專利名稱:大象素高亮度彩色熒光顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
熒光顯示，大型和超大型矩陣顯示，大型和超大型彩色電視，計(jì)算機(jī)大型顯示終端。
現(xiàn)有技術(shù)情況經(jīng)過(guò)第一機(jī)械工業(yè)部科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所計(jì)算機(jī)檢索(見(jiàn)附件1)和我們手檢，我們知道目前室外大型和超大型矩陣顯示系統(tǒng)的顯示器主要有三種①白熾燈;②泛束陰極射線管(Flood Beam CRT);③高壓熒光象元管。
白熾燈價(jià)格低、容易買到，早幾年前常被用于室外大型顯示。但它的功耗大、反應(yīng)速度慢、驅(qū)動(dòng)電路成本高;目前主要用于一些簡(jiǎn)單的字符顯示，很少用于圖象顯示和大型、超大型矩陣顯示系統(tǒng)。
泛束陰極射線管是幾年前日本發(fā)明的一種大型、超大型矩陣顯示用象元管(見(jiàn)附件2)。它是一種直徑約1吋、長(zhǎng)約15cm、有電子槍而無(wú)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、一個(gè)管子一個(gè)象素的陰極射線管。幾萬(wàn)或幾十萬(wàn)只這種三基色的泛束管按一定的方式排列構(gòu)成大型或超大型彩色顯示屏以顯示圖象或字符等。每一只泛束管實(shí)際上就是一只小顯象管，因而成本很高;而且它還需要8000至10000伏的高電壓。
高壓熒光象元管是1984年由日本Sony和Futaba公司發(fā)明的。每一顯示管色含紅藍(lán)綠三基色象元各一個(gè)。1985年3月在日本筑波國(guó)際科學(xué)技術(shù)博覽會(huì)上首次展出了一套用它制成的屏幕為25×40m的超大型彩色電視顯示系統(tǒng)(見(jiàn)附件3)。這種象元管可將輸入功率的90%用于激發(fā)發(fā)光，但它采用透射方式，光的出身率大約只有40%，因而實(shí)際發(fā)光效率不高。其次它和泛束陰極射線管一樣需要5000-10000伏的高壓，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜、成本高，在室外雨天、霉季時(shí)維修不方便。
本發(fā)明的目的本發(fā)明利用低壓熒光顯示原理制作一種可用于單色、多色或彩色、室內(nèi)或室外的大型或超大型顯示系統(tǒng)的高亮度彩色熒光矩陣顯示器。其最高驅(qū)動(dòng)電壓僅約100伏，比高壓熒光象元管低50至100倍，因而可用集成電路直接驅(qū)動(dòng)，成本低;其光的出射率高達(dá)90%，比高壓熒光象元管高1倍。從而可構(gòu)成效率高、成本低、安全、維修方便的大型和超大型矩陣顯示系統(tǒng)。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為1984年日本Sony和Futaba發(fā)明的高壓熒光象元管，其中1為直熱式氧化物陰極，2為柵極，3為加有5000至10000伏高壓的陽(yáng)極，它上面有紅或藍(lán)或綠的三基色發(fā)光粉4。每一顯示管有紅、藍(lán)、綠三個(gè)象元。5為鋁隔板，用于隔斷射向相鄰象元的光、并使之反射以提高亮度和反差。6為玻璃外殼。
此種高壓熒光象元管的采光方式為透射式。電子激發(fā)所產(chǎn)生的發(fā)光一半向前(圖1中之7)、一半向后(圖1中之8);向前部分為實(shí)際有用的光，它經(jīng)過(guò)發(fā)光層的吸收和散射以及玻璃和導(dǎo)電層的吸收，在計(jì)入向后部分的光線經(jīng)多次反射復(fù)又向前的光線后，實(shí)際出射的光通量大約只有總發(fā)光量的40%左右，即光的出射系數(shù)約0.4，因而效率不高。
其次，高壓熒光象元管的陽(yáng)極電壓高達(dá)5000至10000伏，陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電路成本高，維修不方便，特別是在雨天、霉季或高濕度地區(qū)。
本發(fā)明克服了上述缺點(diǎn)，最高工作電壓僅約100伏，可用集成電路直接驅(qū)動(dòng);采光方式采用直視式，玻殼有高反射鍍層，使發(fā)光的出射率提高到大約90%。
本發(fā)明的大象素高亮度彩色熒光顯示器(簡(jiǎn)稱高亮度顯示器)的結(jié)構(gòu)如圖2a所示，其中9為透明玻璃基板，其上有n×m個(gè)(圖中為2×2)個(gè)發(fā)光管10，11為排氣管，排氣管內(nèi)為消氣劑12，n×m個(gè)發(fā)光管均用連通管13相互連接成一個(gè)真空系統(tǒng)，14為陰極引出線，15為柵極引出線，16為陽(yáng)極引出線。圖2b為發(fā)光管10的剖面圖。其中17為園錐形排列的直熱式細(xì)絲陰極，18為截頭園錐形柵極(見(jiàn)圖2C)，19為頂端是半球形的園錐形薄玻璃殼，此玻殼也可采用其他形式，如拋物面等;其內(nèi)壁為低阻薄膜導(dǎo)電層20，導(dǎo)電層上為低壓發(fā)光粉21，其外壁為高反射涂層和粗糙黑色散熱層22，若導(dǎo)電層20本身就是高反射層則外壁只需考慮散熱。為了提高反差，玻璃基板9的外表面的不發(fā)光部分應(yīng)涂黑底層23，正對(duì)發(fā)光管的透光部分應(yīng)加與發(fā)光色相匹配的光譜透過(guò)率的濾色片24以改善色純度和反差。發(fā)光管、排氣管和玻璃基板之間用低熔點(diǎn)玻璃25封接。
一塊玻璃基板上的n×m個(gè)發(fā)光管，對(duì)于單色顯示、所有發(fā)光管都用同一種發(fā)光粉。對(duì)于彩色顯示則用三基色發(fā)光粉、每管一種、按紅綠藍(lán)一定規(guī)律排列。
發(fā)光管可用三極管結(jié)構(gòu)，也可不用柵極而成二極管結(jié)構(gòu)。后者可將每一發(fā)光管的陽(yáng)極分成若干區(qū)、分別涂上不同色的發(fā)光粉，如三基色發(fā)光粉，控制各陽(yáng)極的電壓、每一發(fā)光管即可得各種顏色。
玻璃基板可預(yù)先用厚薄膜工藝制作引線或阻容等元件，然后將集成電路插座等焊接在基板上，構(gòu)成帶有驅(qū)動(dòng)電路的顯示組件，用這種顯示組件即可拼接成大型或超大型顯示屏。
由于低壓熒光顯示的飽和亮度受溫度猝滅的限制，大面積發(fā)光的飽和亮度僅約5000cd/m2左右，因此難于用圖1所示的結(jié)構(gòu)制成低壓大象素高亮度顯示管。本發(fā)明采用頂端為半球形的園錐體玻殼(或用拋物面等其他曲面)，增加發(fā)光面積和散熱面積，以提高亮度。圖3為園球頂?shù)膱@錐形發(fā)光管，配合適當(dāng)?shù)膱@錐形陰極和柵極可使整個(gè)管子發(fā)光均勻。設(shè)這時(shí)發(fā)光面的亮度為Bo，則發(fā)光管出射面的亮度為B =K B oR2( RR2+ H2- rr2+ ( H - h )2+ 2 r2)]]>其中R為發(fā)光管錐底面內(nèi)半徑，H為園錐體高度，h為園錐臺(tái)高度，r為園球頂半徑，K為光的出射系數(shù);考慮到發(fā)光管有高反射涂層，因而發(fā)光的出射系數(shù)主要決定于發(fā)光層的反射率和玻璃基板的透明度。對(duì)于透明玻璃基板，K值可達(dá)0.9左右。例如，Bo＝5000cd/m2，R＝13.5mm，H＝90mm，h＝66mm，r＝4.5mm，K＝0.9，則發(fā)光管亮度達(dá)28.621cd/m2。
此外，我們已經(jīng)證明(見(jiàn)附件4)Bo ≈ (C2(a-To)2λ)/(4bQ(1-ηo)d)其中C2和Q為常數(shù)，a和b為決定于發(fā)光材料特性的常數(shù)，對(duì)于ZnO∶Zn，a≈140，b≈130，ηo為發(fā)光的能量效率，To為玻殼外壁的溫度，λ為玻殼材料的熱導(dǎo)率，d為其厚度。本發(fā)明的園錐形玻殼允許采用比Sony結(jié)構(gòu)更小的厚度，也可以采用金屬，從而提高亮度和效率。
與現(xiàn)有技術(shù)的比較。
①、泛束陰極射線管和Sony、Futaba高壓熒光象元管的陽(yáng)極電壓達(dá)5000至10000伏，本發(fā)明之高亮度顯示器最高電壓約100伏;前者電壓高、陽(yáng)極電路成本高、雨天霉季維修不方便;本發(fā)明電壓低，可用集成電路直接驅(qū)動(dòng)，維修方便，成本低。
②、Sony高壓熒光象元管的采光用透射方式，發(fā)光的實(shí)際有效出射率僅約40%，本發(fā)明采用直視式和高反射涂層，發(fā)光的實(shí)際有效出射率達(dá)90%左右。
③、Sony高壓熒光象元管的發(fā)光面積小，玻璃厚度大，散熱困難，發(fā)光效率低，需用強(qiáng)風(fēng)冷卻。本發(fā)明之發(fā)光管采用園球頂?shù)膱@錐體結(jié)構(gòu)，用薄壁玻璃或金屬，散熱好，且發(fā)光面積大，亮度高、效率高。
④、泛束陰極射線管每一管一個(gè)象素，每一只管的結(jié)構(gòu)均與顯象管相似，成本很高。本發(fā)明的顯示器在一塊玻璃基板上有n×m個(gè)象元，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。
⑤、泛束陰極射線管和Sony、Futaba高壓熒光象元管的顯示器與驅(qū)動(dòng)電路分開，本發(fā)明的顯示器與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成一體，結(jié)構(gòu)更合理。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明的方式。
本發(fā)明已在深圳電子顯示設(shè)備有限公司制造。第一步計(jì)劃制造顯示數(shù)字、字母、漢字和符號(hào)等的大型顯示屏，用于體育場(chǎng)館記分、顯示比賽名次姓名等以及車站、碼頭、高速公路、旅館商店廣告、軍事指揮、數(shù)據(jù)處理終端等。第二步制造超大型彩色電視，用于亞運(yùn)會(huì)、體育場(chǎng)館、大型廣告牌、計(jì)算機(jī)公眾服務(wù)終端、軍事指揮、生產(chǎn)控制等。
權(quán)利要求
1.一個(gè)玻璃基板上制作n×m個(gè)發(fā)光管，各發(fā)光管之間由連通管連接至同一排氣管，排氣管內(nèi)為消氣劑。玻璃基板正面有與發(fā)光色匹配的濾光片，各象元間有黑層以提高色純度和反差。玻璃基板的另一面有用厚薄膜技術(shù)制作的引線、阻容等元件及集成電路插座等，使顯示器與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成一整體。
2.發(fā)光管外殼為半球面頂?shù)膱@錐體，用薄玻殼或金屬制成，其形狀也可用拋物面等其他曲面。內(nèi)壁為低阻薄膜陽(yáng)極和發(fā)光層，外壁為高反射層和散熱層，發(fā)光面積和散熱面積大，從而保證獲得高亮度顯示。
3.采用球頂園錐體玻殼直視式，并有高反射層，使光的出射系數(shù)高達(dá)0.9。
4.采用低壓熒光粉，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，最高工作電壓約100伏，可用集成電路直接驅(qū)動(dòng)。
5.發(fā)光管內(nèi)有園錐形排列的細(xì)絲直熱式陰極和截頭的圓錐形柵極，以保證發(fā)光亮度均勻。發(fā)光管也可以不用柵極而成二極管結(jié)構(gòu)。前者的亮度由柵極調(diào)制，后者用陽(yáng)極電壓調(diào)制。
6.n×m個(gè)發(fā)光管、一管用一種顏色的發(fā)光粉，三基色按一定規(guī)律排列構(gòu)成彩色顯示;或者同一發(fā)光管的陽(yáng)極分成幾個(gè)區(qū)域，分別涂不同色的發(fā)光粉，例如分成三區(qū)分別涂三基色粉，以顯示彩色圖象和字符等。
專利摘要
本發(fā)明提出了一種利用熒光顯示原理和薄壁曲面陽(yáng)極制作的大象元高亮度象元管。高熱導(dǎo)率的薄壁曲面陽(yáng)極增大了散熱面積和發(fā)光面積，并采用直視方式采光，因而效率高、亮度高、驅(qū)動(dòng)電壓低。N×M個(gè)象元集成于同一基板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？捎糜跇?gòu)成大型和超大型、單色、多色和彩色顯示屏，可顯示字符、漢字、軌跡和電視圖像等。
文檔編號(hào)H01J63/00GK85102926SQ85102926
公開日1986年12月31日 申請(qǐng)日期1985年4月10日
發(fā)明者葛世潮, 黃晞 申請(qǐng)人:深圳電子顯示設(shè)備有限公司, 杭州大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan