Т1 на затвор ключевого транзистора Т2 в момент действия импульса выборки строки, хранится на емкости затвора ключевого транзистора Т2 до следующего обращения к данной строке. Ключевой транзистор Т2 находится в открытом состоянии, если на его затворе хранится потенциал, превышающий пороговое напряжение транзистора, и люминофор, нанесенный на сток данного ключевого Т2 транзистора, светится. Ключевой транзистор Т2 находится в закрытом состоянии, если на его затворе хранится потенциал, не превышающий пороговое напряжение транзистора, и люминофор, нанесенный на сток данного ключевого транзистора Т2 не светится. Таким образом, при наличии встроенной в каждый элемент Х-У матрицы функции памяти (хранение потенциала на емкости затвора ключевого транзистора Т2) реализуется квазистатический режим отображения информации, при динамическом способе адресации к элементам Х-У матрицы.

Плоский вакуумный люминесцентный дисплей с выполненной по периферии полупроводникового кристалла интегральной схемой управления, выходы которой соединены с Х- и У-шинами Х-У матрицы элементов изображения, при этом в качестве ключевого р-МОП транзистора применяют n-МОП транзистор работает следующим образом, см. фиг.1 и фиг.3.

Полупроводниковый кристалл 6 находится под положительным напряжением относительно накаливаемого катода 4, величина которого достаточна для возникновения катодолюминесценции. Строчные шины У поочередно подключаются к шине, на которую подается аналоговый сигнал яркости, имеющий амплитуду, равную величине анодного напряжения, с помощью адресного транзистора, затвор которого управляется импульсами, формируемыми внешним или внутренним драйвером - интегральной схемой управления, длительностью, равной длительности кадра, деленной на количество строк в Х-У матрице, и величиной, равной анодному напряжению. На столбцовые шины Х_n подаются импульсы, формируемые внешним или внутренним драйвером - интегральной схемой управления, длительностью, равной длительности кадра, деленной на произведение количества строк и столбцов в Х-У матрице, и амплитудой, равной анодному напряжению. Потенциал, поданный через адресный транзистор Т1 на затвор ключевого транзистора Т2 в момент действия импульса выборки строки У_m и столбца Х_n, хранится на емкости затвора ключевого транзистора Т2 до следующего обращения к данному элементу изображения. Ключевой транзистор Т2 находится в открытом состоянии, если на его затворе хранится потенциал, превышающий пороговое напряжение транзистора, и люминофор, нанесенный на сток данного ключевого транзистора, светится. Ключевой n-МОП транзистор Т2 в данном варианте работает в режиме потокового повторителя. На его затворе хранится аналоговый сигнал яркости, записанный при обращении к данному элементу Х-У матрицы. При этом на истоке этого транзистора устанавливается потенциал, равный U_g-U_t-Δ, где U_g - напряжение на затворе, U_t - пороговое напряжение, Δ - напряжение, величина которого определяется влиянием подложки. При этом яркость свечения люминофора, осажденного на исток р-МОП транзистора Т2, пропорциональна произведению тока, протекающего через транзистор и люминофор, на напряжение на истоке этого транзистора. Таким образом, при наличии встроенной в каждый элемент Х-У матрицы функции памяти (хранение потенциала на емкости затвора ключевого транзистора Т2), реализуется квазистатический режим отображения информации, при динамическом способе адресации к элементам изображения Х-У матрицы, и возможность отображения информации с аналоговой шкалой градаций яркости.

Использование данной конструкции плоского вакуумного люминесцентного дисплея по сравнению с известными конструкциями позволит повысить качество отображаемой информации путем повышения равномерности свечения люминофора и исключения взаимного влияния элементов изображения.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике индикации, и может быть применено для создания люминесцентных дисплеев для отображения различной информации. Технический результат - повышение качества отображаемой информации, обеспечивается за счет предотвращения взаимного влияния соседних элементов изображения. Для достижения данного результата в плоском вакуумном люминесцентном дисплее истоки и затворы адресных транзисторов соединены с Х- и У-шинами через резисторы. Кроме того, по периферии полупроводникового кристалла выполнена интегральная схема управления, выходы которой соединены с Х- и У-шинами X-У матрицы элементов изображения. В качестве ключевого р-МОП транзистора применяют n-МОП транзистор. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Плоский вакуумный люминесцентный дисплей, содержащий катод, сетку внутри вакуумного баллона, состоящего из стеклянной лицевой пластины и изолирующей подложки с расположенным на ней, по крайней мере, одним полупроводниковым кристаллом, соединенным с внешними выводами токоведущими дорожками по периферии с электродами, покрытыми люминофором, расположенными в виде Х-У матрицы и представляющими собой схему из адресного р-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором ключевого р-МОП транзистора, с покрытым люминофором стоком, при этом все затворы адресных транзисторов каждой строки Х-У матрицы соединены с данной адресной У-шиной, а все истоки всех адресных транзисторов каждого столбца Х-У матрицы соединены с данной адресной Х-шиной, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, отличающийся тем, что дополнительно введены резисторы, а истоки и затворы адресных транзисторов соединены с Х- и У-шинами через резисторы.2. Плоский вакуумный люминесцентный дисплей по п.1, отличающийся тем, что по периферии полупроводникового кристалла выполнена интегральная схема управления, выходы которой соединены с X- и У-шинами Х-У матрицы элементов изображения.3. Плоский вакуумный люминесцентный дисплей по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве ключевого р-МОП транзистора применяют n-МОП транзистор.