Низковольтный катодолюминесцентный экран

 

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. Технический результат - упрощение технологии изготовления экранов с одновременным обеспечением сплошности свечения светоизлучающего элемента, повышение процента выхода годных экранов. Достигается тем, что в низковольтном катодолюминесцентном экране, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух стеклянных пластин - лицевой прозрачной пластины и подложки с плоскими тонкими торцевыми эмиттерами и анодами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, образующими светоизлучающий элемент, причем аноды и эмиттеры соединены через анодные и эмиттерные шины с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую прозрачную пластину и подложку. Светоизлучающий элемент выполнен в виде двух частей, первая часть - источник электронов, снабженный эмиттерами и анодами, покрытыми проводящим слоем, аноды и эмиттеры выполнены в виде гребенок, вложенных одна в другую, расположены на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях, а вторая часть - источник излучения света, выполненный в виде анода, покрытого проводящим слоем и люминофором, при этом источник излучения света расположен рядом в зоне облучения электронами, генерируемыми источником электронов. Кроме того, площадь источника излучения света светоизлучающего элемента превышает площадь источника электронов светоизлучающего элемента в 25 раз; источник излучения света светоизлучающего элемента выполнен в виде любой заданной геометрической формы. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

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, очень 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 P.С., Логинов А.П. Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы. -М.: Радио и связь, 1963 г., с. 30-34).

Одноразрядный цилиндрический индикатор состоит из керамической или стеклянной платы с расположенными на ней сегментами - анодами, покрытыми люминофором. Каждый из анодов выведен на отдельный вывод. Кроме того, прибор содержит прямонакальный оксидный катод, управляющую сетку, вакуумный стеклянный баллон.

Также устроены одноразрядный буквенно-цифровой индикатор и его торцевой аналог. Аналогичная конструкция и у многоразрядных вакуумно-люминесцентных индикаторов (ВЛИ). Так как многоразрядный индикатор работает в мультиплексном режиме, коммутация сегментов-анодов обеспечивается при минимальном числе выводов за счет присоединения одноименных сегментов всех разрядов к общему для них выводу. При работе в мультиплексном режиме высвечивается сегмент лишь для того разряда, в котором одновременно подается положительный потенциал на анод и управляющую сетку. Общее число выводов управляемых электродов равно сумме числа сегментов-анодов и числа разрядов.

Известен вакуумный люминесцентный индикатор (ВЛИ), состоящий из катода прямого накала, сетки и нескольких анодов, покрытых низковольтным люминофором, заключенных в вакуумный баллон (см. Б.И. Горфинкель. Знакосинтезирующая электроника: низковольтная катодолюминесценция. Изд-во Саратовского университета, 1993 г., с. 19-22). В индикаторах на керамической либо стеклянной изолирующей плате нанесены аноды и токоведущие шины, обеспечивающие вывод на контактные площадки. Аноды, называемые анодами-сегментами, могут иметь различную форму. Они могут быть в виде круглых или квадратных элементов матриц и мозаик, в виде штрихов, шкал, цветовых полей и мнемосхем. ВЛИ характеризуются знакосинтезирующим способом формирования изображения из упомянутых выше анодов-сегментов, являющихся светоизлучающими элементами (СИЭ). СИЭ, расположенные в одной строке, соединены электрически и имеют общий вывод. Над каждым столбцом находится общий управляющий электрод - сетка. Над сетками расположены прямонакальные катоды.

Недостатками данных устройств являются наличия сложных систем управляющих электродов и катодов, при этом они расположены таким образом, что сужают эргономические параметры индикатора: яркость, угол обзора.

Наиболее близким аналогом - прототипом к изобретению является катодолюминесцентный экран и способ его изготовления (см. патент РФ 2152662, МКИ⁶: H 01 J 1/62, опубл. 10.07.2000 г.). Экран содержит 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, образующих активную область светоизлучащего сегмента, расположенных на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях, соединенных через анодные шины и эмиттерные шины с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, при этом аноды и эмиттеры выполнены в виде двух гребенок, вложенных одна в другую, 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 эмиттерных шин.

Аноды и эмиттеры выполнены в виде любых геометрических фигур, вложенных одна в другую, например в виде спиралей.

Кроме того, в него дополнительно введено защитное сопротивление, соединяющее эмиттерную шину последовательно с каждым эмиттером светоизлучающего сегмента.

Люминофор выбран низковольтный с рабочим напряжением не более 50-70 В.

Недостатком данной конструкции является сложная технология изготовления информационного поля экрана, заключающаяся в необходимости наличия двухслойной разводки в информационном поле, приводящей к снижению процента выхода годных приборов.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в упрощении технологии изготовления буквенно-цифровых и мозаичных экранов с одновременным обеспечением сплошности свечения светоизлучающего элемента, повышение процента выхода годных экранов.

Указанный технический результат достигается тем, что в низковольтном катодолюминесцентном буквенно-цифровом и мозаичном экране, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух стеклянных пластин - лицевой прозрачной пластины и подложки с плоскими тонкими торцевыми эмиттерами и анодами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, образующими светоизлучающий элемент, аноды и эмиттеры расположены на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях и соединены через анодные и эмиттерные шины с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую прозрачную пластину и подложку, светоизлучающий элемент выполнен в виде двух частей: первая часть - источник электронов, снабженный эмиттерами и анодами, покрытыми проводящим слоем, причем аноды и эмиттеры выполнены в виде гребенок, вложенных одна в другую, и расположены на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях, а вторая часть - источник излучения света, выполненный в виде анода, покрытого проводящим слоем и люминофором, при этом источник излучения света расположен рядом в зоне облучения электронами, генерируемыми источником электронов.

Кроме того, площадь источника излучения света светоизлучающего элемента превышает площадь источника электронов светоизлучающего элемента в 25 раз; источник излучения света светоизлучающего элемента выполнен в виде любой заданной геометрической формы.

Сущность технического решения поясняется графическими материалами, описанием и примером конкретного исполнения.

На фиг.1 изображен фрагмент подложки, содержащий светоизлучающие элементы, состоящие из источника электронов и источника излучения света.

На фиг.2 изображен другой вариант фрагмента подложки.

На фиг.3 дана фотография с изображением светящегося столбца, полученного образца низковольтного катодолюминесцентного буквенно-цифрового и мозаичного экрана согласно изобретению.

На фиг.4 дана фотография с увеличенным изображением столбца.

На фиг. 5 дана фотография со светящимися элементами индикатора в макете часов согласно изобретению.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - подложка; 2 - анод; 3 - эмиттер, плоский тонкий торцевой; 4 - люминофор; 5 - источник электронов, включающий эмиттеры и аноды, покрытые проводящим слоем; 6 - источник излучения света, выполненный в виде анода, покрытого проводящим слоем и люминофором (в данном случае имеет форму вытянутого прямоугольника или столбца, но может принимать форму спирали, кольца, т.е. любой мозаики, буквы или цифры); 7 - светоизлучающий элемент.

Работа низковольтного катодолюминесцентного буквенно-цифрового и мозаичного экрана осуществляется следующим образом.

Включение заданного светоизлучающего элемента 7 осуществляется подачей напряжения через выводы на соответствующие эмиттерную шину и анодную шину, на пересечении которых находится светоизлучающий элемент 7. Анодные и эмиттерные шины настолько малы, что на чертеже не указаны. Электроны, эмиттируемые из эмиттера 3, рассеиваются равномерно по площади анода 2. При этом под воздействием электрического поля, концентрирующегося на конце плоского тонкого торцевого эмиттера 3, возникает автоэлектронная эмиссия, ток эмиттированных электронов может быть направлен на анод 2. Под действием электронной бомбардировки происходит точечное свечение в первой части светоизлучащего элемента 7 - в источнике электронов 5 и наблюдается равномерное свечение второй части светоизлучащего элемента 7 - источника излучения света 6.

В процессе исследований автоэлектронных планарно-торцевых эмиттеров, используемых для генерации излучения света в катодолюминесцентных экранах, было обнаружено существенное выравнивание интенсивности излучения света по поверхности, покрытой люминофором, в светоизлучащем элементе за счет упругого отражения электронов и многократного их соударения с люминофором, а также за счет эффектов вторичной эмиссии. Так, в самом деле оказалось, что в структуре, представленной на фиг.1 и 2, при наличии лишь точечных источников излучения электронов в светоизлучащем элементе (аноды и эмиттеры выполнены в виде двух гребенок, вложенных одна в другую, см. в правой части фиг.3) наблюдается равномерная засветка второй части светоизлучащего элемента - источника излучения света. При этом размеры высвечиваемой части светоизлучащего элемента существенно превосходят первую часть светоизлучащего элемента - источника электронов.

Было установлено также, что в рамках принятой нами технологии изготовления светоизлучащих элементов равномерность свечения их источников излучения света практически не зависит от равномерности свечения источников электронов, если плотность светящихся в ней центров превышает некоторое минимальное количество. На фиг.4 приведена фотография одного столбца, участок которого при 80-ти кратном увеличении приведен на фиг.3. Как видно на фотографии, светящийся столбец выглядит как монолитный сегмент светоизлучащего элемента.

Указанное обстоятельство делает технологически некритичным формирование светоизлучащих элементов со значительной по размерам второй части светоизлучащего элемента - источника излучения света.

В качестве примера реализации заявляемого технического решения дана фотография со светящимися элементами индикатора в макете часов согласно заявляемому техническому решению, см. фиг.5.

Индикатор был изготовлен с использованием двух процессов напыления металлов (М_о, АI), двух процессов осаждения аморфного кремния и аморфного углерода и двух процессов фотолитографии, причем второй процесс фотолитографии является некритичным и имеет большие допуски по размерам. На фиг.5 приведена фотография индикатора в макете часов. Управляющее напряжение этого прибора находится в пределах 250 В. Потребляемый ток 600 мкА. Яркость индикатора равна 2500 кД/м².

Указанное обстоятельство делает технологически некритичным формирование светоизлучающих элементов со значительной по размерам второй частью светоизлучающего элемента - источника излучения света.

Изготовление катодолюминесцентных экранов со светоизлучающими элементами типа восьмерки, а также буквенно-цифровой и мозаичной информации по заявляемому техническому решению позволит иметь следующие преимущества по сравнению с известными катодолюминесцентными экранами: - исключение из конструкции термокатода; - исключение из конструкции управляющего электрода - сетки и соответственно исключение операции крепления их;
- планарный процесс изготовления;
- упрощение технологии изготовления: в две фотолитографии происходит процесс изготовления низковольтного катодолюминесцентного буквенно-цифрового и мозаичного экрана.

Заявляемая конструкция является базовой конструкцией, в которой повышаются эргономические свойства, упрощается технология изготовления при получении буквенно-цифровой и мозаичной информации.

Формула изобретения

1. Низковольтный катодолюминесцентный экран, содержащий вакуумную оболочку, составленную из двух стеклянных пластин - лицевой прозрачной пластины и подложки с плоскими тонкими торцевыми эмиттерами и анодами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, образующими светоизлучающий элемент, аноды и эмиттеры расположены на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях и соединены через анодные и эмиттерные шины с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую прозрачную пластину и подложку, отличающийся тем, что светоизлучающий элемент выполнен в виде двух частей: первая часть - источник электронов, снабженный эмиттерами и анодами, покрытыми проводящим слоем, причем аноды и эмиттеры выполнены в виде гребенок, вложенных одна в другую, и расположены на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях, а вторая часть - источник излучения света, выполненный в виде анода, покрытого проводящим слоем и люминофором, при этом источник излучения света расположен рядом в зоне облучения электронами, генерируемыми источником электронов.

2. Низковольтный катодолюминесцентный экран по п. 1, отличающийся тем, что площадь источника излучения света светоизлучающего элемента превышает площадь источника электронов светоизлучающего элемента в 25 раз.

3. Низковольтный катодолюминесцентный экран по п. 1, отличающийся тем, что источник излучения света светоизлучающего элемента выполнен в виде любой заданной геометрической формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8