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

Изобретение относится к низковольтным катодолюминесцентным вакуумным средствам отображения информации и может быть использовано при разработке и производстве цифровых, буквенно-цифровых и мнемонических индикаторных устройств, матричных панелей и экранов для вывода визуальной информации в различных устройствах индивидуального и коллективного пользования, включая телевизионные устройства и радиосистемы.

Конструктивной основой вакуумного люминесцентного индикаторного устройства является анодная плата, представляющая собой стеклянную или керамическую подложку, на которой формируются токопроводящая разводка для подведения напряжения к сегментам, основания сегментов с люминесцентным слоем, образующие рисунок индикации, контактные площадки для монтажа катодно-сеточной арматуры, геттеров и т.п. Важными элементами низковольтных катодолюминесцентных матричных экранов является катодно-сеточная арматура, геттеры, существенно влияющие на эргономические показатели прибора и трудоемкость его изготовления (см. Б.И.Горфинкель, Б.В.Абалдуев, Р.С.Медведев, А.П.Логинов. Низковольтные катодолюминесцентные приборы. М.: «Радио и связь», 1983 г., с.33-36).

Недостатком данной конструкции является наличие системы катодов и управляющих электродов, выполненных в виде сеточных полотен, что затрудняет их крепление и требует большого числа монтажных соединений.

Известны вакуумные люминесцентные индикаторы, содержащие вакуумный баллон и плату с расположенными на ней анодными сегментами, которые покрыты люминофором, а также катоды, сетки и внешние выводы, соединенные с соответствующими электродами индикатора (Лисицын В.Л. Элементы индикации. М.: «Энергия», 1978 г., с.60; Русина Е.В. Матричные индикаторы и панели на основе низковольтной катодолюминесценции. №5-6, 1982 г., с.88-89; патент РФ №2179766, МКИ 7: H 01 J 31/12, 1/15, 1/88, 29/02, опубл. 20.02.2002 г.).

Недостатком данных устройств является наличие сложной системы управляющих электродов, выполненных в виде натянутого большого количества сеточных полос, при этом они расположены на одном уровне удаленности от анодных сегментов и с промежутками между собой, что сужает эргономические параметры индикатора (габаритная яркость, угол обзора).

Наиболее близким аналогом - прототипом к изобретению является конструкция катодолюминесцентного экрана матричного типа, описанная в патенте РФ №2173908, МКИ 7: H 01 J 31/12, опубл. 20.09.2001 г., включающая вакуумную оболочку, состоящую из лицевой пластины и изолирующей основы, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов, выполненных в виде параллельных полос, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета, 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 таких катодолюминесцентных экранов является наличие сложной системы управляющих электродов, выполненных в виде натянутого большого количества сеточных полос, что приводит к ненадежности конструкции за счет сложной технологии изготовления.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности экрана и, соответственно, в повышении надежности работы устройства и качества отображаемой информации при значительном снижении трудоемкости изготовления экрана и его стоимости.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в низковольтном катодолюминесцентном матричном экране, включающем вакуумную оболочку, состоящую из двух стеклянных пластин, катоды, ряды нанесенных на одну из стеклянных пластин 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, герметик, расположенный по периметру двух стеклянных пластин, управляющие электроды и катоды совмещены в единую систему: управляющие электроды - катоды, при этом управляющие электроды - катоды размещены на внутренней поверхности второй стеклянной пластины, причем на управляющие электроды - катоды нанесены углеродные нанотрубки с возможностью полевой эмиссии электронного потока при подаче напряжения между выбранными анодными электродами и, по крайней мере, одним управляющим электродом - катодом-эмиттером.

Кроме того, дополнительно введены спейсеры, при этом спейсеры расположены между двумя стеклянными пластинами с определенным шагом, причем высота спейсеров определяет расстояние между управляющими электродами - катодами-эмиттерами и анодными электродами, а напряженность поля между управляющими электродами - катодами-эмиттерами и анодными электродами в пределах от 0,3 до 20 В/мкм.

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

На фиг.1 изображен схематично низковольтный катодолюминесцентный матричный экран.

На фиг.2 схематично изображена стеклянная пластина низковольтного катодолюминесцентного матричного экрана с нанесенными на ней анодными электродами, покрытыми люминофором, вид сверху.

На фиг.3 схематично изображена другая стеклянная пластина с расположенными на ней управляющими электродами - катодами-эмиттерами с нанесенными на них углеродными нанотрубками.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - низковольтный катодолюминесцентный матричный экран;

2 - стеклянная пластина вакуумной оболочки, например лицевая;

3 - стеклянная пластина (другая) вакуумной оболочки;

4 - анодные электроды;

5 - люминофор;

6 - контактные площадки;

7 - внешние выводы;

8 - спейсеры;

9 - управляющие электроды - катоды-эмиттеры;

10 - углеродные нанотрубки;

11 - герметик.

Работа низковольтного катодолюминесцентного матричного экрана осуществляется следующим образом.

Управление экраном осуществляется последовательной подачей в импульсном режиме положительного напряжения на соответствующие анодные электроды 4 относительно управляющего электрода - катода-эмиттера 9 со скважностью Q, равной количеству строк низковольтного матричного экрана (строка: управляющий электрод - катод-эмиттер). В новом низковольтном катодолюминесцентном матричном экране 1 управляющие электроды и катоды совмещены в единую систему, образуя управляющие электроды - катоды-эмиттеры 9, выполненные в виде нитей с нанесением на них углеродных нанотрубок 10. Электроны вытягиваются из управляющего электрода - катода-эмиттера 9 и рассеиваются равномерно по площади включенного столбца (или строки, соответственно) информационного поля - это ряды нанесенных на стеклянную пластину 3 анодных электродов 4, покрытых люминофором 5 (см. фиг.1 и 2). Управление светоизлучающего сегмента выполняется благодаря формированию управляющего электрода - катода-эмиттера 9 с нанесенными на них углеродными нанотрубками 10. Люминофор 5 под действием электронной бомбардировки начинает светиться. Анодные электроды 4, на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока, и люминофоры 5 остаются в невозбужденном состоянии, т.е. все остальные элементы экрана не светятся. Итак, светоизлучающие сегменты, находящиеся на невыбранных анодных электродах 4, находятся под нулевым потенциалом относительно управляющего электрода - катода-эмиттера 9, а электронный поток на светоизлучающие сегменты, находящиеся в пересечении выбранного анодного электрода 4 и невыбранного управляющего электрода - катода-эмиттера 9, заперт отрицательным напряжением, поданным на невыбранные управляющие электроды - катоды-эмиттеры 9.

На экране получают необходимое изображение, подавая напряжение на выбранные анодные электроды 4 и управляющие электроды - катоды-эмиттеры 9 с нанесенными на них углеродными нанотрубками 10.

Настоящее изобретение было успешно опробовано в лабораторных условиях. На стеклянной пластине 2 расположены совмещенные управляющие электроды и катоды, образуя управляющие электроды -катоды-эмиттеры 9, при этом на управляющие электроды - катоды-эмиттеры 9 нанесены углеродные нанотрубки 10.

Испытания показали, что настоящее изобретение позволяет устранить нежелательные недостатки, которые имеют место в экране:

- провисание, выгибание или деформацию как катодов, так и управляющих электродов;

- упрощение технологии изготовления экрана.

Данное изобретение позволяет сократить технологический процесс при изготовлении одного прибора, так как исключаются:

1) процесс изготовления прямонакальных катодов и, соответственно, денежные затраты на закупку материалов для прямонакальных катодов;

2) держателя катодов и, соответственно, денежные затраты на закупку материалов для держателей;

3) монтажные работы по сборке достаточно сложной системы прямонакальных катодов и управляющих электродов.

Таким образом, монтажные работы по сборке, изготовление и крепление прямонакальных катодов, а также навесных управляющих электродов в заявленном техническом решении исключены.

Введение спейсеров, расположенных внутри вакуумной оболочки между двумя стеклянными пластинами 2 и 3, позволяет существенно снизить толщину стеклянных пластин, соответственно снизить вес экрана, его материалоемкость, независимо от размеров информационной емкости экрана, повышает его надежность и механическую прочность. Высота спейсеров определяет расстояние между двумя стеклянными пластинами 2 и 3 и, соответственно, расстояние между управляющими электродами - катодами-эмиттерами 9 и анодными электродами 4.

При работе прибора напряженность электрического поля между управляющими электродами - катодами-эмиттерами 9 и анодными электродами 4 должно быть в пределах от 0,3 до 20 В/мкм. Указанные пределы напряженности электрического поля между управляющими электродами - катодами-эмиттерами 9 и анодными электродами 4 от 0,3 до 20 В/мкм и высота спейсеров 8 определены экспериментально с учетом известных закономерностей, принятых при конструировании электронных приборов с полевой эмиссией.

Использование управляющих электродов - катодов-эмиттеров с нанесенными на них углеродными нанотрубками и расположенных на стеклянной пластине вакуумной оболочки позволит решить проблему создания высокоэффективного по яркости, надежности и экономичности низковольтного катодолюминесцентного матричного экрана.

Изобретение относится к низковольтным катодолюминесцентным вакуумным средствам отображения информации и может быть использовано при разработке и производстве цифровых, буквенно-цифровых и мнемонических индикаторных устройств, матричных панелей и экранов для вывода визуальной информации в различных устройствах индивидуального и коллективного пользования, включая телевизионные устройства и радиосистемы. Технический результат - повышение надежности экрана и, соответственно, повышение надежности работы устройства и качества отображаемой информации при значительном снижении трудоемкости изготовления экрана и его стоимости. Достигается тем, что в низковольтном катодолюминесцентном матричном экране, включающем вакуумную оболочку, состоящую из двух стеклянных пластин, катоды-эмиттеры, ряды нанесенных на одну из стеклянных пластин 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, герметик, расположенный по периметру двух стеклянных пластин, управляющие электроды и катоды совмещены в единую систему: управляющие электроды - катоды, при этом управляющие электроды - катоды размещены на внутренней поверхности второй стеклянной пластины, причем на управляющие электроды - катоды нанесены углеродные нанотрубки с возможностью полевой эмиссии электронного потока при подаче напряжения между выбранными анодными электродами и, по крайней мере, одним управляющим электродом - катодом-эмиттером. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Низковольтный катодолюминесцентный матричный экран, включающий вакуумную оболочку, состоящую из двух стеклянных пластин, катоды-эмиттеры, ряды нанесенных на одну из стеклянных пластин 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, герметик, расположенный по периметру двух стеклянных пластин, отличающийся тем, что управляющие электроды и катоды совмещены в единую систему: управляющие электроды-катоды, при этом управляющие электроды-катоды размещены на внутренней поверхности второй стеклянной пластины, причем на управляющие электроды-катоды нанесены углеродные нанотрубки с возможностью полевой эмиссии электронного потока при подаче напряжения между выбранными анодными электродами и, по крайней мере, одним управляющим электродом-катодом-эмиттером.2. Низковольтный катодолюминесцентный матричный экран по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены спейсеры, при этом спейсеры расположены между двумя стеклянными пластинами с определенным шагом, причем высота спейсеров определяет расстояние между управляющими электродами-катодами-эмиттерами и анодными электродами, а напряженность поля между управляющими электродами-катодами-эмиттерами и анодными электродами в пределах от 0,3 до 20 В/мкм.