КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МАТРИЧНЫЙ ЭКРАН Российский патент 2005 года по МПК H01J31/12 H01J1/30 

Изобретение относится к индикаторной технике, а более конкретно к матричным катодолюминесцентным экранам или плоским электронно-лучевым трубкам (ЭЛТ) с электрическим входом и оптическим выходом, используемым в вычислительной технике, радиолокации, телевидении и т.д.

Катодолюминесцентный матричный экран представляет собой вакуумный электронный прибор, термоэлектронный катод, управляющие сетки и держатели, заключенные в вакуумно-плотную оболочку с платой, на которой по заданному рисунку размещены токопроводящие сегменты экрана, покрытые люминофором, и токопроводящая разводка с контактными площадками. См. Горфинкель Б.И., Абалдуев Б.В., Медведев Р.С., Логинов А.П. Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы. М.: Радио и связь, 1983 г., с.112; Быстров Ю.А., Персианов Г.М. Севостьянов Ю.С. Вакуумные люминесцентные индикаторы. - Обзоры по электронной технике. Сер. 4, изд-во ЦНИИ “Электроника”, вып.2 (885), 1982 г., с.44.

Известны вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ), содержащие вакуумный баллон, в котором помещена плата с расположенными на ней анодными электродами, которые покрыты люминофором, а также катод, сетки и внешние вывода, соединенные с соответствующими электродами индикатора (см. Лисицын Б.Л. Низковольтные индикаторы, 1985 г., с.101-105; Русина Е.В. Матричные индикаторы на панели на основе низковольтной катодолюминесценции. Журнал “Электронная промышленность”, №5-6, 1982 г., с.88-89).

Недостатками данных устройств являются наличие сложной системы прямонакальных катодов и соответственно высокая потребляемая мощность накаливания прямонакальных катодов.

Известен катодолюминесцентный матричный экран, содержащий лицевую пластину и подложку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на подложку анодных электродов в виде параллельных полос, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, управляющие электроды, ортогональные анодным электродам и образующие светоизлучающие сегменты, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, управляющие электроды выполнены в виде ребер и расположены меньшей гранью на слое диэлектрика, нанесенного на подложку, и анодные электроды в местах пересечения анодных электродов и управляющих электродов, см. патент РФ №2173909, MKИ: H 01 J 31/12, опубл. 20.09.2001 г.

Недостатком данной конструкции является сложные системы управляющих электродов и прямонакальных катодов, так как в случае использования данного устройства на крупногабаритных подложках способ его изготовления громоздок и технологически неэкономичен.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому решению - прототипом является конструкция катодолюминесцентного экрана матричного типа, описанная в патенте РФ №2173908, МКИ: H 01 J 31/12, опубл. 20.09.2001 г., содержащая вакуумную оболочку, состоящую из лицевой пластины и изолирующей основы, системы прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов, выполненных в виде параллельных полос, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета, и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, систему управляющих электродов, ортогональных анодным электродам и образующих светоизлучающие сегменты, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и изолирующую основу, между анодными электродами выполнены из диэлектрической пасты выступы-барьеры, на которых расположена система управляющих электродов по количеству строк экрана.

Недостатком данного устройства является ненадежность конструкции за счет сложной технологии изготовления систем управляющих электродов и катодов за счет большого объема монтажных работ.

Сущность изобретения в следующем. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности экрана и соответственно качества отображаемой информации.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в катодолюминесцентном матричном экране, содержащем вакуумную оболочку с изолирующей основой, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов в виде параллельных полос, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, катоды, управляющие электроды, ортогональные анодным электродам и образующие на пересечении светоизлучающие сегменты, катоды-эмиттеры выполнены нанесением углеродных нанотрубок на управляющие электроды с возможностью эмиттирования электронного потока при включении, по крайней мере, одного управляющего электрода из совокупности управляющих электродов в момент включения соответствующих анодных электродов.

Кроме того, расстояние между плоскостями систем анодных электродов и управляющих электродов-катодов-эмиттеров и разность потенциалов между включенными анодными электродами и управляющими электродами-катодами-эмиттерами связаны соотношением

при Е≅ от 1 до 20 В/мкм, где

Е - напряженность поля управляющего электрода-катода-эмиттера,

U'_{a-суп-эм} - установленная разность потенциала между включенными анодными электродами и включенным выбранным управляющим электродом-катодом-эмиттером,

Х_{а-суп-эм} - расстояние (мкм) между плоскостями анодных и управляющих электродов-катодов-эмиттеров, при этом для отключенных невыбранных управляющих электродов-катодов-эмиттеров разность потенциалов U’’_{a-суп-эм} должна быть в пределах от 0 до 0,75 U'_{a-суп-эм} вольт.

Таким образом, в данном техническом решении в качестве катода-эмиттера используют управляющий электрод с нанесенными нанотрубкуами, образуя новый конструктивный элемент: управляющий электрод-катод-эмиттер.

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

На фиг.1 схематично изображен катодолюминесцентный матричный экран согласно заявляемому техническому решению.

На фиг.2 схематично показан фрагмент катодолюминесцентного экрана: вид сверху изолирующей основы с анодными электродами и управляющими электродами с нанесенными нанотрубками, образующими управляющие электроды-катоды-эмиттеры, а также показан светоизлучающий сегмент.

Приняты следующие обозначения:

1 - вакуумная оболочка,

2 - изолирующая основа,

3 - анодные электроды,

4 - люминофор,

5 - контактные площадки,

6 - внешние вывода,

7 - управляющие электроды-катоды-эмиттеры,

8 - углеродные нанотрубки,

9 - светоизлучающие сегменты.

Катодолюминесцентный матричный экран содержит вакуумную оболочку 1 с изолирующей основой 2, на которую нанесены ряды анодных электродов 3, выполненных в виде параллельных полос, покрытых люминофором 4. Внутри вакуумной оболочки 1 расположены управляющие электроды-катоды-эмиттеры 7 ортогонально анодным электродам 3, образующие на пересечении светоизлучающие сегменты 9. Катоды-эмиттеры выполнены нанесением углеродных нанотрубок 8 на управляющие электроды, образуя (получая) новый элемент конструкции: управляющие электроды-катоды-эмиттеры.

Работа катодолюминесцентного матричного экрана осуществляется следующим образом.

Управление экраном осуществляется последовательной подачей в импульсном режиме положительного напряжения на соответствующие анодные электроды 3 относительно управляющего электрода-катода-эмиттера 7 со скважностью Q, равной количеству строк катодолюминесцентного матричного экрана (строка: управляющий электрод-катод-эмиттер). В новом катодолюминесцентном матричном экране, в котором катоды-эмиттеры выполнены нанесением углеродных нанотрубок 8 на управляющие электроды, образуя управляющие электроды-катоды-эмиттеры 7, электроны вытягиваются из управляющего электрода-катода-эмиттера 7 и рассеиваются равномерно по площади информационного поля - это ряды нанесенных на изолирующую основу 2 анодных электродов 3, покрытых люминофором 4 (см. фиг.1 и 2). Управление светоизлучающего сегмента 9 (см. фиг.2) выполняется благодаря формированию катода эмиттера нанесением углеродных нанотрубок 8 на управляющие электроды, образуя управляющие электроды-катоды-эмиттеры 7. Люминофор 4 под действием электронной бомбардировки начинает светиться. Анодные электроды 3, на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока, и люминофоры 4 остаются в не возбужденном состоянии, т.е. все остальные элементы экрана не светятся. Таким образом, светоизлучающие сегменты 9, находящиеся на невыбранных анодных электродах, находятся под нулевым потенциалом относительно управляющего электрода-катода-эмиттера 8, а электронный поток на излучающие сегменты 9, находящиеся в пересечении выбранного анодного электрода 3 и невыбранного управляющего электрода-катода-эмиттера 7, заперт отрицательным напряжением, поданным на невыбранные управляющие электроды-катоды-эмиттеры 7.

Подавая напряжение на выбранные анодные электроды 3 и управляющие электроды-катоды-эмиттеры 7 катодолюминесцентного матричного экрана, получают на экране необходимое изображение.

Данное изобретение позволяет получить катодолюминесцентные матричные экраны как с черно-белым, так и цветным четким изображением, что особенно важно для систем с большой рабочей площадью - информационной зоной и высокой плотностью информации.

ПРИМЕР.

По данному техническому решению был изготовлен многоцветный катодолюминесцентный экран, в котором катоды-эмиттеры выполнены нанесением углеродных нанотрубок на управляющие электроды, т.е. образуя управляющие электроды-катоды-эмиттеры 7.

На базе прибора П-626 (128× 128) были изготовлены два прибора:

А) с анодными электродами, управляющими электродами и прямонакальными катодами (базовый образец);

Б) с анодными электродами и управляющими электродами-катодами-эмиттерами (заявляемое техническое решение).

Проведенные испытания показали:

По базовому образцу: А) суммарная потребляемая мощность экрана Р_хсумм составляет 10 Вт/дм², она состоит из потребляемой мощности анодных электродов Р_упа≅_{1-1,5 Вт/дм² (в сумме Рупр - потребляемая мощность составляет 5 Вт/дм²) и высокой потребляемой мощности накаливания прямонакальных катодов Рн=5 Вт/дм².}

По заявляемому техническому решению: Б) мощность накаливания катодов-эмиттеров составляет 0, мощность управляющих электродов-катодов-эмиттеров составляет 0, остается потребляемая мощность анодных электродов P_a≅_{1-1,5 Вт/дм².}

Таким образом, при осуществлении заявляемого изобретения суммарная мощность, потребляемая катодолюминесцентным матричным экраном, снижается в 9-10 раз.

Испытания показали, что настоящее изобретение позволяет сократить технологический процесс при изготовлении одного прибора, так как исключаются:

а) процесс изготовления прямонакальных катодов и, соответственно, затраты на материалы на них;

б) держатели катодов и, соответственно, затраты на материалы для них;

в) монтажные работы по сборке достаточно сложной системы прямонакальных катодов и их держателей.

Итак, монтажные работы для изготовления и крепления катодов и их держателей в новом заявляемом техническом решении исключены.

При работе прибора электрическое поле, вытягивающее электроны из управляющих электродов-катодов-эмиттеров, обеспечивает более равномерное свечение люминофора анодных электродов в сравнении с наличием отдельной системы прямонакальных катодов с большим шагом расположения t≅ 2,5-3 мм, чем у управляющих электродов, у которых шаг расположения t_cyпp составляет 0,3-0,4 мм.

Указанные в формуле изобретения соотношения Е, U'_{a-суп-эм}, Х_{а-суп-эм} определены экспериментально с учетом известных закономерностей, принятых при конструировании электронных приборов.

Таким образом, использование описываемой конструкции обеспечивает по сравнению с известными конструкциями катодолюминесцентных матричных экранов повышение качества отображаемой информации путем повышения равномерности свечения люминофоров анодных электродов и снижение потребляемой катодолюминесцентным матричным экраном мощности за счет исключения катодов и более полного использования эмиссионных возможностей управляющих электродов-катодов-эмиттеров.

Изобретение относится к индикаторной технике, а более конкретно к матричным катодолюминесцентным экранам или плоским электронно-оптическим выходам, используемым в вычислительной технике, радиолокации, телевидении и т.д. Технический результат - повышение надежности экрана и, соответственно, качества отображаемой информации. Достигается тем, что в катодолюминесцентном матричном экране, содержащем вакуумную оболочку с изолирующей основой, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов в виде параллельных полос, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, катоды, управляющие электроды, ортогональные анодным электродам и образующие на пересечении светоизлучающие сегменты, катоды-эмиттеры выполнены нанесением углеродных нанотрубок на управляющие электроды с возможностью эмиттирования электронного потока при включении, по крайней мере, одного управляющего электрода из совокупности управляющих электродов в момент включения соответствующих анодных электродов. Кроме того, расстояние между плоскостями систем анодных электродов и управляющих электродов-катодов-эмиттеров и разность потенциалов между включенными анодными электродами и управляющими электродами-катодами-эмиттерами связаны соотношением

где Е ~ от 1 до 20 В/мкм, где Е - напряженность поля управляющего элекрода-катода-эмиттера, U'_{а-суп-эм} - установленная разность потенциала между включенными анодными электродами и включенным выбранным управляющим электродом - катодом-эмиттером, Х_{а-суп-эм} - расстояние (мкм) между плоскостями анодных электродов и управляющих электродов-катодов-эмиттеров, при этом для отключенных невыбранных управляющих электродов-катодов-эмиттеров разность потенциалов U''_{а-суп-эм} должна быть в пределах от 0 до ±0,75 U'_{а-суп-эм} вольт. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Катодолюминесцентный матричный экран, содержащий вакуумную оболочку с изолированной основой, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов в виде параллельных полос, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, катоды, управляющие электроды, ортогональные анодным электродам и образующие на пересечении светоизлучающие сегменты, отличающийся тем, что катоды-эмиттеры выполнены нанесением углеродных нанотрубок на управляющие электроды с возможностью эмиттирования электронного потока при включении, по крайней мере, одного управляющего электрода из совокупности управляющих электродов в момент включения соответствующих анодных электродов.2. Катодолюминесцентный матричный экран по п.1, отличающийся тем, что расстояние между плоскостями систем анодных электродов и управляющих электродов-катодов-эмиттеров и разность потенциалов между включенными анодными электродами и управляющими электродами-катодами-эмиттерами связаны соотношением:

при Е ~ от 1 до 20 в/мкм, где

Е - напряженность поля управляющего элекрода-катода-эмиттера,

U'_{а-суп-эм} - установленная разность потенциала между включенными анодными электродами и включенным выбранным управляющим электродом-катодом-эмиттером,

Х_{а-суп-эм} - расстояние (мкм) между плоскостями анодных электродов и управляющих электродов-катодов-эмиттеров,

при этом для отключенных невыбранных управляющих электродов-катодов-эмиттеров разность потенциалов U''_{а-суп-эм} должна быть в пределах от 0 до ±0,75 U'_{а-суп-эм} В.