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。

1.VFD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。

VFD原理

2.VFD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。

VFD结构

3.VFD的特点

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。

VFD的特点

4.VFD应用领域

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。
5)应用及发展趋势。主要是高亮度、低能耗、低成本、小体积和小型多色化。

VFD应用领域