КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН Российский патент 2007 года по МПК H01J31/12 H01J31/20 H01J1/32 H01J29/07 

Изобретение относится к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции и может быть использовано при разработке устройств для создания экранов цифровых и буквенно-цифровых индикаторов, универсальных панелей для визуализации отображения любой информации - текстовой, знаковой, графической, отсчетных устройств аналоговых и дискретно-аналоговых измерительных приборов, используемых в калькуляторах, часах, индикаторных табло коллективного пользования и т.д.

В нашей стране и за рубежом, особенно в Японии, широкое применение в электронных устройствах бытового и промышленного назначения, а также в спецтехнике нашли низковольтные катодолюминесцентные индикаторы (см. Горфинкель Б.И., Абалдуев Б.В., Медведев Р.С., Логинов А.П. Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы. - М.: Радио и связь, 1983 г.).

Низковольтный катодолюминесцентный индикатор представляет собой вакуумный электронный прибор, содержащий термоэлектронный катод, управляющие сетки и держатели, заключенные в вакуумную оболочку с платой, на которой по заданному рисунку размещены токопроводящие сегменты экрана, покрытые люминофором, и токопроводящая разводка с контактными площадками.

В экспериментальных образцах автоэлектронные катоды представляют собой матрицу, скоммутированную из множества микроострий, расположенных на плоскости с плотностью порядка 10000 мм² и обеспечивающих необходимый уровень автоэлектронной эмиссии. Представление о принципе действия острийных катодов и о конструкции матрицы катодов дают рис.2.8 и 2.9 в работе Горфинкеля Б.И. «Знакосинтезирующая электроника: низковольтная катодолюминесценция». Издательство Саратовского Университета, 1993 г., стр.19-21, 24-25.

Сложность острийной структуры катодов существенно затрудняет реализацию данного дисплея.

Ранее было установлено, что при прохождении электрического тока через тонкие металлические пленки с островковой структурой толщиной в несколько десятков (от 40 до 80 для золота) ангстрем возникает эмиссионный ток, обусловленный тем, что часть электронов, осуществляющих перенос заряда между металлическими островками в пленке, имеет компоненту скорости, нормальную к поверхности пленки (см. открытие №31, опубл. 01.12.1964 г., авторы открытия: П.Г.Борзяк, О.Г.Сарбей, Р.Д.Федорович). Авторы открыли два явления у металлов, которые получают практическое применение в области микроэлектроники. Их эксперименты установили, что холодный металл может эмиттировать электроны, когда через него проходит ток.

Наиболее близким аналогом-прототипом по своей технической сущности к заявляемому техническому решению является конструкция катодолюминесцентного экрана (см. патент РФ №2152662, МКИ⁷ H01J 1/62, 29/18, опубл. 10 июля 2000 г.), содержащая вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и подложки с электродами: плоским тонким торцевым эмиттером и анодом, покрытым проводящим слоем и люминофором, образующими светоизлучающую ячейку-пиксель, расположенными на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях, соединенными через анодные шины и эмиттерные шины с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, аноды и эмиттеры выполнены в виде двух гребенок, вложенных одна в другую, при этом эмиттеры с соединителями расположены в верхней плоскости подложки, а аноды и анодные шины расположены на дне траншей, выполненных на заданную глубину в подложке со стороны верхней плоскости, причем свободное пространство траншей анодных шин заполнено диэлектриком до образования планаризованной поверхности для расположения на ней соединительных шин. Кроме того, аноды и эмиттеры выполнены в виде любых геометрических фигур, вложенных одна в другую, например в виде спиралей; в катодолюминесцентный экран дополнительно введено защитное сопротивление, соединяющее эмиттерную шину последовательно с каждым эмиттером светоизлучающей ячейки-пикселя; люминофор выбран с субмикронными зернами; люминофор выбран низковольтным с рабочим напряжением не более 50-70 В.

Недостатком этой конструкции является наличие сложной системы эмиттерных электродов, при этом они расположены таким образом, что снижают некоторые параметры катодолюминесцентного экрана: угол обзора, информативность экрана.

Перечисленные недостатки заявленным техническим решением устраняются.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении технологических процессов при изготовлении матричного катодолюминесцентного экрана, в обеспечении его более высокими функциональными параметрами.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных прозрачных лицевой пластины с анодными электродами, покрытыми прозрачным проводящим слоем, и люминофором по крайней мере одного цвета, и подложки с плоскими эмиттерами, образующими светоизлучающую ячейку-пиксель, соединенными через взаимно перпендикулярные анодные шины Y и эмиттерные шины X с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, каждый плоский эмиттер пикселя выполнен в виде двух гребенок из тонких поверхностно-проводящих пленок, вложенных одна в другую, при этом гребенки (пленки) эмиттера расположены в одной плоскости подложки, причем одна из гребенок подключена к X-шинам, а вторая гребенка подключена к Y-шинам, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на подложке расположена диэлектрическая маска, а на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных прозрачных лицевой пластины с анодными электродами, покрытыми прозрачным проводящим слоем и люминофором по крайней мере одного цвета, и подложки с плоскими эмиттерами, образующими светоизлучающую ячейку-пиксель, соединенными через взаимно перпендикулярные анодные шины Y и эмиттерные шины X с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, каждый плоский эмиттер пикселя выполнен в виде тонких поверхностно-проводящих пленок любых заданных геометрических фигур, вложенных одна в другую, например в виде спиралей.

Кроме того, в катодолюминесцентный экран дополнительно введено защитное сопротивление, соединяющее любое из анодных электродов с соответствующей подводящей шиной, либо в обе цепи одновременно.

Применение заявленного технического решения позволяет плоские эмиттеры использовать в качестве поверхностно-проводящих эмиттеров электронов.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 изображен общий вид катодолюминесцентного экрана в соответствии с предлагаемым техническим решением.

На фиг.2 показан фрагмент катодолюминесцентного экрана - светоизлучающая ячейка-пиксель, в котором плоский эмиттер выполнен в виде двух гребенок из тонких поверхностно-проводящих пленок, вложенных одна в другую.

На фиг.3 изображены только эмиттеры различной конфигурации, вид сверху.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - вакуумная оболочка катодолюминесцентного экрана;

2 - лицевая пластина;

3 - подложка;

4 - анодные электроды;

5 - проводящий слой;

6 - люминофор по крайней мере одного цвета;

7 - эмиттеры;

8 - светоизлучающая ячейка-пиксель;

9 - диэлектрическая рамка;

10 - анодные шины (Y-шины);

11 - эмиттерные шины (X-шины);

12 - выводы;

13 - диэлектрическая рамка.

Катодолюминесцентный экран функционирует следующим образом.

Управление экраном осуществляется подачей положительных напряжений на соответствующие эмиттеры и анодные электроды.

На нерабочие эмиттеры и анодные электроды подается запирающее напряжение.

Включение заданной светоизлучающей ячейки-пиксель 8 осуществляется подачей напряжения через выводы 10 на соответствующий эмиттер 7 и анодные электроды 4, образующих светоизлучающую ячейку-пиксель 8. Электроны, эмиттируемые из эмиттеров электронов 7, рассеиваются равномерно по площади анодного электрода 4. При этом под воздействием электрического поля, концентрирующего на поверхности проводящих эмиттеров 7, возникает электронная эмиссия, ток эмиттированных электронов может быть направлен на анодный электрод 4. Под действием электронной бомбардировки происходит свечение светоизлучающей ячейки-пикселя 8. Анодные электроды 4, на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока, и люминофоры остаются в невозбужденном состоянии.

В данном техническом решении поставленная задача достигается выполнением плоского эмиттера пикселя в виде двух гребенок из тонких поверхностно-проводящих пленок, вложенных одна в другую, при этом гребенки - обе ее части - расположены в одной плоскости (см. фиг.2 и 3).

По данному техническому решению были изготовлены образцы многоцветного катодолюминесцентного экрана типа ИЛГ-71, в котором эмиттер выполнен в виде двух гребенок, при этом гребенчатые пленки расположены в одной плоскости, эмиттеры имели форму квадрата, спирали (см. фиг.3а, 3б).

Кроме того, в один из экспериментальных образцов было дополнительно введено защитное сопротивление, соединяющее выбранный анодный электрод и выбранный эмиттер с подводящей шиной для обеспечения резервирования по элементам свечения.

Технология изготовления катодолюминесцентного экрана является самосовмещенной, что обеспечивает автоматическое расположение эмиттера и анодного электрода друг над другом.

Заявляемое устройство может быть изготовлено методами серийного производства катодолюминесцентного экрана.

Испытания показали, что данное изобретение позволяет получать катодолюминесцентные экраны, обеспечивающие надежное считывание отображаемой информации, четкое изображение, что особенно важно для снижения ущерба от последствий ошибочных реакций человека-оператора и улучшения условий его работы.

Изобретение относится к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции и может быть использовано при разработке устройств для создания экранов цифровых и буквенно-цифровых индикаторов, универсальных панелей для визуализации отображения любой информации - текстовой, знаковой, графической, отсчетных устройств аналоговых и дискретно-аналоговых измерительных приборов, используемых в калькуляторах, часах, индикаторных табло коллективного пользования. Технический результат - упрощение технологических процессов при изготовлении катодолюминесцентного экрана, обеспечение его более высокими функциональными параметрами. Достигается тем, что в катодолюминесцентном экране, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных прозрачных лицевой пластины с анодными электродами, покрытыми прозрачным проводящим слоем и люминофором по крайней мере одного цвета, и подложки с плоскими эмиттерами, образующими светоизлучающую ячейку-пиксель, соединенными через взаимно перпендикулярные анодные шины Y и эмиттерные шины X с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, каждый плоский эмиттер пикселя выполнен в виде двух гребенок из тонких поверхностно-проводящих пленок, вложенных одна в другую, при этом гребенки (пленки) расположены в одной плоскости подложки, причем одна из гребенок подключена к X-шинам, а вторая гребенка подключена к Y-шинам, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на подложке расположена диэлектрическая маска, а на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Катодолюминесцентный экран, содержащий вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных прозрачных лицевой пластины с анодными электродами, покрытыми прозрачным проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, и подложки с плоскими эмиттерами, образующими светоизлучающую ячейку-пиксель, соединенными через взаимно перпендикулярные анодные шины - У и эмиттерные шины - X с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, отличающийся тем, что каждый плоский эмиттер пикселя выполнен в виде дух гребенок из тонких поверхностно-проводящих пленок, вложенных одна в другую, при этом гребенки (пленки) расположены в одной плоскости подложки, причем одна из гребенок подключена к X - шинам, а вторая гребенка подключена к У - шинам, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на подложке расположена диэлектрическая маска, а на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска.2. Катодолюминесцентный экран, содержащий вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных прозрачных лицевой пластины с анодными электродами, покрытыми прозрачным проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, и подложки с плоскими эмиттерами, образующими светоизлучающую ячейку-пиксель, соединенными через взаимно перпендикулярные анодные шины - У и эмиттерные шины - X с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, отличающийся тем, что каждый плоский эмиттер пикселя выполнен в виде тонких поверхностно-проводящих пленок любых заданных геометрических фигур, вложенных одна в другую, например в виде спиралей.3. Катодолюминесцентный экран по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в него дополнительно введено защитное сопротивление, соединяющее любой выбранный анодный электрод и выбранный эмиттер с подводящей шиной для обеспечения резервирования по элементам свечения.