高性能真空荧光显示装置开发研究

2022-09-10

最近几年中, 在影像播放设备、音响设备、计量装置、汽车时钟、微波炉装置、空调设备中广泛使用了真空荧光显示装置, 目前因为真空荧光显示装置在不同领域内的大量使用, 其生产数量也持续增加, 伴随着制造费用以及原材料价格的降低使得真空荧光显示装置的价格有了很大程度的调整, 不过因为真空荧光显示装置制造企业在市场中的竞争, 使得真空荧光显示装置的价格最大限度的降低, 虽然生产数量不断提高, 但生产企业的利润却在降低, 因此对于真空荧光显示装置的制造企业来说, 必须不断进行真空荧光显示装置的开发研究。

一、真空荧光显示装置发展现状

通常来说, 真空荧光显示装置为三极结构, 具体为外表覆盖着发光粉末的阳极、丝状或者网状栅极以及丝状值热式氧化物阴极。具体结构布置图如图1所示, 基本结构放置在真空密封的腔体中, 该真空密封腔体是有边框装置以及两块平板形态的玻璃构成。在前盖玻璃板内部一侧具有透明的导电膜构件和阴极支架进行相互连接, 可以进行玻璃板电位的保持, 避免玻璃板上电荷发生聚集现象或者避免外部电场对于阴极发射的干扰。

通过栅极以及阳极的正电位的作用下, 在阴极进行发射的电子会组成电子流, 电子流的少数电子在通过栅网之后对阳极外表存在的发光粉进行冲击而出现发光现象。现在国内很多领域使用的真空荧光显示装置是将字符以及数码显示作为基本显示方式, 在影像播放设备上不同数字和符号的显示发光是把蓝绿色作为基本色, 添加滤色膜之后, 包括金黄色、白色以及绿色, 所有显示部件都利用和部件基本功能相互匹配的图案进行显示, 能够让使用人员在短时间内掌握其基本构造, 在数字钟装置或者电子秤设备上利用七段的数码进行显示, 通常颜色均为蓝绿色。

真空荧光显示装置还在VCD装置、DVD装置、健身器材设备、空调机装置以及吸排油烟机上得到了较为频繁的利用, 而在特殊的使用环境中对于真空荧光显示装置也有其相应的要求, 比如在汽车驾驶平台上使用的真空荧光显示装置因为其使用条件的需求, 应当具有较高的发光亮度, 比较理想的抗震水平, 可以满足在夏季强光环境下的工作需求, 可以在室外温度差别较大的情况下以及运动条件下进行顺利运行。

二、真空荧光显示装置特点

真空荧光显示装置最开始的产品外部形态和小型电子管类似, 所有电极构成整体后装入玻璃圆管内部, 能够对于整个笔段形成的数码进行显示, 其主要显示方式包括单位数码到多位数码, 而在之后的平板结构上多位数码管装置的发光材料、引线以及阳极可以直接印在平板玻璃外表而该平板玻璃通常为外壳使用的元此类, 并且多利用丝网印刷方式。对于数量较多的生产过程较为理想, 能够对符号、文字以及数码进行显示, 利用薄膜工艺进行生产的阳极基本能够实现较为理想的分辨率, 利用该薄膜工艺生产的矩阵屏能够对文字以及图表资料进行显示, 利用TFT技术生产的显示屏能够对视频或者图像进行显示, 显示颜色从仅仅有蓝绿色增加到多种颜色。其主要特点如下所示。

(一) 真空荧光显示装置优点

真空荧光显示装置的工作电压比较低, 栅极以及阳极的电压为12~20V, 所有电路的驱动电流只有几毫安, 因此能够利用集成电路进行直接驱动, 真空荧光显示装置的亮度比较高, 在进行蓝绿色显示情况下是1000~2000cd/m2, 在汽车上使用的平视显示装置其亮度通常为10000cd/m2, 蓝色以及红色为100cd/m2, 通常都不会存在视角上的制约。

真空荧光显示装置的厚度通常为6~10mm, 普通DVD使用的显示屏尺寸通常为75mm*14mm*6.3mm, 规格较大的显示屏长度为550mm, 同时真空荧光显示装置在显示图案时较为自由, 能够形成符号以及笔段的形态, 也能够以全矩阵显示或者点矩阵的方式进行显示。

使用低阳极工作电压的真空荧光显示装置可以进行集成电路的驱动作业, 能够为操作人员提供较大的方便, 在真空荧光显示装置的外部以及内部均不能产生打火的情况, 也不会出现X射线, 而对于低能电子发光的存在的其他现象是电子能量不够大, 无法越过铝膜层, 所以真空荧光显示装置无法和CRT一样, 利用荧光粉外表镀铝膜确保荧光粉层的表面电位, 仅仅能够利用荧光粉自身的较为理想的导电水平, 使得入射的电子穿越发光粉层, 向阳极流动。

对于低能电子的激发过程中电子的穿透深度比较小, 对于阳极电压12V情况下能够进行发光的Zn O、Zn而言, 目前情况下电子能够在发光体内部渗入的深度不够深, 而发光粉正常的粒径通常是几微米左右, 所以发光区域仅仅在发光粉的外表产生, 因此对于在真空荧光显示装置中采用的发光粉而言, 必须具有较为理想的外表发光效率, 而对于在CRT中利用的多数发光粉, 其外表电子的无辐射月前可以让其在不超过2k V的阳极电压情况下不产生发光或者其效率比较低, 该工作电压为死区电压。

依靠阴极的射线发光机理可以得知, 发光亮度和激发占空比、发光效率、阳极电流密度以及阳极电压呈现正比关系, 发光亮度指的是人眼所能够察觉到的亮度, 真空荧光显示装置的工作电压较低, 是CRT工作电压的1/100, 在两者发光效率一致的情况下, 如果想要达到同样的亮度效果其平均阳极激发电流密度通常为几百倍, 所以真空荧光显示装置是低压大电流的发光元件, 必须可以提供比较大的电流的阴极以及可以承受电流轰击的发光材质。

Zn O:Zn是比较少数的可以自身进行导电的荧光粉材料, 可以发蓝绿色光, 其发光的峰值波长为505nm, 为n型半导体, 在进行显示器装置以及烧粉阶段会进行较多气体的吸收, 比如氧气、一氧化碳、二氧化碳以及水汽, 对发光过程造成不利影响, 因此在进行生产阶段必须进行较为充分的气体清除。

通常在高能量的电子激发情况下能量的转换效率为7%, 流明效率为25lm/W, 但是在真空荧光显示装置中的发光效率通常不会大于15lm/W。因为Zn O:Zn的发光光谱能够将全部可见光进行包含, 因此能够利用滤色片制造不同颜色的显示屏, 现在经常利用的除了本身具有的蓝绿色之外, 还可以通过增加滤色片得到白色、黄色以及绿色。

如果荧光粉的导电性能比较差的情况下, 可以在荧光粉中加入二氧化硅或者氧化锌等导电颗粒, 可以有效的提高其导电性能, 该种方式是得到低压荧光粉的理想做法, 目前较为常见的发光粉的类型比较多, 而发光的颜色从蓝色到红色, 颜色坐标如表1所示。

同时为了降低荧光粉受到电子激励作用而释放出硫化物气体使得氧化物阴极中毒和发光效率出现较大幅度的降低, 进行了非硫化物荧光粉Zn Ga2O4的开发, 该荧光粉的基本发光颜色是蓝色, 因为国外发达国家对于包含Cd的有害物质进行了较为严格的限制, 过去经常使用的材料无法继续使用, 所以引出必须进行无Cd的新型发光材料的研制过程。

(二) 真空荧光显示装置缺陷

真空荧光显示装置仍具有尚未解决的问题, 比如其阴极的功耗较高, 真空荧光显示装置的主要功耗包括阴极加热功率、阳极功率以及栅极功率等。无论发光点钟包括多少开通发光的。一旦进行开机运行, 阴极的加热就持续保持常开状态, 如果不对驱动电路的功率损耗进行考虑, 则真空荧光显示装置自身的阴极加热功耗基本上可以占到整个屏功耗的三分之一以上。

同时当真空荧光显示装置在进行低阳极电压的工作情况下, 很难寻找到较为理想的效率比较高且使用期限也比较长的发光粉材料, 因此对于全彩色的显示屏装置的研究和开发造成很大程度的限制, 而且因为真空荧光显示装置的真空结构, 使得其在进行较大面积的电视显示屏制作过程中存在较大的障碍, 因此对于真空荧光显示装置来说, 其主要的应用范围为家用电器的工作状态显示、仪器仪表装置的数码和图表和符号的现实。

(三) 真空荧光显示装置开发

真空荧光显示装置通过阴极进行观察, 电子轰击发光粉之后发出的光线从栅极以及阴极之间通过, 然后再从前盖玻板透出, 该种显示的结果是发光位置具有一定深度的内凹, 对视角造成影响, 而投射性真空荧光显示装置的光是透过发光粉层以及阳极层直接从阳极基板进行投射, 没有发光粉的部分能够利用不透明的涂层进行覆盖, 对不需要进行暴露的吸气剂、栅极以及阳极进行遮挡, 让整个显示界面更加整洁美观。

三、真空荧光显示装置应用分析

真空荧光显示装置生产公司研发部提出一体型VFD产品开发, 普通产品为避免基板边缘有最小值, 在产品整体尺寸固定的前提下, 显示部分幅有最大值。部分使用者对pattern幅要求大于最大值, 所以进行真空荧光显示装置的一体型设计。

分离型栅网经过模具向上打弯。其引脚向下打弯后固定在基板上, 引脚向下打弯做成一体型, 模具打弯后, 整体资材的平整度无法保持, 。因为框架拉伸, 栅网向上打弯距离不固定, 造成了荧光粉亮度显示不均匀。之后将整体资材厚度由0.1增加到0.17, 栅网变形得到一定改善, 因为资材厚度增加, 玻盖和底板在Frame粘贴部位发生漏气, 产品真空度下降。后来又将资材厚度变回0.1, 为解决模具打弯后平整度问题, 在外框外侧增加向上打弯, 平衡了栅网向上打弯距离, 从而栅网保持原有打弯高度和平整度。

本项目有效解决了亮度不均和漏气的不良, 并满足了客户对更大pattern幅的要求。产品完成后, 通过了信赖性测试和亮度测试, 由于真空荧光显示装置一体型结构产品, 在组装时只能进行半自动生产, 后续公司将此开发定为战略性开发。

四、结论

真空荧光显示装置自身可以发光, 使用期限比较长, 色彩也相对丰富, 因此在国内家用电器以及仪器仪表领域都具有较为广泛的使用, 对于真空荧光显示装置来说, 想要进一步发展必须进行高效低压的彩色发光材料的研制, 解决蓝粉的使用期限以及亮度指标, 同时还应当尽可能提高分辨率指标以及提高显示装置的显示区域, 对于阳极基本以及玻璃进行优化设计尤为关键, 必须能够承担一个大气压的压强, 所以在面积较大的显示屏装置中对于阴极的防振性能以及较为理想的机械强度都是在进行研究中需要考虑的问题。

摘要：本文对于真空荧光显示装置的发展现状进行了分析, 并且对于真空荧光显示装置的优点和缺点进行分析和阐述, 并结合实际进行了真空荧光显示装置开发应用的阐述, 可供有关单位参考。

关键词：显示器,平板显示,真空荧光显示