КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН Российский патент 2008 года по МПК H01J31/12 H01J1/94 H01J1/15 

Изобретение относится к электронике, в частности к экранным дисплеям, и может быть использовано при разработке телевизионных приемников, матричных панелей и экранов для вывода визуальной информации в различных устройствах индивидуального и коллективного пользования.

Конструкция большинства катодолюминесцентных экранов приспособлена для считывания информации «на отражением, т.е. рассмотрения изображения с той же стороны, с которой на поверхность люминесцентного экрана падают бомбардирующие электроны. Это обусловлено тем, что яркость свечения экранов на отражение существенно выше, чем на просвет. Кроме того, экраны на отражение менее критичны к толщине и структуре люминесцентного слоя.

Очевидно, что внутренняя арматура экрана, сквозь которую считывается информация, не должна затруднять наблюдение. Для уменьшения помех используются весьма тонкие (до 7÷10 мкм) оксидные катоды. Их температура не превышает 700°С, и, следовательно, собственное излучение пренебрежимо мало. Управляющие сетки, как правило, изготавливают методом фотохимического фрезерования. Они имеют мелкую структуру и высокую прозрачность. Вспомогательные элементы конструкции (катодные держатели, контактные пружины, газопоглотители и т.п.) выносятся как можно дальше за пределы информационного поля экрана. В нужных случаях детали внутренней арматуры матируются или чернятся (см. Б.И.Горфинкель, Б.В.Абалдуев, Р.С.Медведев, А.П.Логинов «Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы», Москва, «Радио и связь», 1983 г., стр.30-35).

Важными элементами вакуумного люминесцентного индикаторного устройства, существенно влияющими на эргономические показатели прибора и трудоемкость его изготовления, являются токопроводящая разводка, многочисленные металлические выводы (типа гребень) и основания сегментов с люминесцентным слоем, образующие рисунок индикации, контактные площадки для монтажа катодно-сеточной арматуры, геттеров и т.п., к которым предъявляются такие требования, как низкое электрическое сопротивление, отсутствие блеска разводки, затрудняющего считывание информации, обеспечение надежности адгезии слоя катодолюминофора, отсутствие диффузии отравляющих примесей в люминофорах (см. Б.Л.Лисицын «Элементы индикации», М.: Энергия, 1978 г., с.60).

Недостатком такой конструкции является то, что она требует сложной технологии и высокой трудоемкости изготовления анодной платы, внутренней катодно-сеточной арматуры и металлических выводов.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому решению - прототипом является конструкция многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа, описанная в патенте RU №2137246, МКИ⁶: H01J 31/12, 31/20, публ. 27.08.2001 г., содержащая вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных электродов, покрытых люминофором и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, внутри вакуумной оболочки расположены прямонакальные катоды и управляющие электроды, ортогональные анодным электродам и образующие светоизлучающие сегменты.

При изготовлении экрана все прямонакальные катоды должны находиться в одной плоскости и на одинаковом расстоянии от анодной платы и друг от друга. Кроме того, расстояния между всеми элементами могут быть малыми. В реальных приборах добиться точного расположения нитей прямонакальных катодов достаточно сложно. Расстояние между прямонакальными катодами и анодами не удается обеспечить менее 1 - 1,5 мм. Все это приводит к ухудшению эргономических параметров - относительному уменьшению яркости, ухудшению ее равномерности по полю анодной платы и увеличению питающих напряжений.

Указанные недостатки зависят от того, как выполнен узел крепления катода, который полностью определяет его расположение.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в улучшении эргономических параметров катодолюминесцентного экрана: повышение яркости и равномерности свечения, повышение надежности катодолюминесцентного экрана и качества отображаемой информации.

Указанные технические результаты при осуществлении изобретения достигаются тем, что в катодолюминесцентном экране, содержащем прозрачную вакуумную оболочку, состоящую из лицевой пластины и платы с расположенными на ней анодными электродами, покрытыми люминофором, по крайней мере, одного цвета, управляющие электроды и проволочные катоды, закрепленные держателями внутри вакуумной оболочки ортогонально анодным электродам, соединенным с токоведущими дорожками с внешними выводами, держатели проволочных катодов выполнены в виде плоских линейных пружин, параллельных к поверхности анодной платы, при этом держатели расположены вне информационного поля анодной платы и закреплены на минимальном расстоянии от анодной платы и между собой, а проволочные катоды выполнены в виде натянутых на держателях металлических нитей с пленочным покрытием для «горячей» или «холодной» эмиссии электронов, управляющие электроды расположены на лицевой пластине в виде узких пленочных полос, параллельных проволочным катодам.

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

На фиг.1 изображен общий вид катодолюминесцентного экрана.

На фиг.2 изображен фрагмент катодолюминесцентного экрана с держателями проволочных катодов.

На фиг.3 изображены варианты навивки катодов на держатели: а) в виде единой нити; б) в виде спирали.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - катодолюминесцентный экран;

2 - вакуумная оболочка;

3 - лицевая пластина;

4 - плата;

5 - анодные электроды;

6 - люминофор;

7 - проволочные катоды;

8 - управляющие электроды;

9 - держатели для проволочных катодов;

10 - токоведущие дорожки;

11 - выводы.

Катодолюминесцентный экран 1 содержит вакуумную оболочку 2, состоящую из лицевой пластины 3 и платы 4. На плате 4 расположены анодные электроды 5, покрытые люминофором 6, по крайней мере, одного цвета. Внутри вакуумной оболочки 2 расположены проволочные катоды 7 и управляющие электроды 8 ортогонально анодным электродам 5, соединенным токоведущими дорожками 10 с внешними выводами 11. Держатели 9 выполнены из пружинящего материала, например из фольги, для проволочных катодов 7, при этом держатели 9 расположены на периферии анодной платы 5 - вне информационного поля, и жестко закреплены на минимальном расстоянии от анодной платы и между собой.

Катодолюминесцентный экран работает следующим образом.

Получение люминесцентного изображения на экране достигается методом матричного формирования из отдельных светящихся точек, каждая из которых получается под местом пересечения управляющих электродов 8 и анодных электродов 5, на которые в данный момент одновременно подан положительный потенциал. Для прекращения свечения на управляющий электрод 8 подается отрицательный потенциал.

Дополнительно выполнены держатели 9 для проволочных катодов 7, при этом держатели расположены на периферии платы 4 из пружинящего материала, например фольги.

Новый держатель 9 проволочных катодов 7 позволяет максимально приблизить проволочные катоды 7 к анодным электродам 5 ˜ 0,2 мм ÷ 0,5 мм (вместо 1 ÷ 1,5 мм) и иметь минимальное расстояние между проволочными катодами 5 не менее 1 мм (стандартное 2,5 мм).

Использование в катодолюминесцентном экране нового, более технологичного катодного узла с меньшим шагом катодов (1,5 мм и менее) или с шагом катодов, совпадающим с шагом строк, в случае применения «X-Y» матрицы, с меньшим расстоянием катод-анод от 0,3 мм дает возможность получить новую, упрощенную конструкцию экрана с уменьшенной себестоимостью его и улучшенными характеристиками, т.е. повышенная яркость свечения, при меньшем напряжении питания и управления, улучшенная равномерность свечения, перевод с триодного режима на более простой диодный режим питания и управления с исключением управляющих сеток, использование для управления экраном низковольтных драйверов с исключением многочисленных металлических выводов типа «гуси», а также исключение стеклянных штабиков и уменьшение зазора между стеклами оболочки (до 0,5÷1,0 мм), что, в свою очередь, практически исключает взрывоопасность прибора.

Катодный узел представляет собой параллельные натянутые струны, выполненные путем навивки непрерывной оксидированной вольфрамовой проволоки (d=0,009 мм ÷ 0,030 мм, где d - диаметр проволоки), закрепленной запрессовкой в пружинных (по крайней мере, с одной стороны) держателях проволочных катодов с возможным исключением нетехнологичной сварки. Пружинные держатели, в свою очередь, представляют собой плоские зигзагообразные ленты, выполненные из пружинящего листового материала, например, ст. 12×1вн10 т S≈0,07÷0,2 мм (где S - толщина листового материала) путем фотохимического группового фрезерования и закрепленные на выводах накала экрана. При этом необходимую силу натяжения F_нат растянутой пружины, приходящуюся на один катод для вольфрамовой проволоки, можно рассчитать по формуле:

где F_нат - сила натяжения в граммах одного катода при t=20°С;

d - диаметр керна катода в мкм.

Разрывное усилие вольфрамового катода F_раз при температуре t=20°С можно рассчитать по формуле:

а длина растяжения D_раст пружин в пределах их упругой деформации, при t=20°С должна не менее, чем в 7÷10 раз превышать величину линейного температурного удлинения (при нагреве катода от 20°С до 700°С) конкретного катода в приборе, т.к. в процессе температурной обработки экрана упругие свойства пружин ослабляются не менее, чем в 2 раза, т.е.

где К.Л.Т.У. - коэффициент удельного линейного температурного удлинения для вольфрама,

Δt - разница температур при нагреве катода в °С;

L - длина катода;

D_раст - длина растяжения пружины в пределах упругой деформации при t=20°С;

К - коэффициент пропорциональности для материала пружин Ст12×18н10 т, при этом 7≤К≤10.

Введение предлагаемых держателей для прямонакальных катодов позволяет получить новые положительные характеристики для катодного узла, т.е.

1) технологичность и простота изготовления держателей;

2) отсутствие проблематичной сварки проволочных катодов на держателях;

3) точное позиционирование проволочных катодов по высоте относительно анодной платы и по шагу;

4) точное, одинаковое и воспроизводимое натяжение проволочных катодов, отсутствие провисания и обрывов их в готовых приборах;

5) возможность намотки закрепления, электрического контактирования проволочных катодов в держателях непосредственно с катушки без их армирования;

6) возможность простым способом механизировать изготовление катодных узлов путем намотки;

7) возможность расположения проволочных катодов на минимальной высоте от анодов (от 200 мкм);

8) возможность изготавливать катодные узлы с минимальным шагом (от 1,5 и менее);

9) возможность исключить штамповку держателей;

10) возможность изготовления одновременно большого количества держателей групповым способом фотохимического фрезерования с экономией химических растворов и материалов;

11) возможность снизить амплитуду паразитных резонансных колебаний проволочных катодов, так как предлагаемые держатели дополнительно обладают свойством гасителей паразитных колебаний (в несколько десятков раз в вакууме);

12) возможность намотки проволочных катодов с малым предварительным натяжением и с последующим натяжением их непосредственно в приборе;

13) возможность увеличения производительности труда при изготовлении катодных узлов;

14) возможность исключения «катодной полосатости» за счет уменьшенного шага проволочных катодов, исключения применения вытягивающих рассеивающих трудоемких сеток (диодный режим питания) с одновременным увеличением яркости и снижением напряжения питания.

Закон степени 3/2 зависимости анодного тока от расстояния катод-анод (см. Царев Б.М. Расчет и конструирование электронных ламп, Госэнергоиздат, М.-Л., 1961 г. - учебник), а значит возможность применения относительно дешевых низковольтных управляющих драйверов.

Кроме того, применение предлагаемого катодного узла в катодолюминесцентном экране создает дополнительные преимущества для всего экрана, т.е. исключение штабиков, задающих зазор (˜2,5 мм до 0,6 мм) между анодной платой и лицевой пластиной вакуумной оболочки катодолюминесцентного экрана, практически исключает взрывоопасность прибора, а также позволяет дополнительно управлять анодными электродами непосредственно с прозрачной лицевой пластины прибора (шины из окиси германия) без применения управляющих сеток.

Введение держателей для проволочных катодов позволяет:

- снизить напряжение управляющих электродов и анодных электродов;

- применять низковольтные интегральные схемы, выполненные с большим количеством выводов, что, в свою очередь, позволит снизить уровень мультиплексности сигналов управления, а это в свою очередь снизит напряженность управления;

- увеличить яркость катодолюминесцентного экрана;

- увеличить срок службы катодолюминесцентного экрана;

- упростить конструкцию и технологию изготовления катодолюминесцентного экрана;

- уменьшить стоимость катодолюминесцентных экранов за счет применения низковольтных дешевых интегральных схем.

Изобретение относится к электронике, в частности к экранным дисплеям, и может быть использовано при разработке телевизионных приемников, матричных панелей и экранов для вывода визуальной информации в различных устройствах индивидуального и коллективного пользования. Технический результат - улучшение эргономических параметров катодолюминесцентного экрана, повышение надежности катодолюминесцентного экрана и качества отображаемой информации. Достигается тем, что в катодолюминесцентном экране, содержащем прозрачную вакуумную оболочку, состоящую из лицевой пластины и платы с расположенными на ней анодными электродами, покрытыми люминофором, по крайней мере, одного цвета, управляющие электроды и проволочные катоды, закрепленные держателями внутри вакуумной оболочки ортогонально анодным электродам, соединенным с токоведущими дорожками с внешними выводами, держатели проволочных катодов выполнены в виде плоских линейных пружин, параллельных к поверхности анодной платы, при этом держатели расположены вне информационного поля анодной платы и закреплены на минимальном расстоянии от анодной платы и между собой, а проволочные катоды выполнены в виде натянутых на держателях металлических нитей с пленочным покрытием для «горячей» или «холодной» эмиссии электронов, управляющие электроды расположены на лицевой пластине в виде узких пленочных полос, параллельных проволочным катодам. 3 ил.

Катодолюминесцентный экран, содержащий прозрачную вакуумную оболочку, состоящую из лицевой пластины и платы с расположенными на ней анодными электродами, покрытыми люминофором, по крайней мере, одного цвета, управляющие электроды и проволочные катоды, закрепленные держателями внутри вакуумной оболочки ортогонально анодным электродам, соединенным с токоведущими дорожками с внешними выводами, отличающийся тем, что держатели проволочных катодов выполнены в виде плоских линейных пружин, параллельных к поверхности анодной платы, при этом держатели расположены вне информационного поля анодной платы и закреплены на минимальном расстоянии от анодной платы и между собой, а проволочные катоды выполнены в виде натянутых на держателях металлических нитей с пленочным покрытием для «горячей» или «холодной» эмиссии электронов, управляющие электроды расположены на лицевой пластине в виде узких пленочных полос, параллельных проволочным катодам.