真空荧光显示器件

一种低能电子发光显示器件

真空荧光显示器件简称VFD，是一种低能电子发光显示器件，工作原理与CRT类似。1965年由日本中村发明，开始时为单数字圆形管，后发展成多数字圆形管，最后成为扁平的多数字显示板。在环境亮度变化大和对低功耗无严格要求的场合，有液晶显示器(LCD)无可比拟的优点，现在广泛地用于音像设备、家庭电子设备、汽车仪表、办公设备和仪器仪表诸方面。

简介

1995年我国在浙江绍兴建立起一条年产300万片的VFD的生产线，适逢我国的VCD开始大量生产，开拓了一个新的应用领域，近几年已在影碟机及音响的功率放大器中大量应用；随后国内又建成了不少的小企业，生产档次较低的VFD屏，形成了具有我国特色的产品结构。

前几年，我国VFD总的年生产能力不到一千万片，我国的VCD和DVD的市场一千多万台，是VFD应用的重要方面，但是这个市场我国企业只占1/3左右，另外的市场是音响的功放和其它小批量产品。今年经过不断发展的绍兴生产厂年生产能力增加到了一千万片，另外有不少的小厂也在上规模上档次，年生产能力也达到了150～300万片的生产能力，因而迫切需要开拓新的市场。目前有必要对VFD的能力作一分析，并寻找新的应用领域。

原理

当阴极丝被加热到650℃时，阴极开始发射热电子，如取阴极为零电位，则当栅极和阳极上施加正电压时，热电子被加速穿过栅极，轰击阳极，使其上的荧光粉发光。如果在栅极和阳极施加的电压为零或负，则热电子就到不了阳极，相应弧段就不发光。在与希望显示的弧段相对应的栅极和阳极上同时施加正电压，便可显示我们希望看到的字符或图形。

一般是在全部阳极上施加正电压，只要在栅极E施加2～7 V的负电压，相对应的阳极弧段就不会发光，所以可用栅极上电压的正负来实现字符或图形显示。

结构

VFD板的结构是一种典型的真空三极管结构，由阴极、栅极和阳极组成。阴极的组成是一根或多根细钨丝，其表面电泳上是经过合适的工艺处理后能于650℃左右发射电子的钡氧化物。丝状阴极的直径为15～30 um，由1～10根这样的细丝组成阴极实体，发射出弥散的面状电子束，而不像在CRT中必须会聚成细电子束．

栅极是由厚度为30～50μm的薄金属板经光刻后制成高透明的细密格子或龟纹形金属网。阳极由石墨或铝膜制成，形成在玻璃上，并被分成一系列弧段，以形成字符、符号或所需显示的图形，每个弧段上覆盖有能在很低电压下工作的ZnOZn荧光粉。

VFD器件是一个真空容器，其上下两面是两块内侧镀有导电膜的平板玻璃，四周用玻璃粉进行密封，但留有排气管。

分类

根据使用要求不同，可将VFD按驱动方式、电极结构、显示形式来分类。

按显示驱动方式分为：静态驱动，又称为直流驱动，该方式一般仅用于少位数、符号性显示应用场合；动态驱动和矩阵驱动又称为扫描驱动，有外置驱动集成电路和内置驱动集成电路，特点是引线少，适合于多位数、多色驱动。

按电极结构分为：二极管型，只有阴阳两个电极；三极管型即包括阴极、阳极和栅极，是一种常用的VFD设计结构；多极管型，即具有多个阳极、栅极和一个阴极。

按显示内容分为：7段显示、14段显示(较大屏幕)、字符显示、图形显示(点阵)以及多色显示等。

根据视觉特点，VFD又可分为反射型和透射型两种。后者透过荧光粉观看，显示有一定的立体视效果，阳极采用氧化铟锡(工艺制作。

总的来说，二极管型驱动电压较高，分辨率有限，但可达到较高的亮度；多极管结构可有效降低驱动电压，提高分辨率，实现多色显示，但结构相对复杂。需根据不同的用途选择器件的结构类型和驱动方式。

特性

1)丝状阴极的加热特性。VFD是利用热电子发射工作的，当阴极工作温度较低时，发射电流密度与阴极工作温度成指数关系，称为工作于温度限制区。发射电流很难保持稳定。当阴极工作温度较高时，阴极发射电流与阴极工作温度无关，而只决定于栅极和阳极上的电压．称为工作于空间电荷限制区。为了使发射电流稳定，VFD器件总是工作于空间电荷限制区。

2)伏安特性。阳极弧段被寻址时，阳极电压与栅极电压相等，阴极发射的电流分成栅极电流与阳极电流两部分。

3)截止特性。将不需要显示部分的阳极电流截止有两种方式：①阳极截止，Vr为正，相应的阳极上加负电压，使阳极不发光，只要很小的负Va。就可以达到截止目的。②栅极截止，Va为正，使Vr足够负，将电子截断，使阳极不发光，这时所需的栅极截止电压要足够大。

该类器件及应用有以下特点：

1)属自发光显示器件、可满足一定的清晰度，由于无需背光照明，故可在暗环境下直接使用。

2)容易实现多色显示，显示速度快，通过亮度高像素管组合可制作成大型图像显示屏。

3)图形显示设计自由度大，工作电压比较低，可靠性高(环境适应性好)，可以制作成小型显示器件或用于制作各类仪表显示盘。

应用

由于器件种类很多，应用时可考虑以下基本因素：

1)数字显示数码管、数字和字母显示的点阵显示屏，适用于图表、图形和图像显示的大矩阵显示屏。

2)板状多位数码显示屏和字符图表显示屏：用于计算器、数字钟、音响和视频产品显示器件。

3)大型复合VFD显示器，在仪表显示中(如汽车和军事)得到良好应用。

4)由于一些荧光粉发光光谱与光敏材料的感光光谱相匹配，可制作成打印机光源的VFD。ZnO：Zn通用的发光粉，基本上包括了整个可见光范围，用滤光片分光可得各种颜色，可作为彩色打印机的光源。