КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН НА АКТИВНОЙ МАТРИЧНОЙ ПОДЛОЖКЕ Российский патент 2007 года по МПК H01J31/12 H01J17/49 H01J1/88 

Изобретение относится к индикаторной технике и может быть использовано для создания катодолюминесцентных экранов на активной матричной подложке, отображающих не только универсальную знакографическую, но и телевизионную и компьютерную информацию.

За последние три десятилетия в мировой индикаторной технике нашли широкое применение катодолюминесцентные плоскопанельные дисплеи (ВЛИ), разработанные и освоенные в промышленности Японии, России и Южной Кореи.

Дисплеи (ВЛИ) характеризуются высокой яркостью и надежностью в эксплуатации, используются они в бытовой и специальной технике для отображения универсальной информации в различного типа видеотерминальных устройствах (ВТУ).

Однако ВЛИ-дисплеи, в том числе матричного типа, отображают информацию с малой разрешающей способностью: менее (256×256), т.к. принятое для их управления построчное сканирование ограничивает количество строк (столбцов) из-за резкого снижения яркости при увеличении строк (столбцов). В этой связи ВЛИ не могут быть использованы для отображения телевизионной и компьютерной информации с высокой разрешающей способностью.

В последние годы разработчики ведущих фирм в мировой информационной технике - (США, Россия, Южная Корея) направили свои усилия на создание катодолюминесцентных экранов на активной матричной подложке (АМ-ВЛИ), включающей в себя системы адресации и эквивалента "внутренней" памяти, обеспечивая квазистатический режим работы дисплея с максимально высокой информативной емкостью (неограниченной разрешающей способностью), необходимые для создания телевизионных экранов (TV) и персональных компьютеров (PC).

В настоящее время появилось множество патентов и сообщений о создании активно-матричных вакуумно-люминесцентных индикаторов (АМ-ВЛИ) и их конструктивных особенностях.

Основными из них:

- патент RU №2234762, МКИ⁷: H01J 21/10, опубликованный 20.08.2004 г.;

- журнал "Электронная промышленность", №8, 1995 г., статья "Катодолюминесцентные дисплеи на базе матричных автоэлектронных катодов и активной управляющей подложки". Авторы: Б.И.Горфинкель, Е.В.Русина, В.Л.Фролов, А.И.Логинов, П.М.Лобач.;

- патент US №5736814, МКИ: H01J 031/15, опубликованный 07.04.1998 г.;

- патент US №6392356, МКИ: H01J 031/12, опубликованный 21.05.2002 г.

В 2004 г. в России (ФГУП "НИИ "ВОЛГА") закончена разработка и внедрен в производство одноцветный катодолюминесцентный плоскопанельный активно-матричный вакуумный люминесцентный индикатор (АМ-ВЛИ) - дисплей на термокатоде и управляемой кремниевой (Si) подложке для отображения универсальной информации в ВТУ.

Разрешающая способность этого АМ-ВЛИ невелика и составляет (256×256) строк и столбцов.

В настоящее время ФГУП "НИИ "ВОЛГА" (Россия) совместно с фирмой "Копи-Теле" ("СорУ-Tele", США) разрабатывает АМ-ВЛИ на активной матричной подложке, содержащей (960×320) пикселей для создания полноцветных (RGB) дисплеев для TV и PC.

Однако нерешенной сегодня остается проблема в создании высокоинформативных дисплеев на термокатоде, в том числе на активной матричной управляющей подложке, состоящая в нарушении непрерывности, вернее отсутствии однородности в яркости, в областях люминофора, расположенных непосредственно под термокатодами и областях между термокатодами, называемая эффектом стиральной доски. Яркость между катодами значительно ниже.

Отсутствие однородности яркости по полю дисплея создает проблему в обеспечении "серой шкалы" как в одноцветных, так и полноцветных дисплеях для TV-устройств.

В патенте US №6392356 предлагается обеспечить однородность яркости в любой точке за счет изменения (управления) формы электронного облака, излучаемого термоэлектронными катодами, а именно на верхней прозрачной панели дисплея с внутренней (вакуумной) стороны формируется группа токопроводящих прозрачных электродов - полос, например, из сплава ITO, которые ориентированы параллельно термоэлектронным катодам.

При подаче соответствующего потенциала напряжения к полосам области с высокой плотностью электронов (области, ближайшие к термоэлектронному катоду притягиваются/отталкиваются в направлении областей с низкой плотностью электронов (областей, самых дальних от термоэлектронных катодов), выравнивая плотности электронов, обеспечивая непрерывность яркости люминофоров в разных областях дисплея.

В статье "Катодолюминесцентные дисплеи на базе матричных автоэлектронных катодов и активной управляющей подложки" авторов Горфинкеля, Русиной Е.В., Фролова В.Л., Логинова А.П., Лобача П.М. (см. журнал "электронная промышленность", №8, 1995 г., с.5-7 - прототип) в AM дисплеях на кремниевой подложке для устранения неоднородности яркости предложена конструкция с введением катодной сетки, расположенной между плоскостями АМ-подложки с анодными сегментами и системой термоэлектронных катодов.

Однако информационный объем таких катодолюминесцентных экранов также ограничен некоторыми электрооптическими и конструктивными факторами.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении информационного объема, в обеспечении непрерывности яркости свечения (отсутствии эффекта "стиральной доски").

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известный катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке, содержащий вакуумную оболочку, состоящую из лицевой стеклянной пластины и нижней стеклянной пластины с расположенной активной матричной подложкой с системой двухканальной адресации (Х, Y) и с системой управления каждым из множества светоизлучающих элементов, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета, и систему прямонакальных термокатодов, стеклянную рамку, герметично соединяющую лицевую и нижнюю стеклянные пластины, выполнен в диодном исполнении, причем отношение расстояния между центрами кернов прямонакальных термокатодов в системе прямонакальных термокатодов к расстоянию между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов и системы прямонакальных термокатодов удовлетворяет условию:

где t_k.k. - расстояние между центрами кернов прямонакальных термокатодов в системе прямонакальных термокатодов,

X_k-a - расстояние между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов и системы прямонакальных термокатодов, а значение коэффициента заполнения удовлетворяет условию:

где Ф_k.k. - диаметр керна прямонакального термокатода.

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

На фиг.1 схематично изображен катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке, вид прямо.

На фиг.2 схематично изображен катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке, вид сбоку.

На фиг.3 схематично изображена матрица светоизлучающих элементов Х-У.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - катодолюминесцентный экран;

2 - вакуумная оболочка;

3 - лицевая стеклянная пластина;

4 - нижняя стеклянная пластина;

5 - активная матричная подложка, расположенная на нижней стеклянной пластине 4;

6 - светоизлучающие элементы;

7 - люминофор;

8 - прямонакальные термокатоды;

9 - система двухканальной адресации (Х, Y);

10 - столбцовые Х-шины, например, X₁, X₂, Х₃, ..., Х_n;

11 - строчные Y-шины, например, Y₁, Y₂, Y₃, ..., Y_n;

12 - полупроводниковый кристалл на активной матричной подложке 5;

13 - система управления каждым из множества светоизлучающих электродов 4.

Катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке содержит вакуумную оболочку 2, состоящую из лицевой стеклянной пластины 3 и нижней стеклянной пластины 4, на которой расположена активная матричная подложка 5. Внутри вакуумной оболочки 2 на активной матричной подложке 5 расположены система двухканальной адресации (X, Y) 9, система светоизлучающих элементов 6, покрытых люминофором 7, по крайней мере, одного цвета, система управления 13 каждым из множества светоизлучающих элементов 6 и система прямонакальных термокатодов 8.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). Полупроводниковый кристалл 12 находится под положительным напряжением относительно прямонакального термокатода 8, величина которого достаточна для возникновения катодолюминесценции на светоизлучающих элементов 6. На строчные Y-шины 11 (Y₁, Y₂, Y₃, ..., Y_n) поочередно подаются импульсы, формируемые системой управления 13 каждым из множества светоизлучающих элементов 6. На столбцовые Х шины 10 (X₁, X₂, Х₃, ..., Х_n,) поочередно подаются импульсы, формируемые системой управления 13 каждым из множества светоизлучающих элементов 6. При наличии встроенной в каждый элемент Х-У матрицы функции памяти реализуется квазистатический режим отображения информации, при динамическом способе адресации к элементам Х-У матрицы, и возможность отображения информации с аналоговой шкалой градаций яркости реализуется режим отображения информации.

Люминофоры 7 под действием электронной бомбардировки начинают светиться. Светоизлучающие элементы 6, на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока, и люминофоры 7 остаются в невозбужденном состоянии, т.е. все остальные элементы экрана не светятся.

Поочередно засвечивая таким образом определенные светоизлучающие элементы 6 матричного экрана получают на экране необходимое изображение.

На фиг.2 показано расстояние t_k.k. между центрами кернов прямонакальных термокатодов 8, а на фиг.1, 2 показано расстояние X_k-a между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов 6; и системы прямонакальных термокатодов 8 и Ф_k.k. - диаметр керна прямонакального термокатода 8. Отношение расстояния t_k.k. между центрами кернов прямонакальных термокатодов 8 в системе прямонакальных катодов к расстоянию Х_k-а между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов 6 и системы прямонакальных термокатодов 8 (от 0,8 до 1,6), а также значение коэффициента заполнения (от 0,6·10^-2 до 1,6·10^-2) определены экспериментально с учетом известных закономерностей, принятых при конструировании приборов.

При этом коэффициент заполнения определяет:

а) "прозрачность", "max" - прохождение световой информации со светоизлучающих элементов через систему прямонакальных термокатодов;

б) потребляемую мощность системы прямонакальных термокатодов и обеспечивает отсутствие в катодолюминесцентных экранах эффекта "стиральной доски".

Использование данной конструкции катодолюминесцентного экрана на активной матричной подложке по сравнению с известными конструкциями позволяет повысить качество отображаемой информации путем повышения равномерности свечения люминофора и исключения эффекта "стиральной доски".

Изобретение относится к индикаторной технике и может быть использовано для создания катодолюминесцентных экранов на активной матричной подложке, отображающих не только универсальную знакографическую, но и телевизионную, и компьютерную информацию. Технический результат - увеличение информационного объема, обеспечение непрерывности яркости свечения (отсутствие эффекта "стиральной доски"). Достигается тем, что катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке, содержащий вакуумную оболочку, состоящую из лицевой стеклянной пластины и нижней стеклянной пластины с расположенной активной матричной подложкой с системой двухканальной адресации (Х, Y) и с системой управления каждым из множества светоизлучающих элементов, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета, и систему прямонакальных термокатодов, стеклянную рамку, герметично соединяющую лицевую и нижнюю стеклянные пластины, выполнен в диодном исполнении, причем отношение расстояния между центрами кернов прямонакальных термокатодов в системе прямонакальных термокатодов к расстоянию между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов и системы термокатодов удовлетворяет условию:

где t_k.k. - расстояние между центрами кернов прямонакальных термокатодов в системе прямонакальных термокатодов, X_k-a - расстояние между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов и системы прямонакальных термокатодов, а значение коэффициента заполнения удовлетворяет условию:

где Ф_k.k. - диаметр керна прямонакального термокатода. 3 ил.

Катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке, содержащий вакуумную оболочку, состоящую из лицевой стеклянной пластины и нижней стеклянной пластины с расположенной активной матричной подложкой с системой двухканальной адресации (X, Y) и с системой управления каждым из множества светоизлучающих элементов, покрытых люминофором, по крайней мере, одного цвета, и систему прямонакальных термокатодов, стеклянную рамку, герметично соединяющую лицевую и нижнюю стеклянные пластины, отличающийся тем, что катодолюминесцентный экран на активной матричной подложке выполнен в диодном исполнении, причем отношение расстояния между центрами кернов прямонакальных термокатодов в системе прямонакальных термокатодов к расстоянию между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов и системы термокатодов удовлетворяет условию:

где t_k.k. - расстояние между центрами кернов прямонакальных термокатодов в системе прямонакальных термокатодов;

X_k-a - расстояние между плоскостями расположения системы светоизлучающих элементов и системы прямонакальных термокатодов, а значение коэффициента заполнения удовлетворяет условию

где Ф_k.k. - диаметр керна прямонакального термокатода.