Способ изготовления лицевой стеклопластины газоразрядной индикаторной панели

 

Использование изобретения: область электронной техники, а именно газоразрядные индикаторные приборы (ГИП). Сущность изобретения: перед нанесением антибликового покрытия на обкладочную пластину ГИП, ее нагревают до температуры 30-100^oC, наносят сплошной слой покрытия из раствора золя кремниевой кислоты, стабилизированного гидроокисью лития с концентрацией оксида кремния (SiO₂) от 0,5 до 15 объем.% и модулем от 1 до 30 распылением из сопла при определенных технологических условиях. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в производстве газоразрядных индикаторных панелей (ГИП).

Известен способ изготовления лицевой стеклопластины ГИП, включающий стеклозаготовительные операции, обезжиривание и нанесение антибликового покрытия в виде продольных и поперечных полос, расположенных между элементами индикации.

В известном способе антибликовое покрытие наносится трафаретной печатью на внешнюю поверхность лицевой стеклопластины в виде рисунка продольных и поперечных непрозрачных полос, расположенных между индикаторными элементами. После наложения покрытия его сушат на воздухе при температуре не менее 120^oC, а затем вжигают при температуре до 470^oC. К недостаткам известного способа относится техническая сложность технологического процесса, обусловленная необходимостью использования сложного и высокоточного оборудования (для изготовления фотошаблонов, трафаретов, печати), высокая трудоемкость и низкий процент выхода годных изделий.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является способ, заключающийся в изготовлении стеклопластины, обезжиривании, нанесении на внешнюю поверхность лицевой стеклопластины антибликового покрытия в виде штрихов, сформированных методом толстопленочной технологии, сушке его при температуре 120 150^oC, с последующим спеканием при температуре 470^oC (см. технические условия на индикаторы газоразрядные знакосинтезирующие графические ИГГ-64*64 АШПК. 433.210.020.ТУ. Пластина ЩФ7. 358.153, ЩФ7.353.153МКК).

В известном техническом решении после изготовления стеклопластин с требуемой геометрией и точностью, удаления механических и жировых загрязнений (обезжиривания), на внешнюю поверхность лицевой пластины методом трафаретной печати наносят антибликовое покрытие из пасты в виде отдельных полосок (штрихов) длиной и шириной (0,4±0,05)·(0,17 ± 0,03) мм, затем сушат на воздухе при температуре 120-150^oC и спекают при температуре 470±10^oC. При спекании органическая часть пасты выгорает, а легкоплавкое стекло, входящее в состав пасты, расплавляется и прочно сцепляет частицы порошка с поверхностью стеклопластины и друг с другом. Антибликовые параметры поверхности стеклопластины определяются площадью непрозрачного покрытия. К недостаткам известного способа относятся следующие: техническая сложность технологического процесса, обусловленная высокой точностью формирования антибликовых элементов и необходимостью изготовления технологической оснастки (фотошаблонов, трафаретов, печати и т.д.); низкое качество покрытия (антибликовые элементы неоднородны по геометрии, цвету и т.д.), что определяет внешний вид индикатора и влияет на однородность и равномерность свечения индикаторных элементов по полю экрана; невысокий выход годных изделий.

Целью настоящего изобретения является повышение качества антибликового покрытия, снижение трудоемкости и повышение выхода годных изделий.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления лицевой стеклопластины газоразрядной индикаторной панели, включающем изготовление стеклопластины, обезжиривание, нанесение антибликового покрытия на внешнюю поверхность стеклопластины с последующей его сушкой и высокотемпературной обработкой, нанесение покрытий для увеличения яркости и контрастности индикаторных ячеек на внутреннюю поверхность стеклопластины, перед нанесением антибликового покрытия стеклопластину нагревают до температуры 30-100^oC, а антибликовое покрытие наносят сплошным слоем распыления раствора золя кремниевой кислоты стабилизированного гидроокисью лития с концентрацией оксида кремния (SiO₂) от 0,5 до 15 объем. и модулем от 1 до 30, при этом распыление раствора золя осуществляют пульверизатором с диаметром сопла от 0,2 до 2,5 мм при давлении сжатого воздуха от 1,5 до 4,0 атм, располагая сопло на расстоянии 200-600 мм от внешней поверхности стеклопластины, сушку осуществляют при температуре от 30^oC до 100^oC, а высокотемпературную обработку проводят при температуре 400-500^oC.

При работе ГИП в условиях повышенной внешней освещенности на зеркальной поверхности верхней диэлектрической пластины (лицевой стеклопластины) образуются блики, которые вызывают усталость глаз операторов и снижают надежность считывания информации. Для устранения указанного недостатка на внешней поверхности верхней диэлектрической пластины ГИП формируют специальное антибликовое (шероховатое) покрытие, снижающее яркость светового потока, отраженного от внешнего источника внешней поверхностью верхней диэлектрической пластины. Однако наличие антибликового покрытия приводит к диффузионному рассеиванию света, исходящего из индикаторной ячейки. Этот недостаток устраняется путем выбора величины шероховатости антибликового покрытия (которая должна свести к минимуму яркость отраженного света и величину диффузионного рассеивания света, исходящего из конструкции индикаторной ячейки, и обеспечить требуемую разрешающую способность ГИП) и применением покрытий на внутренней поверхности верхней диэлектрической пластины для увеличения яркости и контрастности индикаторных ячеек (например, светонепроницаемого покрытия в виде рисунка). При очень малой величине шероховатости (меньше 0,01 мкм) эффект рассеивания света от внешнего источника практически отсутствует, имеет место зеркальное отражение, считывать информацию при внешней освещенности затруднительно. При очень большой шероховатости (более 100 мкм) излучение от внешнего источника практически полностью рассеивается, но при этом стеклопластина имеет малую прозрачность, край индикаторного элемента нечеткий, расплывчатый, т. е. имеют место большие потери яркости и контраста индикаторного элемента. Следовательно, с увеличением шероховатости рассеивающая способность света от индикаторного элемента увеличивается, четкость (контраст) изображения ухудшается. Для повышения четкости (контрастности) на внутреннюю поверхность верхней диэлектрической пластины наносится светонепрозрачное диэлектрическое покрытие в виде рисунка, при этом участки пластины, не содержащие указанного покрытия (прозрачные участки пластины) расположены соответственно над индикаторными ячейками. Создание требуемой шероховатости обеспечивается соответствующим подбором режимов нанесения антибликового покрытия, т.е. технологией формирования антибликового покрытия.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Способ изготовления лицевой стеклопластины газоразрядной индикаторной пластины осуществляют следующим образом.

Антибликовое покрытие наносится распылением на внешнюю поверхность диэлектрической стеклопластины в виде сплошного слоя. Поверхность такого слоя имеет контролируемую шероховатость и обеспечивает снижение бликов за счет рассеивания падающего от внешнего источника света. Покрытие формируется из золя кремниевой кислоты, содержащего частицы SiO₂ различного размера от 5 до 100-150 мкм, путем осаждения указанных частиц на предварительно подогретую до температуры 30-100^oC стеклопластину, образуя рельефную (шероховатую) структуру определенной толщины. Величина шероховатости, структура и толщина покрытия определяются рецептурой рабочего раствора, режимами нанесения и температурными режимами обработки.

Золь кремниевой кислоты получают путем диализа или пропусканием раствора силиката калия через ионообменные смолы. Кремниевая кислота в кислой среде полимеризуется, для ее стабилизации вводят гидроокись лития. При этом катионы Н⁺ замещаются на катионы Li⁺, который переходит в диффузионный слой, золь заряжается отрицательно. Стабилизированный золь следует отличить от раствора силиката лития это состояния одного и того же вещества. Последний представляет собой вещество, растворимое в воде, а первый это частицы SiO₂ размером от 5 до 100-150 мкм в растворе гидроокиси лития. Оптимальное количество стабилизатора подбирают экспериментальным путем. Соотношение SiO₂:Li₂O называют модулем и при соотношении SiO₂:Li₂O 1:1 модуль равен 1, а при соотношении 30:1 модуль равен 30. При изменении модуля плотность раствора изменяется, например: для модуля 2 плотность 1,041 г/см, для модуля 20 плотность 1,022 г/см, а вязкость соответственно составляет 13,1 сст и 15 сст. Изменение концентрации SiO₂ влияет на размер шероховатости, которая в свою очередь изменяет коэффициент отражения. С увеличением концентрации SiO₂ размер шероховатости растет, коэффициент отражения уменьшается, и, наоборот, с уменьшением концентрации SiO₂ размер шероховатости уменьшается, коэффициент отражения возрастает. Следовательно, изменяя концентрацию SiO₂, можно управлять коэффициентом отражения. Концентрация SiO₂ должна быть от 0,5 до 15 объем. При концентрации менее 0,5 объем. коэффициент отражения очень большой и приближается к зеркальной поверхности, эффект от антибликового покрытия отсутствует. При концентрации более 15 объем. коэффициент отражения практически равен "0", но из-за рассеивания света от индикаторного элемента в антибликовом слое индикаторный элемент имеет размытый и увеличенный размер, край нечеткий, наблюдается потеря разрешающей способности.

Антибликовое покрытие формируют методом пульверизации через сопло диаметром от 0,2 мм до 2,5 мм, при давлении сжатого воздуха от 1,5 атм до 4,0 атм. При давлении меньше 1,5 атм слой покрытия имеет "сырой" вид, имеются подтеки. Струя рабочего раствора, вылетающая из сопла, имеет крупные капли и небольшой факел, что приводит к получению грубой, крупнозернистой поверхности, шероховатость которой превышает 100 мкм. При давлении более 4,0 атм струя раствора очень мелкодисперсная, факел большой, покрытие получается "сухим", из-за плохой смачиваемости поверхности стекла, адгезия покрытия при этом ухудшается.

При диаметра сопла менее 0,2 мм и минимальном давлении сжатого воздуха струя очень "сухая", адгезия и качество покрытия неудовлетворительные, увеличение диаметра более 2,5 мм при максимальном давлении воздуха приводит к тому, что струя очень грубая, покрытие неоднородное, образуются подтеки.

Расстояние от сопла распылителя до подложки должно быть в пределах от 200 до 600 мм. При уменьшении расстояния (менее 200 мм) струя рабочего раствора с большим давлением ударяется о поверхность стеклопластины, покрытие имеет подтеки, неравномерность наносимого слоя по толщине. При увеличении расстояния (более 600 мм) давление струи рабочего раствора у поверхности стеклопластины уменьшается, покрытие получается грубым, крупнозернистым с плохой диффузией.

Большое значение на качество антибликового покрытия имеет температура стеклопластины при нанесении покрытия. Покрытие имеет высокую адгезию в том случае, когда частичка (капля) рабочего раствора, соприкасаясь с нагретой поверхностью, растекается и смачивает ее, образуя однородную пленку, с последующим испарением из нее воды. Испарение воды должно произойти до напыления раствора при последующем проходе распылителя и, следовательно, последующая порция раствора должна ложиться на сухую или слегка влажную поверхность. При понижении температуры t₁ менее 30^oC вода не успевает испариться и последующая порция раствора ложится на "сырое" покрытие, образуя подтеки и неоднородность слоя. При повышении t₁ вода из капель рабочего раствора быстро испаряется и они не успевают растечься и образовать однородное, ровное покрытие. Поверхность имеет высокую шероховатость, наблюдается потеря контрастности, разрешающей способности, информационной емкости и т.д. адгезия покрытия ухудшается.

После нанесения покрытия осуществляют его сушку. Температуру t₂ сушки подбирают экспериментальным путем. Критерием оптимальности выбранного режима является адгезия и механическая прочность нанесенного покрытия со стеклопластиной. С уменьшением температуры t₂ (менее 30^oC) механическая прочность покрытия не высока и покрытие легко разрушается при механическом воздействии на него, адгезия к стеклянной подложке неудовлетворительная. Температурная обработка повышает механическую прочность, адгезию и обеспечивает полное удаление частиц воды из покрытия. При температуре t₂ выше 100^oC изменение антибликового покрытия практически не наблюдается, поэтому дальнейшее увеличение температуры t₂ не приводит к улучшению параметров покрытия.

После сушки покрытия проводят отжиг при t₃=400-500^oC. При отжиге антибликовое покрытие приобретает высокую механическую прочность за счет уплотнения, стабилизируются оптические и физические характеристики пленки. При температуре t₃ менее 400^oC и более 500^oC покрытие имеет меньшую механическую прочность, с увеличением температуры t₃ (в пределах от 400^oC до 500^oC) механические свойства покрытия повышаются, происходит упрочнение и стабилизация его свойств (однородности и оптической плотности). Повышение температуры t₃ более 500^oC приводит к ухудшению свойств, оптическая плотность возрастает, покрытие становится более хрупким. В связи с тем, что покрытие наносится в виде сплошного слоя, трудоемкость его невысокая.

Например, антибликовое покрытие наносилось на поверхность плоского стекла размером 191х191х3 мм методом напыления. Технологический процесс формирования покрытия состоит из следующих операций: приготовление рабочего раствора золя кремниевой кислоты, стабилизированного гидроокисью лития; химическая очистка стекла; нагревание стекла и напыление золя методом пульверизации; предварительная сушка покрытия; отжиг покрытия.

Рабочий раствор готовят из серийно выпускаемого литийсодержащего золя кремниевой кислоты с содержанием SiO₂ 17 объем. путем разбавления его водой до модуля, равного 4, при этом концентрация SiO₂ составляет около 1,5 объем. Очистка стеклопластины осуществляется в моющем растворе, содержащем тринатрийфосфаткальцинированную соду и поверхностно-активное вещество (ПАВ), при температуре 45 ± 5^oC с последующей промывкой в ультразвуковой ванне в деионизированной воде. Нанесение золя кремниевой кислоты проводят вручную или на полуавтомате из пульверизатора при давлении сжатого воздуха около 3 атм, и расстоянии между соплом пульверизатора и внешней поверхностью стеклопластины около 250 мм. Стеклопластина перед нанесением покрытия нагревается до температуры t₁=50-70^oC. После формирования покрытия стеклопластина сушится в сушильном шкафу при температуре t₂=90+10^oC, в течение 60 мин, затем в конвейерной печи при температуре 470+10^oC в течение 30 мин.

Покрытие имеет следующие параметры: коэффициент светопропускания 85%
коэффициент отражения не более 13%
выход годных 98%
трудоемкость нанесения антибликового покрытия около 0,5 н/ч.

После нанесения на внешнюю поверхность стеклопластины антибликового покрытия на ее внутреннюю поверхность наносят покрытия (светонепрозрачное покрытие или люминофорные покрытия в сочетании со светонепрозрачным покрытием) для увеличения яркости и контрастности индикаторных ячеек по известным технологиям.

Возможные конструкции ГИП с лицевой стеклопластиной, изготовленной по предлагаемому методу, показаны на фиг. 1,3.

Газоразрядная индикаторная панель (фиг. 1) содержит верхнюю диэлектрическую пластину 1 (лицевую стеклопластину) с антибликовым покрытием 2 на внешней стороне, выполненным в виде сплошного светопрозрачного слоя с шероховатостью от 0,01 до 100 мкм, и нижнюю диэлектрическую пластину 3 с разделительными барьерами 4, системой ортогональных электродов (аноды 5 и катоды 6), образующих в пересечениях замкнутые объемы (индикаторные ячейки), и люминофорными элементами 7. На внутренней поверхности верхней диэлектрической пластины 1 дополнительно содержится светонепрозрачное покрытие 8 в виде рисунка (в частности, в виде матрицы фиг. 2), расположенного соответственно над разделительными барьерами 4 нижней диэлектрической пластины 3, причем участки внутренней поверхности верхней диэлектрической пластины 1, не содержащие светонепрозрачного покрытия 8, расположены над индикаторными ячейками. Рисунок светонепрозрачного покрытия 8 может быть произвольным (символы, квадраты, треугольники и т.п.), однако размеры его должны соответствовать определенным соотношениям.

Газоразрядная индикаторная панель на фиг. 3 содержит верхнюю диэлектрическую пластину 1, на внутренней поверхности которой содержатся люминофорные элементы 2, и нижнюю диэлектрическую пластину 3 с разделительными барьерами 4, системой ортогональных электродов 5 (аноды) и 6 (катоды), образующих в пересечениях индикаторные ячейки, на дно индикаторных ячеек нижней диэлектрической пластины 3 установлены дополнительные люминофорные элементы 7, внешняя поверхность верхней диэлектрической пластины 1 снабжена антибликовым покрытием 8, выполненным в виде сплошного светопрозрачного слоя с шероховатостью от 0,01 мкм до 100 мкм, внутренняя поверхность верхней диэлектрической пластины 1 с люминофорными элементами 2 снабжена светонепрозрачным покрытием 9 (в виде матрицы фиг. 4), при этом указанное светонепрозрачное покрытие 9 и люминофорные элементы 2 выполнены в виде рисунков, расположенных соответственно над разделительными барьерами 4 и индикаторными ячейками нижней диэлектрической пластины 2.

Принцип работы указанных индикаторных панелей заключается в следующем: для вывода информации между анодом и катодом прикладывается напряжение выше напряжения возникновения разряда в индикаторных ячейках, происходит пробой газового промежутка, после чего напряжение на ячейках уменьшается до напряжения поддержания газового разряда. Ультрафиолетовое излучение разряда возбуждает люминофорные элементы, обеспечивая их свечение. В результате воспринимается суммарная яркость свечения люминофорных элементов и газового разряда.

Размер индикаторной ячейки ГИП зависит от конструкции ГИП и может быть от 0,1 мм до 10 мм и более. Отсюда различие требований к шероховатости поверхности. Она должна обеспечивать внешний контраст, разрешающую способность элементов отображения и работу ГИП при высокой внешней освещенности. При шероховатости внешней поверхности диэлектрической пластины менее 0,01 мкм поверхность имеет высокую отражательную способность и эффект рассеивания отсутствует. При шероховатости более 100 мкм индикаторные ячейки имеют низкий контраст, край индикаторного элемента становится нечетким, размытым, восприятие и считываемость информации ухудшается. Границы шероховатости определены экспериментально и охватывают конструктивно возможные ГИП (с различной информационной емкостью).

Приборы (фиг. 1, фиг. 3), изготовленные с использованием лицевых стеклопластин по предлагаемому изобретению, имеют яркость 140-160 кд/квм (по зеленому цвету) и хорошую считываемость информации при внешней освещенности 2000 лкс. Аналогичные приборы со стеклопластинами (коэффициенты светопропускания около 50% отражения около 48%), изготавливаемыми по известному способу, имели яркость по зеленому цвету 100-120 кд/квм и удовлетворительную считываемость информации при внешней освещенности до 500 лкс. Трудоемкость формирования антибликового покрытия по известному способу составляет-1,5 н/ч, а выход годных-90%
Таким образом, качество лицевых стеклопластин (коэффициент светопропускания и отражения, выход годных), изготовленных в соответствии с предлагаемым способом значительно выше, чем у пластин, изготовленных по известному способу, а трудоемкость ниже.

Вышеизложенные сведения о предполагаемом изобретении при его использовании позволяют получить следующие положительные результаты:
заявляемое изобретение предназначено для использования в промышленности, в производстве газоразрядных индикаторных панелей;
при использовании указанного изобретения снижается трудоемкость формирования антибликового покрытия в 3 раза и увеличивается выход годных до 98% при этом газоразрядные индикаторные панели имеют коэффициент отражения от лицевой поверхности в 6 раз меньше, чем в известном техническом решении, что позволяет использовать индикаторы для работы в условиях повышенной освещенности.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. Способ изготовления лицевой стеклопластины газоразрядной индикаторной панели, включающий изготовление стеклопластины, обезжиривание, нанесение антибликового покрытия на внешнюю поверхность стеклопластины с последующей его сушкой и высокотемпературной обработкой и нанесение покрытий для увеличения яркости и контрастности индикаторных ячеек на внутреннюю поверхность стеклопластины, отличающийся тем, что перед нанесением антибликового покрытия стеклопластину нагревают до 30 100^oС, а антибликовое покрытие наносят сплошным слоем распылением раствора золя кремниевой кислоты с диапазоном размеров частиц золя кремниевой кислоты 5 150 мкм, стабилизированного гидроокисью лития с концентрацией оксида кремния 0,5 15,0 об. и модулем 1 - 30, при этом сушку осуществляют при 30 100^oС, а высокотемпературную обработку проводят при 400 500^oС до получения слоя антибликового покрытия шероховатости 0,01 100,0 мкм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что распыление раствора золя осуществляют пульверизатором с диаметром сопла 0,2 2,5 мм при давлении сжатого воздуха 1,5 4,0 атм, располагая сопло на расстоянии 200 600 мм от внешней поверхности стеклопластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4