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真空螢光顯示面板VFD(Vacuum Fluorescent Display)

Chen-Ching Ting(丁振卿)

Mechanical Engineering, National Taipei University of Technology(國立台北科技大學機械系)

Homepage: http://cct.me.ntut.edu.tw/E-mail: [email protected]

March 17, 2008

Chen-Ching Ting (丁振卿) Mechanical Engineering, National Taipei University of Technology (國立台北科技大學機械系) Homepage: http://cct.me.ntut.edu.tw/ E-mail: [email protected] ()真空螢光顯示面板VFD(Vacuum Fluorescent Display) March 17, 2008 1 / 10

課程大綱

1 數字顯示器

2 基本構造與原理正極-磷光體負極-細絲(電子束發射源)柵極-電子加速

3 螢光與磷光能階跳躍-雷射原理


參考文獻

Eugene Hecht, Optics, Addison Wesley Co., New York 2001.

影像顯示科技種子師資培育計劃課程講義，2005。

趙中興，顯示器原理與技術，ISBN=957-21-2724-1，全華科技圖書股份有限公司，1999。

趙中興，有機EL顯示面板的原理與技術，ISBN=957-21-4782-X，全華科技圖書股

份有限公司，2005。

卓聖鵬，發光型顯示器，ISBN=957-21-3836-7，全華科技圖書股份有限公司，2002。


數字顯示器

數字顯示器


數字顯示器

鎢燈絲顯示器

利用七條鎢燈絲排列進行數字顯示。


數字顯示器

鎢燈絲顯示器


電輝放電數字顯示器

數字顯示器


數字顯示器

電輝放電數字顯示器

電輝放電數字顯示器原理如同Sputtering，開始放電之電壓約180V，維持電壓約145V，比家庭用電約100V稍高；一般封入Ne及Ar混合氣體，發光顏色呈橙紅色，利用Ne及Ar混合氣體受電激發解離成Ne+及Ar+電漿氣體，帶正電的Ne+及Ar+離子將被負極吸引而撞擊在負極上，過程會放出所謂二次電子，負極在受帶正電的Ne+ 及Ar+離子的不斷撞擊下，將造成損耗而減短壽命，一般會填充Hg蒸汽，雖然亮度會減弱，但使用壽命卻能大大提升，超過十萬小時。


氣體放電數字顯示器

數字顯示器


多位數字顯示器

數字顯示器


VFD Display

數字顯示器


大型 VFD 顯示器

數字顯示器


基本構造

數字顯示器


基本構造與原理

基本構造與原理 I

VFD是用於小型顯示器(小於5”的尺寸)，提供其明亮的對比。VFD的優點包有較高的亮度，較寬的視角，較寬的操作溫度範圍，以及較低的成本。舉例來說，一般使用LED(Light Emit Diode)的顯示器可擁有較高的亮度，但是，大部份只用在顯示數字，並非是顯示字元。對於大部份使用背光源的TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)來說，它可以顯示所有的圖案，但是，它的對比及亮度，相對就比較低。以在數位、字元及圖案顯示上的完美效果來說，VFD相對於LED及TFT-LCD，是比較好的選擇。VFD三個基本電極所組成的，陰極(細絲)、陽極(磷光體)以及在高真空玻璃底下的極板所構成。陰極包括了鍍上鹼性氧化金屬(氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣)的鎢絲線來當射極。而極板是一層薄膜金屬網，用來控制及擴散陰極發射的電荷。陽極為一已經印刷有磷光體來顯示字元、圖像、及符號的導體電極，從陰極發射的電荷經由極板及陽極正電位的加速，碰撞上陽極的磷光體而激發出光，而這發光圖案的要求可藉由極板及陽極來控制正極或負極被達成。而操作的電壓可低於5VDC。以細絲為動力所產生的熱以及被極板網柵



基本構造與原理 II

和到達陽極的電荷所驅散及收集的發射熱電子，在陽極上，顯示圖案已被用來發光的磷光體印刷成型。VFD可以使用一個不同顏色的磷光體的數字，包括有藍色、綠色、淺綠色、檸檬色、琥珀色、橘子色、紅色。最受歡迎的顏色為藍-綠色，因為它含括了大範圍彩色濾光片的規格，形成了可提供顯示器色彩較大範圍的的選擇，以提高顯示面板及電子元件的顯像能力。也因此，藍-綠磷光體在相同的耗電量下，可擁有較高的亮度。


1. Glass Substrate (Anode Plate)2. Conductive Layer 3. Anode (Base) 4. Insulation Layer 5. Phosphor (Display Pattern) 6. Conductive Paste 7. Grid Mesh 8. Conductive Frit Glass 9. Filament (cathode) 10. Getter 11. Face Glass (Cover Glass) 12. Spacer Glass 13. Evacuation Tube 14. NESA (or ITO) coating 15. Lead Pin 16. Mold Resin 17. Solder 18. Frit Glass

基本構造



VFD Display 結構



Most popular method for the audio system and large-size VFDs.

AC Drive

Connection of AC Drive Potential of AC Drive



Mainly used for small-size VFDs driven by the car batteries. In this case, there are differences in the grid and anode voltages at the ends of the display pattern in the value of filament voltage, which requires correction of the filament structure. Therefore, DC drive is not available for large-size VFDs.

Connection of DC Drive Potential of DC Drive

DC Drive



Pulse Drive

Used for relatively small size VFDs which are driven by the car battery not by DC drive. When setting the filament voltage, use the instrument to measure the effective value to obtain the optimum filament temperature.



靜態驅動



多工驅動



重疊驅動



螢光與磷光



螢光 (Luminescence)

螢光﹐也稱冷光 (Luminescence)﹐為螢光材料在吸收能量後造成電子能階變動﹐低能階電子在被激發到高能階位置後﹐因不穩定而跳回較低能階位置時﹐釋放出來的能量的光。

E hν=常見的螢光物質就是日光燈中的螢光物，它們把日光燈中汞蒸氣發出的紫外光轉換成人的肉眼可看得到的可見光。通常是把中加入一些含錳(Ⅱ)和銻 (Ⅲ)的成份。

洗衣粉中常見的螢光增白劑則是吸收太陽光中的紫外線後會放出藍色光的物質。因為衣物通常會帶黃色，混入藍色後會使得衣服看起來較白。

3 4 3 1( ) x xCa PO F Cl−



螢光材料

➢硫化鋅 (ZnS) 中混入銀 (Ag) 和銅 (Cu) 等物質便是一種螢光物質。➢硫的氧化物 (ZnO:Zn) 為藍綠色螢光物質。



VFD 螢光色度坐標



磷光 (Phosphorescence)

有些物質在移走光源的情形下還可以自行發光一段時間，此類物質稱為磷光物質。換句話說，螢光物質一定要有其它光源照射才會發光，磷光物質發光時則不必一直用光源照射。

夜光書內的物體會發光就是裡面混入了磷光物質，所以即使在暗處也會發光。另外像腳踏車上所貼的反光紙，裡面則是螢光物質，因為只有被車燈照著時，才會發光。



低速電子線激發螢光體注意事項



雷射原理



LaserLaser乃 Coherent Light 的產生器，為分子、原子及電子能階跳動時所釋放出的光子波動，此光子波動藉由兩平行面鏡所組成的共振器而釋放出 Coherent Light 。

一般有三種方式﹕2.Stimulated Absorption( 激發吸收 )3.Spontaneous Emission( 自然放射 )4.Stimulated Emission ( 激發放射 )



Stimulated Absorption基本構造與原理


Spontaneous Emission基本構造與原理


Stimulated Emission



雷射架構



1、吸收過程：

2、自發輻射過程：

3、受激輻射過程：

能階跳躍放光

12 EEh −=ν

12 EEh −=ν

12 EEh −=ν

激發態E2

E3

E4

νhνh

基態E1

激發態E2

E3

E4

νhνh

基態E1

激發態E2

E3

E4

激發態E2

E3

E4

νhνhνhνh

基態E1基態E1基態E1

νhνh

E1

E2

E1

E2νh

νhνhνh

νhνh



雷射產生

粒子數反轉﹕

E1

E2

粒子數反轉

產生雷射光的必要條件：實現粒子數反轉。



工作物質工作物質工作物質

全反射鏡部分反射鏡

共振腔長度： ),3,2,1(2

== nnL λ共振腔長度： ),3,2,1(

2== nnL λ

共振腔的作用：

（1）維持光振蕩，產生光放大作用。

（2）使雷射光產生極好的方向性。

（3）使雷射光的單色性好。

光學共振腔



螢光與磷光能階跳躍-雷射原理

結結結論論論


螢光與磷光能階跳躍-雷射原理

結論

VFD顯示器的概念為數位化的CRT，透過每一亮點都有特定電極釋放電子來激發的概念完成，也就是場發射顯示器(FED)的概念，缺點為解析度較差，優點則可透過多塊組合的方式製成大面板，技術開發層級較FED略低。


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