RU2137246C1

RU2137246C1 - Multicolored cathode-luminescent screen of matrix type

Info

Publication number: RU2137246C1
Application number: RU98113732/09A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Горфинкель; Е.В. Русина
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Волга"
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: indicating equipment. SUBSTANCE: invention is related to low-voltage information displays based on cathode luminescence and designed to display analog and digital, character and graphical and television information with scope for its coding by color and for color synthesizing with formation of full-color screen. Invention is aimed at provision of precision coating of anode lines with luminescent compound by method of electrophoresis. Proposed multicolored cathode-luminescent screen of matrix type includes vacuum shell, system of directly heated cathodes, row of anode bars applied to insulation base, coated with luminophor and connected by current-carrying tracks to external leads via bonding pads, modulator electrodes orthogonal to anode bars and forming light-emitting segments in cross-hairs. Anode bars are arranged with color alternation: red-green-dark blue ( RGB ) and zones for positioning of assemblage of external bonding pads of one color of anode bars are made separate for each color. Number of zones correspond to number of colors of screen. Length l of zone is determined by number n of bonding pads corresponding to number of lines of given color and spacing t of their arrangement and satisfies condition l=nt. EFFECT: provision of precision coating of anode lines with luminescent compound by method of electrophoresis. 6 dwg

Description

Изобретение относится к индикаторной технике, а более конкретно к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции, предназначенным для отображения универсальной как буквенно-цифровой, знакографической, так и телевизионной информации с возможностью кодирования информации по цвету и синтезирования цвета при создании полноцветного экрана. The invention relates to indicator technology, and more particularly to low-voltage means of displaying information based on cathodoluminescence, designed to display universal alphanumeric, signographic, and television information with the ability to encode color information and synthesize color to create a full-color screen.

В нашей стране с созданием одно-, двух-, трехцветных катодолюминесцентных индикаторов матричного типа (см. Б.И.Горфинкель "Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы", г. Москва, изд-во "Радио и связь", 1983 г., стр. 33, 88, 91) были разработаны и выпускаются табло коллективного пользования с использованием индикаторов типа ИВЛМ2-5/7, ИЛВ1-6/7Л и т.д. Эти индикаторы содержат 35 анодных сегментов (светоизлучающих элементов) (5х7) и предназначены для отображения универсальной знаковой, в том числе буквенно-цифровой и символьной информации. In our country, with the creation of one-, two-, and three-color cathodoluminescent indicators of the matrix type (see B.I. Gorfinkel "Low-voltage cathodoluminescent indicators", Moscow, Publishing House "Radio and Communication", 1983, p. 33 , 88, 91) were developed and produced collective use scoreboards using indicators such as IVLM2-5 / 7, ILV1-6 / 7L, etc. These indicators contain 35 anode segments (light-emitting elements) (5x7) and are designed to display universal sign, including alphanumeric and symbol information.

Табло, как правило содержит набор таких индикаторов в зависимости от объема отображаемой информации, например на 96, 256, 512, 1024 знакомест. Для отображения универсальной, в том числе графической и телевизионной информации необходимо непрерывное поле множества светоизлучающих элементов (СИЭ), т. е. создание экрана. Количество СИЭ в экране характеризует объем отображаемой информации, аналогично электролучевым трубкам (ЭЛТ). The scoreboard, as a rule, contains a set of such indicators depending on the amount of information displayed, for example, at 96, 256, 512, 1024 familiarity. To display universal, including graphic and television information, a continuous field of a multitude of light-emitting elements (SEE) is required, i.e., the creation of a screen. The amount of FIE in the screen characterizes the amount of information displayed, similar to electro-radiation tubes (CRT).

Известна конструкция катодолюминесцентного экрана (см. книгу Б.И.Горфинкеля "Знакосинтезирующая электроника: низковольтная катодолюминесценция", издательство Саратовского университета, 1993 г., стр. 23-24), который состоит из электровакуумной системы с катодом, сеткой и расположенными на подложке анодами, покрытыми люминофором, подложка выполнена в виде интегральной схемы, причем люминофором покрыты электродные участки схемы. The design of the cathodoluminescent screen is known (see the book by B. I. Gorfinkel “Sign-synthesizing electronics: low-voltage cathodoluminescence”, Saratov University Press, 1993, pp. 23-24), which consists of an electrovacuum system with a cathode, a grid and anodes located on the substrate coated with a phosphor, the substrate is made in the form of an integrated circuit, and the electrode sections of the circuit are coated with a phosphor.

Конструкция индикатора, в котором для каждого светоизлучающего элемента, расположенного на полупроводниковой подложке, сформированы управляющие ячейки, является наиболее перспективной. Каждая ячейка содержит два входа для осуществления выборки соответствующего ей СИЭ и элемент памяти. Все ячейки объединены в матричную систему. Наличие памяти и элементов управления позволяет ввести модуляцию яркости. На подложке размещаются также схемы разверсток по строкам и столбцам. Высокоинформативные индикаторы, сформированные таким образом, имеют низкие рабочие напряжения и малое число внешних выводов. На них может отображаться телевизионная информация. An indicator design in which control cells are formed for each light emitting element located on a semiconductor substrate is the most promising. Each cell contains two inputs for sampling the corresponding SIE and a memory element. All cells are combined into a matrix system. The presence of memory and controls allows you to enter brightness modulation. On the substrate are also patterns of spreads in rows and columns. Highly informative indicators formed in this way have low operating voltages and a small number of external outputs. They may display television information.

Существенным недостатком таких катодолюминесцентных экранов является наличие более сложных конструкций, где имеются промежуточные монолитные стекла или металлоорганические, или металлокерамические с переходным температурным коэффициентом линейного расширения. A significant drawback of such cathodoluminescent screens is the presence of more complex structures where there are intermediate monolithic glasses or organometallic or cermet with a transition temperature coefficient of linear expansion.

Известен вакуумный катодолюминесцентный экран матричного типа, описанный в книге И.Я.Лямичева "Устройства отображения информации с плоскими экранами", г.Москва, изд-во "Радио и связь", 1983 г., стр. 62-66, 158-166. В таком экране два электронных луча от двух прожекторов коммутируют две площадки, которые подключены соответственно к двум системам матричных электродов. Одна система электродов представляет собой вертикальные полоски экрана с нанесенными на них слоем катодолюминофора. Эти полоски подключены к коммутируемым площадкам матричных электродов, коэффициент вторичной эмиссии данных площадок превышает единицу, и поэтому их облучение одним из прожекторов приводит к повышению потенциала до нескольких киловольт, необходимых для свечения катодолюминофора. The matrix-type vacuum cathodoluminescent screen is known, described in the book by I.Ya. Lyamichev, "Information Display Devices with Flat Screens," Moscow, Radio and Communications Publishing House, 1983, pp. 62-66, 158-166 . In such a screen, two electron beams from two projectors switch two sites, which are connected respectively to two matrix electrode systems. One electrode system is a vertical screen strip with a cathodoluminophore layer deposited on them. These strips are connected to the switched areas of the matrix electrodes, the secondary emission coefficient of these areas exceeds unity, and therefore their irradiation with one of the spotlights increases the potential to several kilovolts, which are necessary for the glow of the cathodoluminophore.

Другая система матричных электродов представляет собой горизонтальные полоски с расположенными на них остриями автоэлектронных катодов. Полоски подключены к коммутируемым площадкам матричных электродов с коэффициентом вторичной эмиссии, меньшим единицы. Поэтому их облучение первым прожектором снижает потенциал до потенциала отрицательно заряженного катода первого прожектора. В результате совместного действия обоих прожекторов на одном из элементов экрана создается высокое поле, создающее эмиссию из автоэлектронного катода, расположенного в этом элементе, и возникает свечение. Свечение будет иметь место в течение времени коммутации электронными пучками соответствующих площадок - мишеней. Another system of matrix electrodes is horizontal strips with the tips of the autoelectronic cathodes located on them. The strips are connected to the switched areas of the matrix electrodes with a secondary emission coefficient of less than unity. Therefore, their irradiation with the first spotlight reduces the potential to the potential of a negatively charged cathode of the first spotlight. As a result of the combined action of both projectors, a high field is created on one of the screen elements, creating emission from the field-emission cathode located in this element, and a luminescence occurs. The glow will take place during the time of switching by electron beams of the corresponding target sites.

Достоинствами рассмотренного экрана являются отсутствие управляющих сеточных электродов и упрощенная система отклонения только по одной координате каждого из электронных пучков. По существу, введение двух электронных пучков решает здесь вспомогательную задачу - создание высоких напряжений на электродах матрицы. Получить напряжения амплитудой 10-20 кВ с помощью внешних схем затруднительно. The advantages of the screen under consideration are the absence of control grid electrodes and a simplified deflection system for only one coordinate of each of the electron beams. Essentially, the introduction of two electron beams solves an auxiliary problem here - the creation of high voltages at the electrodes of the matrix. It is difficult to obtain voltages with an amplitude of 10-20 kV using external circuits.

Недостатками экрана являются: наличие электронных пучков и связанное с этим некоторое увеличение глубины экрана, а также сложность матрицы автоэлектронных катодов. The disadvantages of the screen are: the presence of electron beams and the associated some increase in the depth of the screen, as well as the complexity of the matrix of field cathodes.

Известна конструкция многоцветного катодолюминесцентного экрана (см. JEE, март 1986 г., том 23, N 231, стр. 82 - прототип), выполненного фирмой ISE, Electronics Corp., (Япония), на базе одноцветного экрана, содержащего (320х240) сегментов, каждый сегмент содержит четыре электрически изолированных элемента, покрытых различным составом люминофора, определяющим цвет свечения, соответственно экран содержит (120х160) тетрад. В целом экран выполняется в плоском стеклянном оформлении, содержит стеклянную изолирующую плату, на которую нанесены сегменты-аноды, покрытые люминофором. Аноды, расположенные в одной строке, соединены электрически и имеют один общий вывод. Над анодами, расположенными в одном столбце, находятся общий для них управляющий электрод - сетка и прямонакальный оксидный катод. Так формируется матричная система с мультиплексным управлением по двум ортогональным координатам. Вся конструкция накрывается и герметизируется плоским баллоном. A known design of a multi-color cathodoluminescent screen (see JEE, March 1986, volume 23, N 231, p. 82 - prototype), made by ISE, Electronics Corp., (Japan), based on a single-color screen containing (320x240) segments , each segment contains four electrically isolated elements coated with a different phosphor composition that determines the color of the glow, respectively, the screen contains (120x160) tetrads. In general, the screen is made in a flat glass design, contains a glass insulating board on which anode segments coated with a phosphor are applied. Anodes located on the same line are electrically connected and have one common output. Above the anodes located in one column, there is a common control electrode for them - a grid and a direct-burning oxide cathode. Thus, a matrix system with multiplex control along two orthogonal coordinates is formed. The whole structure is covered and sealed with a flat cylinder.

Использование конструкции экрана фирмы ISE Electronics характеризуется рядом недостатков, а именно: усложнена топология разводки токоведущих дорожек и соответственно снижен коэффициент использования активной поверхности относительно рабочей. The use of the ISE Electronics screen design is characterized by a number of disadvantages, namely: the topology of the wiring of current-carrying tracks is complicated and, accordingly, the coefficient of use of the active surface relative to the working surface is reduced.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении прецизионного покрытия анодных строк люминесцентным составом методом катафореза (электрофореза). The invention is as follows. The problem to which the invention is directed, is to provide precision coating of the anode strings with a luminescent composition by cataphoresis (electrophoresis).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране матричного типа, содержащем вакуумную оболочку, систему прямонакальных катодов, ряды нанесенных на изолирующую основу анодных полос, покрытых люминофором и соединенных токоведущими дорожками с внешними выводами через контактные площадки, модуляторные электроды, ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестие светоизлучающие сегменты, анодные полосы расположены с чередованием их по цветам: красный - зеленый - синий - RGB, зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета анодных полос выполнены раздельными для каждого из цветов, причем количество зон, по крайней мере, соответствует количеству цветов экрана, при этом длина зоны (l) определяется количеством контактных площадок (n), соответствующих количеству строк данного цвета, и шагом (t) их расположения и удовлетворяет условию. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the well-known cathodoluminescent screen of the matrix type containing a vacuum shell, a system of direct filament cathodes, rows of anode strips coated with a phosphor and connected to current-carrying tracks with external leads through contact pads, modulator electrodes, orthogonal anode strips and light emitting segments forming a crosshair, anode strips are arranged with their alternation in colors: red - z linen - blue - RGB, the zones of the combination of external contact pads of the same color of the anode strips are made separate for each of the colors, and the number of zones at least corresponds to the number of colors on the screen, while the length of the zone (l) is determined by the number of contact pads (n) corresponding to the number of lines of a given color, and the step (t) of their location and satisfies the condition.

На фиг. 1 изображен (в качестве примера) многоцветный катодолюминесцентный экран в соответствии с предлагаемым техническим решением. In FIG. 1 shows (as an example) a multi-color cathodoluminescent screen in accordance with the proposed technical solution.

На фиг.2 дан общий вид матрицы многоцветного катодолюминесцентного экрана. Figure 2 is a General view of the matrix of a multi-color cathodoluminescent screen.

На фиг. 3 изображены фрагменты матрицы многоцветного катодолюминесцентного экрана с тремя зонами - фиг.3а (RGB) и фиг.3б - с зонами RG₁G₂B (с четырьмя зонами).In FIG. 3 shows fragments of a multi-color cathodoluminescent screen matrix with three zones — FIG. 3a (RGB) and FIG. 3b — with RG ₁ G ₂ B zones (with four zones).

На фиг.4 и 5 даны эскизы цоколевки заявляемого многоцветного катодолюминесцентного индикатора: два его варианта. Figures 4 and 5 are given sketches of the pinout of the inventive multicolor cathodoluminescent indicator: two variants thereof.

Приняты следующие обозначения:
1 - вакуумная оболочка,
2 - изолирующая основа,
3 - модуляторные электроды, выполненные в виде полос (стержней),
4 - прямонакальные катоды,
5 - анодные полосы, покрытые люминофором красного цвета,
6 - анодные полосы, покрытые люминофором зеленого цвета,
7 - анодные полосы, покрытые люминофором синего цвета,
8 - светоизлучающие сегменты,
9 - внешняя контактная площадка анодных полос красного цвета,
10 - внешняя контактная площадка анодных полос зеленого цвета,
11 - внешняя контактная площадка анодных полос синего цвета,
12 - внешние выводы,
13 - токоведущие дорожки.The following notation is accepted:
1 - vacuum shell
2 - insulating base,
3 - modulator electrodes made in the form of strips (rods),
4 - straight cathodes,
5 - anode strips coated with a red phosphor,
6 - anode strips coated with a green phosphor,
7 - anode strips coated with a blue phosphor,
8 - light emitting segments,
9 - external contact pad of the anode strips of red color,
10 - external contact pad of the anode strips of green color,
11 - external contact pad of the anode strips of blue color,
12 - external findings
13 - current-carrying tracks.

На фиг.1 дано изображение индикаторной матрицы, содержащей светоизлучающие анодные полосы 5, 6, 7, нанесенные на изолирующую основу 2, модуляторные электроды 3, выполненные в виде полос (стержней), ортогональные анодным полосам и образующие в перекрестие светоизлучающие сегменты. Figure 1 shows an image of an indicator matrix containing light-emitting anode strips 5, 6, 7, deposited on an insulating base 2, modulator electrodes 3 made in the form of strips (rods), orthogonal to the anode strips and forming light emitting segments in the crosshair.

Изолирующая основа 2 с нанесенными анодными полосами с чередованием их по цветам, например, красный - 5, зеленый - 6, синий - 7 и прямонакальными катодами 4 помещена в вакуумную оболочку 1. An insulating base 2 with deposited anode strips with alternating colors, for example, red - 5, green - 6, blue - 7 and direct heating cathodes 4 is placed in a vacuum shell 1.

В конструкции анодной платы:
а) зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета выполнены раздельными для каждого из цветов;
б) количество зон выполнено не менее количества цветов экрана, например, для 3-х цветов не менее 3-х зон (3 цветн. ≤ 3 зон);
в) при этом длина зоны (l) определяется количеством контактных площадок (n), соответствующих количеству строк данного цвета, и шагом (t) их расположения и удовлетворяет условию:
l ≥ n • t.In the design of the anode board:
a) the location zones of the set of external contact pads of the same color are made separate for each of the colors;
b) the number of zones is satisfied not less than the number of colors of the screen, for example, for 3 colors of at least 3 zones (3 color. ≤ 3 zones);
c) the length of the zone (l) is determined by the number of pads (n) corresponding to the number of lines of a given color, and step (t) of their location and satisfies the condition:
l ≥ n • t.

На фиг. 3 а,б - изображены фрагменты матрицы с токоведущими дорожками, соединяющими светоизлучающие сегменты с соответствующими контактными площадками: с тремя зонами контактных площадок - RGB (фиг.3а) и с четырьмя зонами контактных площадок - RG₁G₂B. Топология токоведущих дорожек данных на фиг.3а и 3б различна, при этом локально нанесен слой диэлектрика.In FIG. 3a, b - fragments of a matrix with current-carrying paths connecting light-emitting segments with corresponding contact pads: with three zones of contact pads - RGB (Fig. 3a) and with four zones of contact pads - RG ₁ G ₂ B are shown. The topology of current-carrying data tracks on figa and 3b is different, while a locally applied dielectric layer.

На фиг.4 и фиг.5 даны эскизы цоколевки, т.е. схематично изображены зоны расположения внешних контактных площадок многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа, где R - зона расположения совокупности внешних контактных площадок красного цвета свечения светоизлучающих сегментов, G - зона расположения совокупности внешних контактных площадок зеленого цвета свечения светоизлучающих сегментов, B - зона расположения совокупности внешних контактных площадок синего цвета свечения светоизлучающих сегментов. Figure 4 and figure 5 are sketches of the pinout, i.e. schematically depicts the location zones of the external contact pads of the multi-color cathodoluminescent screen of the matrix type, where R is the location area of the set of external contact pads of the red color of the light emitting segments, G is the location area of the set of external contact pads of the green color of the light emitting segments, B is the location zone of the set of external contact pads blue glow of light-emitting segments.

Как видно из фиг.4 и фиг.5 зоны расположения совокупности внешних контактных площадок одного цвета выполнены раздельными для каждого из цветов, на фиг. 4 выполнено три зоны, соответствующих трем цветам матричного экрана, но зон может быть и больше, например, на фиг.5 в экране три цвета, а зон - четыре (может быть и пять, и шесть и т.д.) в зависимости от технических и технологических возможностей. As can be seen from FIG. 4 and FIG. 5, the location zones of the set of external contact pads of the same color are made separate for each of the colors; FIG. 4 there are three zones corresponding to the three colors of the matrix screen, but there can be more zones, for example, in figure 5 there are three colors in the screen, and four zones (maybe five, and six, etc.) depending on technical and technological capabilities.

Работа многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа осуществляется следующим образом. The operation of the multi-color cathodoluminescent screen matrix type is as follows.

Электроны, эмиттируемые из катода 4, рассеиваются равномерно по площади вакуумной оболочки с помощью модуляторных электродов 3, на которую подан небольшой положительный потенциал, и бомбардируют покрытые люминофором анодные полосы 5, 6, 7 с различными цветами свечения, на которые подан ускоряющий потенциал. Под действием электронной бомбардировки происходит свечение светоизлучающих сегментов 8. Светоизлучающие сегменты, на которых отсутствует ускоряющий потенциал, не подвергаются воздействию электронного потока и люминофоры остаются в невозбужденном состоянии. The electrons emitted from the cathode 4 are scattered evenly over the area of the vacuum shell using modulator electrodes 3, to which a small positive potential is applied, and anode strips 5, 6, 7 coated with a phosphor are bombarded with different colors of light, to which the accelerating potential is applied. Under the influence of electronic bombardment, the light emitting segments 8 glow. Light emitting segments, on which there is no accelerating potential, are not exposed to the electron beam and the phosphors remain in an unexcited state.

В данном техническом решении поставленная задача достигается изменением топологией токоведущих дорожек, соединяющих анодные сегменты с соответствующими контактными площадками, с введением защитного слоя диэлектрика, т.е. чтобы ввести раздельные зоны расположения по цветам необходимо изменение топологии токоведущих дорожек. In this technical solution, the task is achieved by changing the topology of the current-carrying paths connecting the anode segments to the corresponding contact pads, with the introduction of a protective layer of a dielectric, i.e. in order to introduce separate zones of arrangement by color, it is necessary to change the topology of current-carrying tracks.

Использование предлагаемой конструкции обеспечивает по сравнению с известными конструкциями многоцветных катодолюминесцентных экранов матричного типа следующие преимущества: упрощается конструкция внешнего контактирования многоцветного катодолюминесцентного экрана матричного типа за счет сокращения количества внешних выводов и, как следствие этого, сокращается число формирователей напряжений управления в схеме включения, что, в свою очередь, приводит к уменьшению габаритных размеров устройств отображения информации на основе многоцветных катодолюминесцентных экранов матричного типа, а также затраты на их создание и производство. Using the proposed design provides, in comparison with the known designs of multi-color cathodoluminescent matrix-type screens, the following advantages: simplifies the external contact design of a multi-color cathodoluminescent matrix-type screen by reducing the number of external terminals and, as a result, the number of control voltage shapers in the switching circuit is reduced, which, in in turn, reduces the overall dimensions of information display devices based on nogotsvetnyh cathodoluminescent screen of the matrix type, as well as their development and production costs.

Claims

A multicolor cathodoluminescent matrix-type screen containing a vacuum shell, a system of direct filament cathodes, rows of anode strips coated with a phosphor and connected to current-carrying paths with external leads through insulating pads through contact pads, modulator electrodes orthogonal to the anode strips and forming light emitting segments in the crosshair that the anode stripes are arranged with alternating colors: red - green. - blue (RGB), and the location zones of the set of external contact pads of the same color of the anode strips are made separate for each of the colors, and the number of zones at least corresponds to the number of colors on the screen, while the length of the zone (l) is determined by the number of contact pads (n), corresponding to the number of lines of a given color, and the step (t) of their location and satisfies the condition l≥n • t.