专利名称：真空荧光显示器亮度特性的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种亮度特性的计算方法，特别涉及一种真空荧光显示器亮 度特性的确定方法。
背景技术：
真空荧光显示器(Vacuum Fluorescent Display,简称VFD)是信息显示学 会SID (Society for Information Display)、汽车工程师协会SAE (Society of Automotive Engineers)专门规定的术语，是一种从真空管发展而来的真空显 示器件。它利用阳极上荧光粉受电子轰击而发光，是一种自身发光的显示器 件，具有体积小、视角广、亮度高、寿命长、温度适应范围宽、易做成多色 彩显示；驱动电压低、易与半导体集成电路匹配、可靠性高等特点，因此， 在家电、电子衡器、仪器仪表、通信器材、OA等领域得到了广泛的应用。
在设计VFD之初，设计人员要根据客户要求的亮度来确定电极之间的距 离和阳、栅极电压。因此，亮度特性的计算模型对开发高亮度、低电压的显 示器，如汽车屏亮度，具有很强的指导意义，而且，可以提高新品开发的成 功率、縮短开发时间，并为VFD结构优化设计提供理论依据和设计规范。
发明内容
本发明是针对现有国内缺乏真空荧光显示器亮度特性计算经验公式问题， 提出了一种真空荧光显示器亮度特性的确定方法，给出了确定灯丝发射电流 A(m^)、阳极电流A(m^)、栅极电流/,(w力、平均电流密度U^/^2)、亮度
丄(d/W)以及发光效率;7(/m/『)的计算经验公式，提高新品开发的成功率、縮短 开发时间，并为VFD结构优化设计提供理论依据和设计规范。
本发明的技术方案为 一种真空荧光显示器亮度特性的确定方法，包括如 下步骤-
1) 通过实验测得亮度"^/m2)、阳极电压^(r)、阳极电流/JW)、发光面积 &0^"后，带入;^i5.04x^^^^^发光效率公式进行计算，可得
发光效率，其中&(w附2)为阳极面积、《g(w附)为阴极到栅极的距离；
2) 根据公式Q =2.09xl0-4 x《g°25 x(Sg +1.34&)和c/ = 0.29+ 0.28lSg /Sa分别求得灯 丝发射电流系数G和电流分配系数"；其中&(mm2)为栅极面积；
3 )分别根据公式f和/A -」 求得灯丝发射电流/t(w」)值和阳极电流
《 l + J
A (w力值；栅极电流/￡ =/rA;
4 )根据公式J。乂"么,，+0.05(l + A)求得灯丝的平均电流密度
U^/cm2)，其中W为灯丝的根数、"C(;/"0为涂覆层外径、K(;^)为栅网宽度、 化为占空比，平均电流密度乙静态不超过80^/cw2，动态不超过40W/cm2，若 超过规定值则灯丝的根数就不够；
5)根据公式"，o-2,7《75,。(1.34,求得真空荧光显示器的亮度
& (1.29 +0.281Z))
本发明的有益效果在于本发明的真空荧光显示器亮度特性的确定方法， 对设计人员开发高亮度、低电压的显示器，如汽车屏亮度，具有很强的指导 意义，而且，可以提高新品开发的成功率、縮短开发时间，并为VFD结构优
化设计提供理论依据和设计规范。
具体实施例方式
一、 阴极灯丝加热特性
VFD是利用热电子发射工作的，当灯丝工作温度较低时，发射电流与灯 丝温度间为指数关系，称为工作与温度限制区，发射电流很难保持稳定。当 灯丝工作温度较高时，阴极电流与灯丝温度无关，只取决于栅极和阳极电压， 当栅压A和阳压A相等时，阴极电流随栅压的3/2次方上升，称这种状态为空
间电荷限制区。为了使发射电流稳定，总是使阴极工作温度稍高于温度限制 区的温度。但是过高也不好，会降低阴极寿命。
二、 伏安特性
灯丝发射电流分为栅极电流人(m^)和阳极电流A(w力两部分，令 A〃6="，则阳、栅极电流可表示为
式中c/称为电流分配系数。
由平板三极管定律可知，当^=&时，灯丝发射电流A(/^)与阳极电压 A(F)存在如下关系
A々g (2)
式中G(WD^2/r)是与阴极的表面积及质量有关，决定于电极结构的常数； 《表示灯丝一栅极间的距离，是影响电气特性的最大的因素， 一般《设计得 小时必须增加灯丝的根数，这将导致消耗功率就要增加；"=1.5~2.0，其理论 值为"=1.5，实验值为《 = 1.7。
灯丝发射电流/J^)、阳极电流/J^)、栅极电流4(^)可应用以下经过
大量试验后得出的经验公式进行修正<formula>complex formula see original document page 6</formula>
(5) 分别对比式(2)和式(3)、式(1)和式(4)，可以确定灯丝发射电流人 的常数G、以及电流分配系数J的关系式
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
三、 灯丝的平均电流密度 灯丝的平均电流密度U^/^2)与灯丝的根数W、涂覆层外径"C(戶)、栅
网面积&(mw2)、栅网宽度^(mw)(注表示和灯丝垂直方向的栅网长度)以
及灯丝发射电流密度AO^)有关，即为<formula>complex formula see original document page 6</formula> (8)
式中A是占空比，若为静态时，化=1。需要说明的是可以根据式(8)计 算出的平均电流密度4。判断灯丝根数的设计是否合理， 一般情况下，静态不 超过80附^/cw2 (J腾《80附j/cw2)，动态不超过40附^/cm2 ( J腾S40附^/ctw2 )，若超过
规定值则灯丝的根数就不够。
四、 VFD的亮度
VFD的亮度丄(0//附2)与阳极电压4(「)、阳极电流^0^)、发光效率/7(/w/『)、
发光面积& ( ^2)及占空比A之间的关系为
<formula>complex formula see original document page 6</formula> (9)式中3.183xl02是与单位换算有关的常数。
由式(4)和(9)便可得到VFD的亮度与阳极电压、占空比、发光效率
以及结构参数之间的关系
<formula>complex formula see original document page 7</formula>式中D=Sg/Sa。
一般情况下，当提高灯丝的加热功率时亮度会提高L25 1.5倍。高亮度 的获得应该归结于荧光粉性能的改善，使用薄膜改善散热性，显示器件制造 技术的改进等。
这里需要说明的是灯丝发射电流八约与阳、栅极电压的1.7次方成比例， 亮度约与阳、栅极电压的2.7次方成比例；同样，阳极与栅极的功率消耗约与
阳、栅极电压的2.7次方成比例。栅极过负荷会引起热变形，极端时会发生与 其它电极的短路；阳极温度过高，特性也会变差；因此，必须将灯丝的热电 子发射能力限制在最大额定值的容许范围内使用，这是非常重要的。 五、发光效率
汽车所有的电气系统几乎采用12V的蓄电池来驱动的，因此要求显示系 统也能用蓄电池直接驱动，此外还要求消耗功率要低。近年来，彩色荧光粉 的发光效率惊人地提高，除绿色(Green)夕卜，带绿的黄(Greenish-Yellow) 和带黄的橙(Yellowish-Orange)均达到了 12V的实用范围。这样，由于采用 了此类高发光效率的荧光粉，从而VFD的功耗也得到飞跃的改善。
当测得VFD的亮度z(W/附2)、阳极电压A(F)、阳极电流/J^)、发光面积 &(/^2)后，发光效率可利用式(10)变换后的公式进行计算，即为
屮飾 ,)
下面以VFD16-0607型号为例，通过实验测得相关数据进行VFD亮度特性 计算。
1、 发光效率的计算
实验测得的阳极电压^(「)=29、阳极电流=6.53 、发光面积 &(^ 2)=12、占空比倒数l/D"-9、亮度z(w/m2) =1431.06将以上数据代入式 (11)，求得发光效率;7 = 2.56409。
2、 VFD结构参数和电参数的输入
分别输入实验测得VFD结构参数阳极面积&—附2)=63、栅极面积 Sg(m/ 2) = 154，发光面积&(/ 附2)=360，阴极到栅极的距离《(mw产UO、栅极 到阳极的距离《/mw戶0.55、栅网宽度^(wm产3、灯丝的根数//=5、涂覆层 外径DC(〃w)18， VFD电参数阳极电压&=29、占空比化=9。
3、 VFD亮度特性的计算
分别通过式(6)和(7)求出灯丝发射电流A的常数G和电流分配系数J， 再分别由式(3)、 (4)和(5)计算出灯丝发射电流A(/^)、阳极电流4(/^)和 栅极电流/￡(^4)，通过式(8)求得灯丝的平均电流密度U^/^2)，最终由 式(10)计算得到VFD的亮度丄(oZ/附2)。
权利要求
1、一种真空荧光显示器亮度特性的确定方法，其特征在于，所述亮度特性的确定方法包括如下步骤1)通过实验测得亮度L(cd/m2)、阳极电压Eb(V)、阳极电流Ib(mA)、发光面积Sb(mm2)后，代入 id="icf0001" file="A2008100422380002C1.tif" wi="66" he="10" top= "60" left = "56" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>发光效率公式进行计算，可得发光效率，其中Sa(mm2)为阳极面积、dcg(mm)为阴极到栅极的距离；2)根据公式Ck＝2.09×10-4×dcg0.25×(Sg+1.34Sa)和d＝0.29+0.281Sg/Sa分别求得灯丝发射电流系数Ck和电流分配系数d；其中Sg(mm2)为栅极面积；3)分别根据公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>C</mi> <mi>k</mi></msub><mfrac> <msup><msub> <mi>E</mi> <mi>b</mi></msub><mn>1.7</mn> </msup> <msubsup><mi>d</mi><mi>cg</mi><mn>2</mn> </msubsup></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008100422380002C2.tif" wi="18" he="10" top= "110" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>和<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>b</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>I</mi><mi>k</mi> </msub> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>d</mi> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008100422380002C3.tif" wi="16" he="9" top= "110" left = "85" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>求得灯丝发射电流Ik(mA)值和阳极电流Ib(mA)值；栅极电流Ic(mA)＝Ik-Ib；4)根据公式<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>J</mi> <mi>ave</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msup> <mn>10</mn> <mn>5</mn></msup><mo>×</mo><msub> <mi>I</mi> <mi>k</mi></msub><mo>×</mo><msub> <mi>W</mi> <mi>g</mi></msub><mo>×</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>u</mi></msub> </mrow> <mrow><mi>π</mi><mo>×</mo><mi>DC</mi><mo>×</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>g</mi></msub><mo>×</mo><mi>N</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>0.05</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub><mi>D</mi><mi>u</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2008100422380002C4.tif" wi="62" he="11" top= "137" left = "56" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>求得灯丝的平均电流密度Jave(mA/cm2)，其中N为灯丝的根数、DC(μm)为涂覆层外径、Wg(mm)为栅网宽度、Du为占空比，平均电流密度Jave静态不超过80mA/cm2，动态不超过40mA/cm2，若超过规定值则灯丝的根数就不够；5)根据公式 id="icf0005" file="A2008100422380002C5.tif" wi="72" he="10" top= "187" left = "50" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>求得真空荧光显示器的亮度L(cd/m2)。
2 )根据公式Ck= 2.09x 10-4 xdcg0.25 x (Sg +1.34S。)和d = 0.29 + 0.28lSg/Sa 分别求得灯 丝发射电流系数G和电流分配系数d；其中Sg(mm2)为栅极面积；
3 )分别根据公式<formula>see original document page 2</formula>求得灯丝发射电流Ik(mA)值和阳极电流Ib(mA)值；栅极电流Ic(mA)=Ik-Ib;
4 )根据公式<formula>see original document page 2</formula>求得灯丝的平均电流密度Jave(mA/cm2),其中N为灯丝的根数、DC(um)为涂覆层外径、 Wg(mm)为栅网宽度、 Du为占空比，平均电流密度Jave静态不超过80mA/cm2，动态不超过40mA/cm2，若 超过规定值则灯丝的根数就不够；5)根据公式<formula>see original document page 2</formula>求得真空荧光显示器的亮度L(cd/m2)。
全文摘要
本发明涉及一种真空荧光显示器亮度特性的确定方法，给出了确定灯丝发射电流I<sub>k</sub>(mA)、阳极电流I<sub>b</sub>(mA)、栅极电流I<sub>c</sub>(mA)、平均电流密度J<sub>ave</sub>(mA/cm<sup>2</sup>)、亮度L(cd/m<sup>2</sup>)以及发光效率η(lm/W)的计算经验公式，对设计人员开发高亮度、低电压的显示器，如汽车屏亮度，具有很强的指导意义，而且，可以提高新品开发的成功率、缩短开发时间，并为VFD结构优化设计提供理论依据和设计规范。
文档编号G09G3/22GK101345020SQ200810042238
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者张建平 申请人:上海电力学院