Technik von Vakuumfluoreszenz-Anzeigen

Viele Geräte sind mit selbstleuchtenden Anzeigeeinheiten, Displays ausgestattet, deren Informationen dynamisch veränderbar sind. Ihr Leuchten wird nicht von Glühlampen erzeugt, die sich hinter einer statischen Bildmaske befinden. Die Leuchterscheinungen viele dieser Displays beruhen auf Lumineszenz und Fluoreszenz.

Der Oberbegriff für Leuchterscheinungen ist die Lumineszenz. Es handelt sich um eine Lichtemission, die bei normaler Umgebungstemperatur erfolgt. Sie wird daher auch als kaltes Leuchten bezeichnet. Bei der Fluoreszenz endet die Lichtemission praktisch unmittelbar nach dem Ende der Anregung. Im Gegensatz dazu kommt es bei der Phosphoreszenz zu einem mehr oder weniger langen Nachleuchten.

Die Leuchterscheinung der Fluoreszenz kann bei verschiedenen Stoffen nach Lichteinwirkung beobachtet werden. Der Name Fluoreszenz bezieht sich auf das Mineral Fluorit, wo diese Eigenschaft erstmals beobachtet wurde. Unmittelbar nach Anregung durch Licht-, Röntgen- oder Elektronenstrahlen geben die entsprechenden Stoffe einen Teil der absorbierten Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung als sichtbares Licht wieder ab.

So wie die Kathodenstrahlröhre CRT eines Fernsehgeräts verfügt auch das Vakuumfluoreszenzdisplay VFD über einen Heizdraht. Er sendet wie die Kathode der CRT thermisch angeregte Elektronen aus. Die Temperatur der Drähte auch Filamente genannt liegt bei 650 °C. Die Elektronen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt und treffen danach auf eine Leuchtschicht, die sich aus verschiedenen chemischen Salzen zusammensetzt. Die Stoßenergie der Elektronen regt die chemischen Verbindungen zur Lichtemission an.

Im Gegensatz zur CRT wird beim Vakuumfluoreszenzdisplay jedes einzelne Pixel elektrisch angesteuert. Dazu befindet sich über der Pixelebene eine Gitternetzelektrode. Durch dieses Steuergitter werden die Elektronen zur Phosphorschicht hin beschleunigt oder von ihr ferngehalten. Die Phosphorschicht ist als Anode geschaltet. Soll ein Pixel leuchten, so wird diese Anode positiv angesteuert. Das zugehörige Steuergitterelement erhält ein weniger negativeres Potenzial, sodass ein Teil der Elektronen hindurchfliegen kann.

VFD Prinzip

Wird das Gitterpotenzial ausreichend negativ gegenüber dem Bezugspotenzial des Filaments, so können keine Elektronen passieren und das Pixel bleibt dunkel. Denkbar ist auch die Möglichkeit die Anode negativ und das Gitter ausreichend positiv zu laden, dann fließen die Elektronen über das Gitter ab und der Bildpunkt bleibt ebenfalls dunkel. Das folgende Bild skizziert vergrößert den inneren Aufbau eines VFD.

Innenbau eines VFD

Die Displays eignen sich zur statischen und dynamischen Ansteuerung. Bei der statischen Ansteuerung bleibt die Anode solange positiv geladen, wie das Bildsegment leuchten soll. Bei der dynamischen Ansteuerung werden die Bildpunkte mit hoher Schaltfrequenz zyklisch angesteuert. Bei hoher Taktfrequenz ist unser Auge träge genug und wir sehen die Anzeige flackerfrei und ruhig. Die getaktete Ansteuerung bietet den Vorteil einer Helligkeitssteuerung. Das folgende Bild zeigt in räumlicher Anordnung die wichtigsten Bestandteile eines Vakuumfluoreszenzdisplays.

VFD Ebenen

Vakuumfluoreszenzanzeigen emittieren monochromatisches Licht. Je nach verwendetem Leuchtstoff lassen sich Farben von Orange bis Blau darstellen. Weitere Farben sind durch den Einbau zusätzlicher Farbfilterfolien im Display möglich. Für bewegte Farbbilder, Film oder Video, sind VFDs nicht geeignet. Man findet sie in alphanumerischen Anzeigeeinheiten von Messgeräten, in Geräten der Unterhaltungselektronik und als großflächige Matrixanzeigen mit festen Symbolen.

Anwendungsbeispiele