真空熒光顯示器

2009.8.5VFD的特點(diǎn)：自發(fā)光，體積小，顯示清晰，亮度高容易實(shí)現(xiàn)多色顯示，色彩艷麗(可有綠、紅、黃和藍(lán)多色)、視角寬，顯示圖案靈活，圖形設(shè)計(jì)自由度大具有低壓驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)速度快、易與集成電路配套，功耗小、壽命長(zhǎng)，可靠性高（環(huán)境適應(yīng)性好）有高亮度的綠色VFD和藍(lán)綠色發(fā)光的單色VFD。平板多位管的產(chǎn)生，增加了形狀、顯示圖形的自由度、發(fā)光色的品種，應(yīng)用范圍得到拓寬。第1頁(yè)/共53頁(yè)第一頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5VFD產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域：教學(xué)儀器汽車VFD面板（時(shí)鐘、儀表盤）家電VFD面板（空調(diào)器）音響、VTR--VideoTapeRecorder磁帶錄像機(jī)

、視頻VFD面板（影碟機(jī)、音響的功率放大器）事務(wù)機(jī)用VFD面板（收款機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備）

工業(yè)儀器儀表、計(jì)量?jī)x器用VFD面板通信設(shè)備用VFD面板用來(lái)顯示數(shù)字信息如溫度，字符信息如：名稱和一些標(biāo)記指示信息。第2頁(yè)/共53頁(yè)第二頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5VFD的發(fā)展簡(jiǎn)況1967年日本最早制作了熒光數(shù)碼管。經(jīng)過(guò)了三大階段：先開(kāi)發(fā)的是只有一位的圓型真空管顯示的單管VFD，可應(yīng)于計(jì)算器的數(shù)字顯示和符號(hào)的顯示，多位顯示時(shí)要將多個(gè)單管排列，會(huì)使設(shè)備體積增大。當(dāng)在PC機(jī)鍵盤的固定位置上使用多位單管顯示時(shí)，要增加許多電極焊接引線，且要按單管亮度來(lái)分類使用，較為復(fù)雜。單管VFD圖：第3頁(yè)/共53頁(yè)第三頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.51972年使用圓型真空玻璃管，開(kāi)發(fā)了顯示6-13位的圓型多位管，這是VFD第二代產(chǎn)品，圓型多位管方便。圓型多位管與PC機(jī)鍵盤連接示意圖a，不需要每一位的VFD引出線，也不需要亮度分類使用。單管、多位管都是在陶瓷基板上安裝電極引線，成本太貴。1974年VFD實(shí)現(xiàn)了平板多位顯示，即第三代產(chǎn)品，圖b是在玻璃基板上用厚膜印制和薄膜技術(shù)的混合制作各主要電極，然后用玻璃進(jìn)行密封構(gòu)成真空腔，它在形狀上有一定的自由度，且還能派生許多顯示圖形。又實(shí)現(xiàn)了大面積、高亮度顯示及字符和圖形顯示和電視圖象顯示。

第4頁(yè)/共53頁(yè)第四頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5由三個(gè)基本電極組成的：陰極（燈絲），陽(yáng)極（熒光粉）和柵極（光刻法制造）。這三個(gè)電極被封在高真空環(huán)境的玻璃管子里構(gòu)成了VFD顯示器。陰極燈絲是由覆蓋有堿土金屬氧化物粉末的極細(xì)鎢絲。柵極是由金屬柵網(wǎng)薄膜制成的，起到控制和分散陽(yáng)極發(fā)射的電子的作用。陽(yáng)極是導(dǎo)電極，用熒光粉印刷出圖樣。

8.2VFD的結(jié)構(gòu)第5頁(yè)/共53頁(yè)第五頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.51.GlassSubstrate(AnodePlate)玻璃基板（陽(yáng)極板），2.ConductiveLayer導(dǎo)電層，3.Anode(Base)陽(yáng)極（基極），

4.InsulationLayer絕緣層，5.phosphor(DisplayPattern)，6.ConductivePaste導(dǎo)電膠，7.GridMesh柵極網(wǎng)孔，

8.ConductiveFritGlass導(dǎo)電玻璃，9.Filament(cathode)燈絲（陰極），10.Getter（吸氣劑），11.FaceGlass(CoverGlass)玻璃面板，12.SpacerGlass間隔用玻璃，13.EvacuationTube排氣管14.NESA(orITO)coating導(dǎo)電膜，15.LeadPin引腳，16.MoldResin填充樹(shù)脂，17.Solder焊料，18.FritGlassBasicVFDStructure第6頁(yè)/共53頁(yè)第六頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5

VFD顯示器左右兩邊的寬引腳是連接燈絲的。燈絲的電壓大約2～3v，電流在100mA左右。有11個(gè)柵網(wǎng)。每一個(gè)柵網(wǎng)都有一個(gè)從玻璃基片引出的引腳。另外9個(gè)引腳是用來(lái)連接顯示器的段節(jié)的。第7頁(yè)/共53頁(yè)第七頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5VFD顯示器---是點(diǎn)陣式的，能夠顯示中文。現(xiàn)在部分地鐵二號(hào)線入口刷卡處的顯示器正是一種雙列的點(diǎn)陣顯示器，其他使用的地方還有，超市收銀機(jī)的顯示器等等。第8頁(yè)/共53頁(yè)第八頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5平板多位管VFD的剖面結(jié)構(gòu)：如圖。將陰極燈絲、柵極板、涂敷了熒光粉的陽(yáng)極封入真空容器內(nèi)由上下兩塊平板玻璃(面玻璃內(nèi)側(cè)涂有導(dǎo)電膜)，四周用玻璃粉進(jìn)行密封，并留有一個(gè)排氣管部分的真空腔。1-玻璃基板2-玻璃粉（密封）

3-面玻璃(內(nèi)側(cè)涂有導(dǎo)電膜6)4-網(wǎng)狀柵極5-直熱式陰極燈絲7-導(dǎo)電膠8-排氣管9-樹(shù)脂膜10-引線端子11-布線端子(引出管外)12-熒光粉層13-陽(yáng)極14-布線(厚膜印刷)15-絕緣層第9頁(yè)/共53頁(yè)第九頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5第10頁(yè)/共53頁(yè)第十頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5平板多位VFD----與真空三極管相似，是由玻璃基板、面玻璃(內(nèi)側(cè)涂有導(dǎo)電膜)、排氣管所構(gòu)成的真空容器，由發(fā)射電子的陰極、加速控制電子流的柵極、玻璃基板上印上電極和熒光粉的陽(yáng)極和玻蓋構(gòu)成。陰極---是一種絲狀直熱式氧化物陰極(統(tǒng)稱燈絲)柵極---網(wǎng)狀或絲狀，或蜂窩結(jié)構(gòu)陽(yáng)極---表面涂覆有發(fā)光粉的電極。為控制燈絲上(陰極)發(fā)射出的熱電子，管子的功率大部分消耗在加熱陰極燈絲上，使應(yīng)用受到了一定的限制。陰極燈絲在真空腔中的占空系數(shù)大小對(duì)用于發(fā)光空間有限制。最好使用更細(xì)的燈絲和改善表面蓋玻璃狀態(tài)。第11頁(yè)/共53頁(yè)第十一頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.51．陽(yáng)極玻璃基扳-----是VFD的重要部件之一，-----是由在玻璃板上電極布線、絕緣層、VFD的陽(yáng)極(筆劃電極)組成。陽(yáng)極：采用厚膜印制、或薄膜技術(shù)和厚膜印制混合方式在玻璃基板上制作大致顯示圖案，采用金屬鋁薄膜、石墨等導(dǎo)體。對(duì)于不太復(fù)雜的顯示圖形電極布線可采用厚膜印制技術(shù)制作反復(fù)厚膜印制和燒制，把絕緣層、陽(yáng)極電極層矗加在玻璃板上。導(dǎo)電材料是銀漿，絕緣材料用加有少量黑色素的低熔點(diǎn)玻璃粉。對(duì)于復(fù)雜的顯示圖形，在一定尺寸的玻璃板上進(jìn)行多層布線會(huì)造成制作成本高以及驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化，采用薄膜技術(shù)和厚膜印制混合方式制作陽(yáng)極玻璃基板。VFD的主要部件、材料第12頁(yè)/共53頁(yè)第十二頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.52．陰極

----燈絲是在不妨礙顯示的極細(xì)鎢絲蕊線上，其表面涂覆上堿土類金屬鋇（Ba）、鍶（Sr）、鈣（Ca）的三元碳酸鹽，再以適當(dāng)?shù)膹埩Π惭b在燈絲支架（固定端）與彈簧支架（可動(dòng)端）之間，在兩端加上規(guī)定的燈絲電壓，使陰極加熱碳酸鹽在真空狀態(tài)下加熱分解成氧化鋇、氧化鍶和氧化鈣，形成三元的堿土金屬氧化物陰極，構(gòu)成電子源。

BaCO3+SrCO3+CaCO3＝BaO+SrO+CaO+3CO2金屬氧化物粉末的功能：是要降低燈絲的最小電子溢出功，從而降低燈絲的溫度，提高壽命。第13頁(yè)/共53頁(yè)第十三頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.53．柵極

-----是在不妨礙顯示的原則下，將不銹鋼等的薄板予以光刻蝕（PHOTO-ETHING）后成型的金屬網(wǎng)格(MESH)

或?qū)⒉讳P鋼薄板加工成龜背紋形狀（正六邊形周期排列）或網(wǎng)格形狀的金屬網(wǎng)。柵極的透射率對(duì)VFD的電流分配、發(fā)光亮度、顯示品質(zhì)等都有影響。第14頁(yè)/共53頁(yè)第十四頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.54.熒光粉

--指在形成大致顯示圖案的石墨等導(dǎo)體上，依顯示圖案的形狀印刷熒光粉，早期的VFD大都是藍(lán)綠色發(fā)光的熒光管，熒光材料中只有ZnO：Zn熒光粉（電阻率在103-104Ω·cm）在低能電子束的轟擊下能夠發(fā)出藍(lán)綠色光，是目前最被廣為使用的熒光粉，發(fā)光色為綠色（峰值波長(zhǎng)505nm）因常規(guī)熒光粉材料的電阻率非常高在102-1012Ω·cm左右，為降低電阻率，在熒光粉中添加一定重量百分比的氧化鋇進(jìn)行導(dǎo)電處理，把電阻率下降到104-107Ω·cm。同一電壓下激勵(lì)這些熒光粉和ZnO．Zn熒光粉，其發(fā)光亮度只有ZnO．Zn亮度的15％～45％ZnO．Zn發(fā)光亮度高，但發(fā)光色是低純度。第15頁(yè)/共53頁(yè)第十五頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5

5．面玻璃----用平板玻璃進(jìn)行熱成形加工，或用帶有橫擋玻璃條和平板玻璃粘接組合成玻璃盒。用玻璃粉將面玻璃、玻璃基板、排氣管進(jìn)行密封成真空容器。在玻璃蓋內(nèi)表面形成透明導(dǎo)電膜（NESA），且接上燈絲電位或正電位形成靜電屏蔽層，以保持陰極電位與外部電場(chǎng)屏蔽，可防止因外部的靜電影響而降低顯示品質(zhì)。第16頁(yè)/共53頁(yè)第十六頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5

6.吸氣器---消氣劑（GETTER）---是真空電子管常用一種零部件，是維持真空的重要零件，能使真空管內(nèi)保持一定真空度而工作穩(wěn)定。在溝槽中填入了消氣劑（BaAl4和Ni粉末）并被粘接住，在排氣工程的最后階段，可利用高頻產(chǎn)生的渦流損耗對(duì)消氣劑加熱蒸發(fā)，在玻璃蓋的內(nèi)、側(cè)表面上形成鋇的蒸發(fā)膜，可進(jìn)一步吸收管內(nèi)的殘留氣體（GAS）。第17頁(yè)/共53頁(yè)第十七頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5用金屬支架來(lái)支撐并固定陰極燈絲，使燈絲具有一定的張力。用導(dǎo)電膠與玻璃基板上的陰極配線相粘接用有機(jī)溶劑將玻璃粉（有與玻璃基板以及面玻璃的膨脹系數(shù)相一致的低熔點(diǎn)）調(diào)和成膏狀固定接點(diǎn)（各種電極、引線端子），密封真空腔。用環(huán)氧樹(shù)脂固定和防潮保護(hù)第18頁(yè)/共53頁(yè)第十八頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5一、工作原理基本原理---是通過(guò)電極引線施加驅(qū)動(dòng)電壓使之工作，陰極發(fā)射的電子經(jīng)柵極和陽(yáng)極所加的正電壓而加速，并激勵(lì)涂覆于陽(yáng)極上的熒光粉而發(fā)光的，通過(guò)VFD上面的各個(gè)亮點(diǎn)的組合一起發(fā)亮來(lái)顯示字符，數(shù)字，特定的圖標(biāo)等等。首先在各個(gè)電極上施加額定電壓時(shí)，陰極燈絲加熱至650℃，則從陰極上釋放出熱電子?xùn)艠O位于陰極和陽(yáng)極之間，熱電子獲得加速并均勻地向陽(yáng)極方向擴(kuò)散，能否擴(kuò)散到陽(yáng)極決定于柵極電位相對(duì)于陰極是正電位還是負(fù)電位。由于熱電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，自陰極-柵極產(chǎn)生的柵極電流，使熱電子通過(guò)柵極而達(dá)到陽(yáng)極，從而激勵(lì)熒光粉發(fā)光而成為陽(yáng)極電流，必要條件是在陽(yáng)極上施加正向電壓。即柵極和陽(yáng)極同時(shí)施加正向電壓時(shí)才能產(chǎn)生發(fā)光顯示。8.3VFD工作原理和特性第19頁(yè)/共53頁(yè)第十九頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5原理圖：第20頁(yè)/共53頁(yè)第二十頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5陰極溢出的電子經(jīng)柵極和陰極的正向電場(chǎng)加速后沖向陰極打在有熒光粉的圖樣上產(chǎn)生光。柵極上加上正電壓，可加速并擴(kuò)散自燈絲所放射出來(lái)的電子，將之導(dǎo)向陽(yáng)極；相反地，如果加上負(fù)電壓，則能攔阻游向陽(yáng)極的電子，使陽(yáng)極消光。陽(yáng)極上加上正電壓后，因柵極的作用而加速、擴(kuò)散的電子將會(huì)互相沖擊而激發(fā)熒光粉，使之發(fā)光。通過(guò)調(diào)節(jié)柵極或陰極上的正負(fù)電壓就可以顯示不同的圖案。這個(gè)電壓可以低至10V直流電壓。

第21頁(yè)/共53頁(yè)第二十一頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5在柵極、陽(yáng)極象素點(diǎn)加負(fù)電壓時(shí),就不會(huì)產(chǎn)生發(fā)光顯示。偏置電動(dòng)勢(shì)EA通過(guò)柵極阻抗Rg及陽(yáng)極阻抗RP施加在柵極和陽(yáng)極上。因?yàn)閂FD真空三極管，施加的電壓和各個(gè)電極電流的關(guān)系在實(shí)用電壓范圍內(nèi)可用下式表示；Ik---陰極電流，K--電子管的導(dǎo)電系數(shù)（與電極結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù))；eb、ec為陽(yáng)極電勢(shì)和柵極電勢(shì)(一般同)；n---常數(shù)(對(duì)理想平板電極為3／2，而VFD為1.5～2.0)第22頁(yè)/共53頁(yè)第二十二頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5

ik是陽(yáng)極電流ib和柵極電流ic的和，其關(guān)系式如下：式中，d=ic/ib稱作電流分配率，是與電極的結(jié)構(gòu)有關(guān)的值，0.8—3。另一方面，ec、eb與亮度L之間關(guān)系為：

式中，η是熒光粉的發(fā)光效率，Dn是占空系數(shù)；K’＝K／(1十d)；一般L是（ec，eb）的2.5-3.0次方。第23頁(yè)/共53頁(yè)第二十三頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5二、VFD的特性具有類似真空三極管的各種特性，如下：

1，陰極上升特性在VFD的陰極上加熱升至一定溫度后，陰極上將會(huì)釋放出熱電子。為了能夠充分地輻射熱電子，對(duì)陰極的加熱溫度要求要適當(dāng)。隨著陰極燈絲電壓Uf的上升，燈絲電流Jf，發(fā)光亮度L、陽(yáng)極電流jb和柵極電流ic都將上升。其中亮度L、jb、ic對(duì)于燈絲Uf的上升會(huì)反映出飽和特性，而If隨Uf上升不會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象。另外．陰極燈絲溫度Tf隨燈絲Uf上升而上升。當(dāng)Uf低于飽和的電壓時(shí)隨著電源電壓上升熒光顯示管的發(fā)光亮度L的變化比jb、ic上升速率大。但它的顯示品質(zhì)有所下降。如果Uf過(guò)高，則發(fā)光亮度L不再增加，而功耗增加，燈絲溫度也增高，從而影響到VFD的壽命。因此，設(shè)定Uf的大小應(yīng)盡量選擇比飽和區(qū)域略低的電壓值。第24頁(yè)/共53頁(yè)第二十四頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.52．電壓特性影響發(fā)光亮度的主要因素是陽(yáng)極電勢(shì)eb和柵極電勢(shì)ec。因此選擇適當(dāng)電壓值，就能夠獲得良好的驅(qū)動(dòng)效率。如圖。陽(yáng)極電勢(shì)eb和柵極電勢(shì)ec使用同一電壓位(對(duì)于點(diǎn)陣的VFD除外)。在實(shí)用電壓范圍內(nèi)，隨著ec，eb上升發(fā)光亮度L、陽(yáng)極電流和柵極電流也上升，不出現(xiàn)飽和特性。因此．陰極電流也隨之增加。當(dāng)ec，eb過(guò)高時(shí)，超過(guò)了陰極的熱電子輻射的極限，會(huì)使陰極損傷而縮短壽命。因此，為了獲得高亮度，應(yīng)給予ec，eb合理的設(shè)定。第25頁(yè)/共53頁(yè)第二十五頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5

3．占空系數(shù)Dn和亮度L在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)VFD中決定發(fā)光亮度和顯示品質(zhì)的重要條件是脈沖電壓的占空系數(shù)，這是除了VFD的位數(shù)和熒光粉上脈沖電壓上升、下降特性影響之外，根據(jù)熄滅時(shí)間所決定的一個(gè)系數(shù)。式中tp為脈沖寬度，T為脈沖周期。4．關(guān)斷特性在實(shí)際使用過(guò)程中，有發(fā)光顯示的位及陽(yáng)極段電極、不發(fā)光顯示的位及陽(yáng)極段電極。在不發(fā)光顯示的位及陽(yáng)極段電極上，施加脈沖電壓時(shí)，其柵極關(guān)斷特性和陽(yáng)極關(guān)斷特性。第26頁(yè)/共53頁(yè)第二十六頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5三、VFD的驅(qū)動(dòng)條件在驅(qū)動(dòng)條件中陰極加熱方式和柵極掃描頻率：

1．陰極加熱方式在陰極上施加Uf，對(duì)陰極加熱使其溫度上升到規(guī)定的值(約650℃)。有直流和交流的方脈沖電壓兩種加熱方式，所施加的交流電壓值為有效值。

(1)直流加熱方式使用直流電壓加熱陰極的原理如圖。各電極之間的電位關(guān)系不同。陽(yáng)極Ub和柵極Uc，在陰極燈絲A、B兩端施加Uf作用，使B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，A、B與陽(yáng)極、柵極間產(chǎn)生的電位差不相等，導(dǎo)致發(fā)光亮度的不均勻。發(fā)光亮度與陽(yáng)極Ub和柵極Uc成2.5—3次方的關(guān)系。所以在陰極兩端上發(fā)生了較大的亮度差。第27頁(yè)/共53頁(yè)第二十七頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5進(jìn)一步說(shuō)明如下：設(shè)由陰極和柵極之間形成真空二極管，從陰極上發(fā)射出的電流ie和電極間間隔d的關(guān)系為

式中．ie是ik，K是與電極結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；n是系數(shù)，其值為3／2。與陰極和柵極間隔d的平方成反比例。第28頁(yè)/共53頁(yè)第二十八頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5(2)交流加熱方式VFD一般多采用交流加熱方式。圖a中燈絲變壓器帶中心抽頭接地時(shí)，在陰極上的位置從A到E各點(diǎn)的電位隨時(shí)間而變化的波形不同。因此，在各自的位置上陽(yáng)極電位Ub和柵極電位Uc都有相應(yīng)的變化，亮度也必然有變化。但亮度的變化用眼睛看不出來(lái)。用點(diǎn)劃線表示的燈絲變壓器一端接地，陰極電位隨時(shí)間的變化波形如圖b。它和直流加熱方式一樣，有明顯的亮度差沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。第29頁(yè)/共53頁(yè)第二十九頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5交流加熱時(shí)，陰極加熱電源頻率和柵極掃描頻率發(fā)生拍差時(shí)，會(huì)引起陰極振動(dòng)，產(chǎn)生發(fā)光顯示閃爍，應(yīng)當(dāng)注意。

(3)高頻加熱使用DC／DC變壓器時(shí)，電源頻率為20kHz，這個(gè)頻率和柵極掃描頻率100-1000Hz相差頗大，不會(huì)產(chǎn)生拍差，故能夠防止陰極振動(dòng)而產(chǎn)生的亮度閃爍。脈沖加熱陰極時(shí)，同樣也使用燈絲電源變壓器一端接地。第30頁(yè)/共53頁(yè)第三十頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.52．柵極掃描頻率各種原因產(chǎn)生的顯示閃爍會(huì)影響到顯示色品質(zhì)，由于陰極振動(dòng)產(chǎn)生陰極和柵極間的間隔變化，使發(fā)光亮度隨時(shí)間而發(fā)生變化之故。陰極燈絲使用極細(xì)的純金屬鎢絲，燈絲的粗細(xì)決定了抗拉強(qiáng)度，用彈簧材料的固定器固定，并給予適當(dāng)?shù)膹埩?，燈絲和柵極之間間隔由金屬支架調(diào)節(jié)確定。因此，陰極燈絲是一種兩端固定的弦，通過(guò)外力作用將產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)的固有頻率下式：式中，l是陰極長(zhǎng)度；T為陰極的張力；σ是陰極單位長(zhǎng)度上的質(zhì)量。為了提高頻率，有必要使陰極長(zhǎng)度l和σ盡量小些，張力T增大些。σ和T在設(shè)計(jì)上有一定的比例，因此只有把陰極長(zhǎng)度取短些，一般在陰極的中部配置中間支架，使陰極長(zhǎng)度實(shí)際上成為1／2。

第31頁(yè)/共53頁(yè)第三十一頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5它的振動(dòng)振幅a為：式中，A為常數(shù)，它是由VFD上受力大小與陰極的質(zhì)量所決定的常數(shù)。陰極振動(dòng)的固有頻率大時(shí)，振幅就會(huì)小。頻率增加2倍使振幅大幅度地減小。陰極的振動(dòng)不僅只通過(guò)外力作用而產(chǎn)生，還有各種各樣的原因而引起，其中主要的一種是由于陰極加熱的電源頻率fF和柵極掃描頻率fG之間的頻率拍差。當(dāng)fF和fG間滿足下式關(guān)系時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生頻率拍差：

or(單位Hz，n＝2，3，4，…)一般fF最低值為90或80Hz，為了安全起見(jiàn)使用110Hz以上的電源頻率。另外，如果附加一個(gè)電路把fF調(diào)節(jié)在±50Hz，使fG成為fF的整數(shù)分之一，即使發(fā)生了閃爍，則通過(guò)調(diào)整這個(gè)電路也能消除。第32頁(yè)/共53頁(yè)第三十二頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5影響VFD顯示效果的基本要素1、燈絲（陰極）構(gòu)成燈絲是在不妨礙顯示的極細(xì)鎢絲蕊線上，涂覆上鋇（Ba）、鍶（Sr）、鈣（Ca）的氧化物（三元碳酸鹽），再以適當(dāng)?shù)膹埩Π惭b在兩彈簧支架（可動(dòng)端）之間，在兩端加上規(guī)定的燈絲電壓，使陰極溫度達(dá)到650℃左右而放射熱電子。2、空間電荷效應(yīng)VFD的工作原理是以燈絲為陰極，以圖案端為陽(yáng)極構(gòu)成的空間在真空中放電、得電。右圖為二極管的工作原理。Ⅰ：初速度電流領(lǐng)域Ⅱ：空間電荷限制領(lǐng)域Ⅲ：溫度限制領(lǐng)域第33頁(yè)/共53頁(yè)第三十三頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5從負(fù)極放出的電子流向正極，加在陽(yáng)極上的電壓越大，從負(fù)極跑出來(lái)的電子速度就越快，電子布滿整個(gè)陰極和陽(yáng)極的空間，電子又不斷的跑入陽(yáng)極，從而保持平衡。這一現(xiàn)象叫做空間電荷效應(yīng)。圖中的Ⅰ區(qū)，因陽(yáng)極沒(méi)有電壓，故陰極與陽(yáng)極間沒(méi)有形成電場(chǎng)，故陽(yáng)極沒(méi)有電流。圖中的Ⅱ區(qū)為空間電荷限制區(qū)域，這時(shí)的電流遵循如下公式：

Ib=GVb3/2Ib----陽(yáng)極電流；Vb----陽(yáng)極電壓；G---電子管導(dǎo)電參數(shù)，由電極的面積決定。第34頁(yè)/共53頁(yè)第三十四頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5圖中的Ⅲ區(qū)為溫度限制區(qū)域，由陰極材料、陰極溫度和電極面積決定陽(yáng)極電流與陽(yáng)極電壓無(wú)關(guān)，這個(gè)電流叫飽和電流。這時(shí)的電流遵循如下公式：

Is=SAT5/4e(-eΦ/KT)Is----飽和陽(yáng)極電流；S---陰極電子放出面積；A---熱電子放出定值；T----陰極溫度；Φ----工作函數(shù)[eV]；K----1.38X10-23J/K)；如果Is較小---→空間電荷限制區(qū)域較窄---→燈絲的低電壓導(dǎo)致溫度不高---→陽(yáng)極電流減少---→造成電子放出不穩(wěn)定---→產(chǎn)品亮度偏低或亮度不勻通常把陰極電壓設(shè)定在讓燈絲溫度達(dá)到650℃左右，溫度過(guò)低，燈絲粉層的蒸發(fā)速度會(huì)變慢，殘留的氣體回污染內(nèi)部使放電能力下降。工作溫度過(guò)高，蒸發(fā)過(guò)于激烈使產(chǎn)品壽命變短。以上從VFD工作原理中空間電荷效應(yīng)的角度來(lái)介紹燈絲電壓（影響燈絲溫度）及陽(yáng)極電壓對(duì)電子流量的影響，從而決定著VFD的發(fā)光效果。第35頁(yè)/共53頁(yè)第三十五頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5VFD控制原理如下：首先，將第一個(gè)柵網(wǎng)置＋14v，其余的置0v，再將需要點(diǎn)亮的段置＋14v，需要的圖樣就點(diǎn)亮了。然后將第一個(gè)柵網(wǎng)置0v，將第二個(gè)柵網(wǎng)置＋14v，其余置0v，再將要點(diǎn)亮的段置＋14v。這種掃描將持續(xù)到最后一個(gè)柵網(wǎng)被激活，然后進(jìn)行循環(huán)的掃描，由于掃描時(shí)間很短，所以不會(huì)看到每次只點(diǎn)亮顯示器的一段，而是看到閃爍活動(dòng)的圖案。

如果要檢測(cè)VFD，只要將3v（額定的燈絲電壓）加到燈絲上，然后將＋14v加到柵極上，負(fù)極接到燈絲上。再將＋14v加到段的引腳上（不能碰到燈絲的引腳，否則會(huì)燒掉），就能將整個(gè)顯示器點(diǎn)亮。在工廠里面檢測(cè)的辦法是，用兩個(gè)加上3v電壓的夾子夾住燈絲引腳，再用一個(gè)加上電壓的梳子狀引腳板去接觸引腳，將整個(gè)管子點(diǎn)亮。檢測(cè)的次品問(wèn)題有：是否發(fā)生暗、發(fā)光不均勻、黑點(diǎn)、斷絲等等。第36頁(yè)/共53頁(yè)第三十六頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.53、燈絲驅(qū)動(dòng)方式交流驅(qū)動(dòng)，中心抽頭,普遍作為被音響和大型VFD的驅(qū)動(dòng)方式

交流驅(qū)動(dòng)，單側(cè)接地第37頁(yè)/共53頁(yè)第三十七頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5直流驅(qū)動(dòng)通常用于小型VFD，比如由汽車電池作為電源車用音響VFD等。柵極和陽(yáng)極的電壓會(huì)因?yàn)閳D案末端對(duì)應(yīng)的燈絲電壓的不同而變得不同，所以就需要對(duì)燈絲的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，因而直流驅(qū)動(dòng)并不適用于大型VFD。第38頁(yè)/共53頁(yè)第三十八頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5直流驅(qū)動(dòng)，單側(cè)接地以上幾種燈絲驅(qū)動(dòng)方案中，可以看到采用交流中心抽頭的驅(qū)動(dòng)方式使燈絲兩端的電位振幅較小，有效的陽(yáng)極電位變化也小，從而保證了VFD顯示亮度的均勻性。故，將此方式推薦為VFD燈絲驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)方式！第39頁(yè)/共53頁(yè)第三十九頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.54、燈絲電壓對(duì)亮度的影響第40頁(yè)/共53頁(yè)第四十頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.55、亮度調(diào)整a)燈絲電壓的調(diào)整b)陽(yáng)、柵電壓的調(diào)整c)截止電壓的調(diào)整d)脈沖的調(diào)整第41頁(yè)/共53頁(yè)第四十一頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.58.4VFD分類及驅(qū)動(dòng)VFD種類繁多，根據(jù)結(jié)構(gòu)一般可分為2極管和3極管兩種；最被廣泛應(yīng)用的是3極管。根據(jù)顯示內(nèi)容可分為：數(shù)字顯示、字符顯示、圖案顯示、點(diǎn)陣顯示；根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式可分為：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（直流）和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)（脈沖）。熒光顯示管的驅(qū)動(dòng)方式

VFD的基本驅(qū)動(dòng)方式有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。不同結(jié)構(gòu)的VFD使用不同的驅(qū)動(dòng)方式。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的矩陣驅(qū)動(dòng)VFD已進(jìn)入實(shí)用。一、靜態(tài)驅(qū)動(dòng)如圖。柵極使用各個(gè)位數(shù)的公共電極并施加額定直流電壓，陽(yáng)極的各個(gè)段用獨(dú)立的引線端子。因此，給陽(yáng)極段電極施加信號(hào)電壓時(shí)就能選擇不同的位顯示和圖形顯示。適用于位數(shù)少的顯示，因?yàn)槲粩?shù)增多時(shí)陽(yáng)極段的引線端子就急劇增加。第42頁(yè)/共53頁(yè)第四十二頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路如圖，周邊電路簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電壓為10-15VDC，各個(gè)位數(shù)上具有陽(yáng)極段的選擇電路。多使用于車載用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)顯示。第43頁(yè)/共53頁(yè)第四十三頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5二、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)使用于位數(shù)較多的VFD。如圖，位于各個(gè)位數(shù)的相同位置上的陽(yáng)極段電極與管內(nèi)相連接，接在公共通用的接線端子上。因此，段電極引線端子的個(gè)數(shù)與位數(shù)無(wú)關(guān)，只需要用一位數(shù)的段電極數(shù)目，柵極按位數(shù)分別引出接線端子即可。圖為動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路示例。該電路是由一個(gè)與位數(shù)無(wú)關(guān)的段電極選通電路和柵極掃描電路所組成。進(jìn)行驅(qū)動(dòng)顯示時(shí)，將選通的陽(yáng)極段信號(hào)與位信號(hào)(柵極掃描信號(hào))產(chǎn)生同步，從而實(shí)現(xiàn)選通段的數(shù)字顯示。第44頁(yè)/共53頁(yè)第四十四頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.5三、有源矩陣驅(qū)動(dòng)隨著象素密度和象素?cái)?shù)的增加，驅(qū)動(dòng)電壓將高壓化，使包括周邊電路在內(nèi)的成本提高，成為不容易解決的問(wèn)題。1970年以來(lái)，開(kāi)始研究有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式。1、基本工作原理

VFD的各個(gè)象素點(diǎn)是在MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上涂敷了熒光粉層所構(gòu)成，在整個(gè)象素點(diǎn)的公共面陰極上釋放出熱電子，熱電子通過(guò)柵極后獲得加速而激勵(lì)熒光粉發(fā)光。

2、有源矩陣驅(qū)動(dòng)VFD的特點(diǎn)：

1)低電壓(＜15V)，高發(fā)光效率(7-81m／w)。

2)它是利用低能電子束激勵(lì)而發(fā)光，可以直接使用Si-LSI芯片。因此，在各象素上有可能附加存儲(chǔ)電路，以消除由于占空因素的驅(qū)動(dòng)高壓化和亮度下降等問(wèn)題。

3)結(jié)構(gòu)上，單晶芯片面積可做得很小，并可使用多個(gè)小面積芯片，可望降低顯示管的成本。

4)芯片處于高真空中，不易受環(huán)境影響而具有高可靠性。

5)附有內(nèi)藏驅(qū)動(dòng)電路，可簡(jiǎn)化周邊電路，使整個(gè)系統(tǒng)小型化。第45頁(yè)/共53頁(yè)第四十五頁(yè)，共54頁(yè)。2009.8.58.5VFD的種類和應(yīng)用

VFD從7段、8段數(shù)字顯示、符號(hào)顯示，14段、16段的英文和各種符號(hào)顯示。5×7、5×12個(gè)象素的英文和漢字及各種符號(hào)顯示。通過(guò)增加顯示的位和行數(shù)到顯示接近A4整頁(yè)紙的顯示，顯示面積不斷增加。用矩陣顯示屏實(shí)現(xiàn)了英文、漢字等顯示及圖形圖象顯示。一、段顯示

7段顯示(SG；Segument)。它是根據(jù)一定圖形的數(shù)字和簡(jiǎn)單的符號(hào)進(jìn)行顯示，像計(jì)算器、ECR、電子秤、手表等各種儀表設(shè)備。對(duì)于7段顯示，在滿足現(xiàn)有發(fā)光亮度的基礎(chǔ)上降低工作電壓和減少功耗。平均每一位數(shù)的消耗功率Pr:

式中，PF、PB、PC是陰極、陽(yáng)極、柵極的消耗功率。n為顯示的位數(shù)。

14段的SG顯示。如果把14段顯示的上下分割成兩部分，就可以成為16段圖形顯示。不但可以顯示英文大寫以及各種符號(hào)，還可顯示不同形狀的數(shù)字和文字等。16段SG顯示可應(yīng)用于各種儀器、儀表裝置上。如拉丁字母的學(xué)習(xí)機(jī)，使用電話線路的聾啞人對(duì)話機(jī)等。第