真空熒光顯示器件

1995年我國在浙江紹興建立起一條年產300萬片的VFD的生產線，適逢我國的VCD開始大量生產，開拓了一個新的應用領域，近幾年已在影碟機及音響的功率放大器中大量應用；隨後國內又建成了不少的小企業，生產檔次較低的VFD屏，形成了具有我國特色的產品結構。

前幾年，我國VFD總的年生產能力不到一千萬片，我國的VCD和DVD的市場一千多萬台，是VFD應用的重要方面，但是這個市場我國企業只佔1/3左右，另外的市場是音響的功放和其它小批量產品。今年經過不斷髮展的紹興生產廠年生產能力增加到了一千萬片，另外有不少的小廠也在上規模上檔次，年生產能力也達到了150～300萬片的生產能力，因而迫切需要開拓新的市場。目前有必要對VFD的能力作一分析，並尋找新的應用領域。

當陰極絲被加熱到650℃時，陰極開始發射熱電子，如取陰極為零電位，則當柵極和陽極上施加正電壓時，熱電子被加速穿過柵極，轟擊陽極，使其上的熒光粉發光。如果在柵極和陽極施加的電壓為零或負，則熱電子就到不了陽極，相應弧段就不發光。在與希望顯示的弧段相對應的柵極和陽極上同時施加正電壓，便可顯示我們希望看到的字符或圖形。

一般是在全部陽極上施加正電壓，只要在柵極E施加2～7 V的負電壓，相對應的陽極弧段就不會發光，所以可用柵極上電壓的正負來實現字符或圖形顯示。 ^[2] 

VFD板的結構是一種典型的真空三極管結構，由陰極、柵極和陽極組成。陰極的組成是一根或多根細鎢絲，其表面電泳上是經過合適的工藝處理後能於650℃左右發射電子的鋇氧化物。絲狀陰極的直徑為15～30 um，由1～10根這樣的細絲組成陰極實體，發射出彌散的面狀電子束，而不像在CRT中必須會聚成細電子束．

柵極是由厚度為30～50μm的薄金屬板經光刻後製成高透明的細密格子或龜紋形金屬網。陽極由石墨或鋁膜製成，形成在玻璃上，並被分成一系列弧段，以形成字符、符號或所需顯示的圖形，每個弧段上覆蓋有能在很低電壓下工作的ZnOZn熒光粉。

VFD器件是一個真空容器，其上下兩面是兩塊內側鍍有導電膜的平板玻璃，四周用玻璃粉進行密封，但留有排氣管。 ^[2] 

根據使用要求不同，可將VFD按驅動方式、電極結構、顯示形式來分類。

按顯示驅動方式分為：靜態驅動，又稱為直流驅動，該方式一般僅用於少位數、符號性顯示應用場合；動態驅動和矩陣驅動又稱為掃描驅動，有外置驅動集成電路和內置驅動集成電路，特點是引線少，適合於多位數、多色驅動。

按電極結構分為：二極管型，只有陰陽兩個電極；三極管型即包括陰極、陽極和柵極，是一種常用的VFD設計結構；多極管型，即具有多個陽極、柵極和一個陰極。

按顯示內容分為：7段顯示、14段顯示(較大屏幕)、字符顯示、圖形顯示(點陣)以及多色顯示等。

根據視覺特點，VFD又可分為反射型和透射型兩種。後者透過熒光粉觀看，顯示有一定的立體視效果，陽極採用氧化銦錫(工藝製作。

總的來説，二極管型驅動電壓較高，分辨率有限，但可達到較高的亮度；多極管結構可有效降低驅動電壓，提高分辨率，實現多色顯示，但結構相對複雜。需根據不同的用途選擇器件的結構類型和驅動方式。 ^[3] 

1)絲狀陰極的加熱特性。VFD是利用熱電子發射工作的，當陰極工作温度較低時，發射電流密度與陰極工作温度成指數關係，稱為工作於温度限制區。發射電流很難保持穩定。當陰極工作温度較高時，陰極發射電流與陰極工作温度無關，而只決定於柵極和陽極上的電壓．稱為工作於空間電荷限制區。為了使發射電流穩定，VFD器件總是工作於空間電荷限制區。

2)伏安特性。陽極弧段被尋址時，陽極電壓與柵極電壓相等，陰極發射的電流分成柵極電流與陽極電流兩部分。

3)截止特性。將不需要顯示部分的陽極電流截止有兩種方式：①陽極截止，Vr為正，相應的陽極上加負電壓，使陽極不發光，只要很小的負Va。就可以達到截止目的。②柵極截止，Va為正，使Vr足夠負，將電子截斷，使陽極不發光，這時所需的柵極截止電壓要足夠大。 ^[2] 

該類器件及應用有以下特點：

1)屬自發光顯示器件、可滿足一定的清晰度，由於無需背光照明，故可在暗環境下直接使用。

2)容易實現多色顯示，顯示速度快，通過亮度高像素管組合可製作成大型圖像顯示屏。

3)圖形顯示設計自由度大，工作電壓比較低，可靠性高(環境適應性好)，可以製作成小型顯示器件或用於製作各類儀表顯示盤。

由於器件種類很多，應用時可考慮以下基本因素：

1)數字顯示數碼管、數字和字母顯示的點陣顯示屏，適用於圖表、圖形和圖像顯示的大矩陣顯示屏。

2)板狀多位數碼顯示屏和字符圖表顯示屏：用於計算器、數字鐘、音響和視頻產品顯示器件。

3)大型複合VFD顯示器，在儀表顯示中(如汽車和軍事)得到良好應用。

4)由於一些熒光粉發光光譜與光敏材料的感光光譜相匹配，可製作成打印機光源的VFD。ZnO：Zn通用的發光粉，基本上包括了整個可見光範圍，用濾光片分光可得各種顏色，可作為彩色打印機的光源。

5)應用及發展趨勢。主要是高亮度、低能耗、低成本、小體積和小型多色化。 ^[3]