Вакуумный флуоресцентный дисплей - Википедия - Vacuum fluorescent display

Полный вид типичного вакуумного флуоресцентного дисплея, используемого в видеомагнитофон
Крупный план VFD, выделяющий множественные нити, натянутый листовым металлом пружины справа от изображения
Вакуумный флуоресцентный дисплей с компакт-диска и двойного кассета Hi-Fi. Все сегменты видны за счет внешнего ультрафиолетового освещения.

А вакуумный люминесцентный дисплей (ЧРП) это устройство отображения когда-то широко использовался в бытовом электронном оборудовании, таком как видеомагнитофоны, автомобильные радиоприемники, и микроволновые печи. ЖК-дисплеи, OLED дисплеи и Светодиодные сегментные дисплеи в настоящее время в значительной степени заменили VFD.

ЧРП работает по принципу катодолюминесценция, примерно похожий на электронно-лучевая трубка, но работает при гораздо меньшем напряжении. Каждая трубка в ЧРП имеет люминофор уголь с покрытием анод который бомбардируется электронами, испускаемыми из катодная нить.[1][2] Фактически, каждая трубка в ЧРП - это триод вакуумная трубка, потому что она также имеет сетку управления.[3]

В отличие от жидкокристаллические дисплеи, VFD излучает очень яркий свет с высокой контрастностью и может поддерживать отображение элементов различных цветов. Стандартные показатели освещенности для VFD составляют около 640 кд / м2 с частотно-регулируемыми дисплеями высокой яркости 4000 кд / м2, а экспериментальные блоки - до 35 000 кд / м2 в зависимости от напряжения привода и его времени.[3] Выбор цвета (который определяет характер люминофора) и яркости дисплея существенно влияют на срок службы ламп, который может варьироваться от 1500 часов для ярко-красного VFD до 30 000 часов для более распространенных зеленых.[3] Кадмий в прошлом обычно использовался в люминофорах VFD, но в настоящее время RoHS -совместимые с ЧРП исключили этот металл из своей конструкции, используя вместо него люминофоры, состоящие из матрицы щелочноземельных металлов и очень небольших количеств металлов III группы, легированных очень небольшими количествами редкоземельных металлов.[4]

VFD могут отображать семисегментный цифры, многосегментные буквенно-цифровые символы или могут быть выполнены в виде точечной матрицы для отображения различных буквенно-цифровых символов и символов. На практике форма отображаемого изображения практически не ограничена: она зависит исключительно от формы люминофора на аноде (ах).

Первым частотно-регулируемым приводом был DM160 с одной индикацией, выпущенный Philips в 1959 году.[5] Первый многосегментный частотно-регулируемый привод был в 1967 году японским однозначным семисегментным устройством. Дисплеи стали обычным явлением на калькуляторах и других устройствах бытовой электроники.[6] В конце 1980-х годов ежегодно производились сотни миллионов единиц.[7]

Дизайн

Макро изображение цифры VFD с 3 горизонтальными вольфрамовыми проволоками и управляющей сеткой.

Устройство состоит из горячий катод (нити ), сетки и аноды (люминофор ) заключенный в стекло конверт под высокий вакуум условие. Катод состоит из тонкой вольфрам провода, покрытый щелочноземельный оксиды металлов (барий,[2] оксиды стронция и кальция[8][9]), которые излучают электроны при нагревании до 650 ° C[2] электрическим током. Эти электроны контролируются и рассеянный по сеткам (выполненным с использованием Фотохимическая обработка ), изготовленные из тонкой (толщиной 50 микрон) нержавеющей стали.[2] Если электроны попадают на анодные пластины, покрытые люминофором, они флуоресценция, излучающий свет. В отличие от катодов традиционных электронных ламп, светящихся оранжевым светом, катоды частотно-регулируемого привода являются эффективными излучателями при гораздо более низких температурах и поэтому практически невидимы.[10] Анод состоит из стеклянной пластины с электропроводящими дорожками (каждая дорожка соединена с одним сегментом индикатора), которая покрыта изолятором, который затем частично протравливается для создания отверстий, которые затем заполняются проводником, например графит, который, в свою очередь, покрыт люминофором. Это передает энергию от дорожки к сегменту. Форма люминофора будет определять форму сегментов VFD. Наиболее широко используется люминофор, активированный медью, легированный цинком. Оксид цинка,[2] который генерирует свет с максимальной длиной волны 505 нм.

Катодная проволока, на которую нанесены оксиды, изготовлена ​​из вольфрама или сплава рутений-вольфрам. Оксиды в катодах нестабильны на воздухе, поэтому они наносятся на катод в виде карбонатов, катоды собираются в ЧРП, а катоды нагреваются, пропуская через них ток, находясь в вакууме ЧРП, чтобы преобразовать карбонаты в оксиды.[2][9]

Принцип работы такой же, как у вакуумной лампы. триод. Электроны могут достигать (и «освещать») данный элемент пластины, только если и сетка, и пластина имеют положительный потенциал по отношению к катоду.[11] Это позволяет организовать дисплеи как мультиплексные дисплеи где несколько решеток и пластин образуют матрицу, сводя к минимуму количество требуемых сигнальных контактов. В примере дисплея видеомагнитофона, показанном справа, сетки расположены так, что одновременно высвечивается только одна цифра. Все похожие пластины на всех цифрах (например, все нижние левые пластины на всех цифрах) соединены параллельно. Один за другим микропроцессор управление дисплеем включает цифру, помещая положительное напряжение на сетку этой цифры, а затем помещая положительное напряжение на соответствующие пластины. Электроны протекают через сетку цифр и ударяются о пластины с положительным потенциалом. Микропроцессор циклически подсвечивает цифры таким образом со скоростью, достаточно высокой, чтобы создать иллюзию одновременного свечения всех цифр. постоянство зрения.

Дополнительные индикаторы (в нашем примере «VCR», «Hi-Fi», «STEREO», «SAP» и т. Д.) Расположены так, как если бы они были сегментами дополнительной цифры или двух или дополнительных сегментов существующих цифр, и сканированные с использованием той же стратегии мультиплексирования, что и реальные цифры. Некоторые из этих дополнительных индикаторов могут использовать люминофор, излучающий свет другого цвета, например оранжевый.

Свет, излучаемый большинством VFD, содержит много цветов и часто может быть фильтрованный для усиления насыщенность цвета обеспечение темно-зеленого или темно-синего цвета, в зависимости от прихоти дизайнеров продукта. Люминофоры, используемые в VFD, отличаются от люминофоров в электронно-лучевых дисплеях, поскольку они должны излучать приемлемую яркость при энергии электронов всего около 50 вольт по сравнению с несколькими тысячами вольт в ЭЛТ.[12] Изолирующий слой в ЧРП обычно черный, однако его можно удалить, чтобы дисплей оставался прозрачным. Дисплеи AMVFD со встроенной микросхемой драйвера доступны для приложений, требующих высокой яркости изображения и увеличенного количества пикселей. Люминофоры разных цветов можно накладывать друг на друга для получения градаций и различных цветовых сочетаний. Гибридные VFD включают как сегменты фиксированного дисплея, так и графический VFD в одном устройстве. ЧРП могут иметь сегменты дисплея, сетки и соответствующие схемы на их передней и задней пластиковых панелях с использованием центрального катода для обеих панелей, что позволяет увеличить плотность сегментов. Сегменты также можно размещать исключительно спереди, а не сзади, улучшая углы обзора и яркость.[13][14][15][16][17][18][19][20] [21]

Использовать

Помимо яркости, у VFD есть преимущества, заключающиеся в том, что они прочны, недороги и легко конфигурируются для отображения широкого спектра настраиваемых сообщений, и, в отличие от ЖК-дисплеев, VFD не ограничены временем отклика перегруппировки жидких кристаллов и, таким образом, могут нормально работать в холодную погоду даже при минусовых температурах, что делает их идеальными для использования вне помещений в холодном климате. Вначале основным недостатком таких дисплеев было использование значительно большей мощности (0,2 Вт ), чем простой ЖК-дисплей. Это считалось существенным недостатком оборудования с батарейным питанием, такого как калькуляторы, поэтому частотно-регулируемые приводы стали использоваться в основном в оборудовании с питанием от AC питающие или сверхмощные аккумуляторные батареи.

Кластер цифровых панелей в 1990-е годы Меркурий Гранд Маркиз, Американский автомобиль.

В 1980-х годах этот дисплей начал использоваться в автомобилях, особенно там, где автопроизводители экспериментировали с цифровыми дисплеями для транспортных средств, таких как спидометры и одометры. Хорошим примером этого были высококлассные Subaru автомобили, произведенные в начале 1980-х (называемые энтузиастами Subaru как цифровая тире, или цифровой приборная панель ). Яркость VFD делает их подходящими для использования в автомобилях. Renault Espace и более старые модели Scenic использовали панели VFD для отображения всех функций на приборной панели, включая радио и панель с несколькими сообщениями. Они достаточно яркие, чтобы читать при ярком солнечном свете, а также имеют возможность регулировки яркости для использования ночью. Эта панель использует четыре цвета; обычный синий / зеленый, а также темно-синий, красный и желтый / оранжевый.

Эта технология также использовалась с 1979 до середины 1980-х годов в портативных устройствах. электронная игра единицы. Эти игры отличались яркими и четкими дисплеями, но размер самых больших электронных ламп, которые можно было изготовить недорого, сохранял размеры дисплеев довольно маленькими, что часто требовало использования увеличительного стекла. Линзы Френеля.[нужна цитата ] В то время как в более поздних играх использовались сложные многоцветные дисплеи, в ранних играх цветовые эффекты реализовывались с использованием прозрачных фильтров для изменения цвета (обычно светло-голубого) света, излучаемого люминофором. Высокое энергопотребление и высокая стоимость производства способствовали тому, что ЧРП перестали использоваться в качестве дисплея для видеоигр. LCD игры могли быть произведены за небольшую часть цены, не требовали частой замены батарей (или адаптеров переменного тока) и были намного более портативными. С конца 1990-х годов цветные ЖК-дисплеи с активной матрицей с задней подсветкой могут дешево воспроизводить произвольные изображения любого цвета, что является заметным преимуществом перед VFD с фиксированным цветом и фиксированным символом. Это одна из основных причин снижения популярности частотно-регулируемых приводов, хотя они продолжают производиться. Многие недорогие DVD-плееры по-прежнему оснащены VFD.

С середины 80-х годов прошлого века VFD использовались в приложениях, требующих небольших дисплеев с высокими характеристиками яркости, хотя сейчас используется высокая яркость. органические светодиоды (OLED) вытесняет VFD с этих рынков.

В Соединенных Штатах вакуумные флуоресцентные дисплеи когда-то обычно использовались в качестве напольных индикаторов для лифты к Отис Лифтовая Компания и Montgomery Elevator Company (первый - с начала 1980-х до середины 2000-х, второй - с середины 1980-х до середины 1990-х).

В дополнение к широко используемому VFD с фиксированным символом, также доступен графический тип, состоящий из массива индивидуально адресуемых пикселей. Эти более сложные дисплеи обеспечивают гибкость отображения произвольных изображений и могут по-прежнему быть полезным выбором для некоторых типов потребительского оборудования.

В VFD можно использовать мультиплексирование, чтобы уменьшить количество соединений, необходимых для управления дисплеем.[2]

Использовать как усилитель

Несколько радиолюбители экспериментировали с возможностями использования частотно-регулируемых приводов в качестве триодные усилители.[22][23][24] В 2015 г. Корг выпустил Nutube, компонент аналогового аудиоусилителя на основе технологии VFD. Nutube используется в таких приложениях, как гитарные усилители от Vox[25] и усилитель для наушников Apex Sangaku.[26] Nutube продается компанией Korg, но производится компанией Noritake Itron.[27]

Тускнеть

Замирание иногда является проблемой VFD. Светоотдача со временем падает из-за падения излучения и снижения эффективности люминофора. Насколько быстро и насколько это упадет, зависит от конструкции и работы частотно-регулируемого привода. В некотором оборудовании потеря выходного сигнала VFD может вывести оборудование из строя. Затухание можно замедлить, используя микросхему драйвера дисплея для снижения напряжения, необходимого для управления частотно-регулируемым приводом. Замирание также может происходить из-за испарения и загрязнения катода. Люминофор, содержащий серу, более подвержен выцветанию.[2]

Эмиссию обычно можно восстановить, увеличив напряжение накала. Повышение напряжения на 33% может исправить умеренное замирание, а на 66% - сильное замирание.[нужна цитата ] Это может сделать нити видимыми при использовании, хотя обычный зелено-синий фильтр VFD помогает уменьшить любой такой красный или оранжевый свет от нити.

История

Из трех распространенных технологий отображения - VFD, LCD и LED - VFD был разработан первым. Он использовался в ранних портативных калькуляторах. Светодиодные дисплеи заменили VFD в этом использовании, поскольку использованные очень маленькие светодиоды требовали меньше энергии, тем самым увеличивая срок службы батареи, хотя ранние светодиодные дисплеи имели проблемы с достижением однородных уровней яркости во всех сегментах дисплея. Позже ЖК-дисплеи вытеснили светодиоды, предложив еще более низкие требования к мощности.

Первым частотно-регулируемым приводом был DM160 с одной индикацией от Philips в 1959 году. Он мог легко управляться транзисторами, поэтому был нацелен на компьютерные приложения, так как им было легче управлять, чем неоновым светом, и он имел более длительный срок службы, чем лампочка. Это было устаревшим из-за светодиодов. Японский одноразрядный семисегментный дисплей 1967 года с точки зрения анода был больше похож на Philips DM70 / DM71 Magic Eye, поскольку DM160 имеет анод со спиральной проволокой. Японский семисегментный ЧРП означал, что не нужно платить лицензионные платежи за патенты на дисплеи настольных калькуляторов, как это было бы в случае использования Nixies или неоновые цифры Panaplex. В Великобритании изделия Philips производились и продавались компанией Mullard (почти полностью принадлежавшей Philips еще до Второй мировой войны).

Российская трубка ПЧ ИВ-15 очень похожа на DM160. DM160, DM70 / DM71 и российский IV-15 могут (как и панель VFD) использоваться как триоды. Таким образом, DM160 является самым маленьким частотно-регулируемым приводом и самым маленьким триодным клапаном. В IV-15 немного другой формы (см. фото ДМ160 и ИВ-15 для сравнения).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шигео Шионоя; Уильям М. Йен (1998). Справочник по люминофору. CRC Press. п. 561. ISBN  978-0-8493-7560-6.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Chen, J., Cranton, W., & Fihn, M. (Eds.). (2016). Справочник по технологии визуального отображения. DOI: 10.1007 / 978-3-319-14346-0 стр. 1610 и далее
  3. ^ а б c Джанглин Чен; Уэйн Крэнтон; Марк Фин (2011). Справочник по технологии визуального отображения. Springer. С. 1056, 1067–1068. ISBN  978-3-540-79566-7.
  4. ^ https://patents.google.com/patent/DE19534075A1/en
  5. ^ (HB9RXQ), Эрнст Эрб. «DM 160, пробирка DM160; Röhre DM 160 ID19445, ИНДИКАТОР, в гене». www.radiomuseum.org.
  6. ^ Джозеф А. Кастеллано (редактор), Справочник по дисплейной технологии Издательство Gulf Professional Publishing, 1992 г. ISBN  0-12-163420-5 стр.9
  7. ^ Джозеф А. Кастеллано (редактор), Справочник по дисплейной технологии Издательство Gulf Professional Publishing, 1992 г. ISBN  0-12-163420-5 стр.176
  8. ^ "VFD ｜ Futaba Corporation". www.futaba.co.jp.
  9. ^ а б https://patents.google.com/patent/GB2416073A/en?q=cathode&assignee=Futaba+Corp&oq=Futaba+Corp+cathode
  10. ^ Джозеф А. Кастеллано (редактор), Справочник по дисплейной технологии, Gulf Professional Publishing, 1992 г. ISBN  0-12-163420-5 Глава 7 Вакуумные флуоресцентные дисплеи, стр. 163 и последующие
  11. ^ Elektrotechnik Tabellen Kommunikationselektronik (3-е изд.). Брауншвейг, Германия: Вестерманн. 1999. с. 110. ISBN  3142250379.
  12. ^ Уильям М. Йен, Шигео Шионоя, Хадзиме Ямамото (редакторы),Справочник по люминофору, CRC Press, 2007 г. ISBN  0-8493-3564-7 Глава 8
  13. ^ "Front Luminous VFD ｜ Futaba Corporation". www.futaba.co.jp.
  14. ^ «Би-планарный ЧРП ｜ Futaba Corporation». www.futaba.co.jp.
  15. ^ "Градация VFD ｜ Futaba Corporation". www.futaba.co.jp.
  16. ^ «Гибридный VFD ｜ Futaba Corporation». www.futaba.co.jp.
  17. ^ "VFD (вакуумный флуоресцентный дисплей) | Продукты | NORITAKE ITRON CORPORATION". www.noritake-itron.jp.
  18. ^ "Чип в стекле VFD (CIG VFD) ｜ Futaba Corporation". www.futaba.co.jp.
  19. ^ "Двухслойная фосфорная печать VFD Futaba Corporation". www.futaba.co.jp.
  20. ^ «Полно точечный матричный дисплей сверхвысокой яркости ｜ Futaba Corporation». www.futaba.co.jp.
  21. ^ "Чистый фон VFD ｜ Futaba Corporation". www.futaba.co.jp.
  22. ^ N9WOS (29 июля 2005 г.). "VFD как аудио / РЧ усилитель?". Форумы Electronics Point. Архивировано из оригинал 11 марта 2018 г.. Получено 11 марта 2018.
  23. ^ "H. P. Friedrichs," Vacuum Fluorescent Display Amplifiers For Primitive Radio "," eHam.net ", декабрь 2008 г., получено 8 февраля 2010 г.". Eham.net. Получено 2012-12-11.
  24. ^ "Des. Kostryca, '' A VFD Receiver (Triodes in Disguise) '', '' eHam.net '', январь 2009 г., получено 8 февраля 2010 г.". Eham.net. Получено 2012-12-11.
  25. ^ "Гитарный усилитель Vox MV50 AC". Получено 11 марта 2018.
  26. ^ "Усилитель для наушников Sangaku". Получено 11 марта 2018.
  27. ^ https://www.korg.com/us/news/2015/012212/

внешняя ссылка