УСТРОЙСТВО С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ /ЕГО ВАРИАНТЫ/ Российский патент 1995 года по МПК H01J31/12 H01J1/30 

Изобретение относится к приборам с автоэлектронной эмиссией, в том числе к индикаторам и плоским катодолюминесцентным экранам.

Известно устройство с автоэлектронной эмиссией, содержащее по крайней мере один автоэлектродный катод, выполненный в виде острия или лезвия, управляющего электрода, выполненного в виде пленки с отверстием, в котором расположен катод на одной подложке и анод, выполненный на другой подложке. Причем ось катода перпендикулярна плоскостям подложек и управляющему электроду. Однако при использовании данного устройства в качестве плоского цветного катодолюминесцентного экрана, когда на аноде расположены участки катодолюминофора, излучающие различные цвета, трудно обеспечить высокое разрешение и цветопередачу из-за сложного точного совмещения рисунка расположения участков люминофоров различных цветов с соответствующим рисунком матрицы катодов [1]
Этот недостаток устраняется в наиболее близком к предлагаемому решению устройстве с автоэлектронной эмиссией. В этом устройстве, содержащем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса, напротив анода и катода, причем ось катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью окна [2]
Однако данное устройство обладает малым сроком службы. Это связано с тем, что электроды, эмитированные из области катода, расположенной вблизи общей оси симметрии катода и окна, составляющие не менее половины всех эмитированных электронов, не достигают анода, а возвращаются по направлению к катоду. При этом указанные электроны за счет ударной ионизации образуют значительно больше ионов остаточных газов, бомбардирующих катод, чем электроны, направляющиеся сразу к аноду.

Задачей изобретения является повышение срока службы устройства с автоэлектронной эмиссией.

Это достигается тем, что в устройстве с автоэлектронной эмиссией, содержащем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса, напротив анода и катода, причем ось катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью окна, автоэлектронный катод имеет эмитирующую кромку, смещенную от оси симметрии окна.

Прозрачный электрод может быть выполнен из вторичноэмиссионного материала, величина напряжения U_вэ(В) на котором выбрана из следующего соотношения:
U_анодн. > U_вэ > U_упр. (1) где U_анодн. напряжение на аноде (люминофоре), В;
U_вэ напряжение на вторичноэмиссионном электроде, В;
U_упр. напряжение на управляющем электроде, В.

Задача изобретения может достигаться другим вариантом его выполнения. В устройстве с автоэлектронной эмиссией, содержащем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса, напротив анода и катода, причем ось катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью окна, автоэлектронный катод выполнен лезвийным, окно в виде щели, а плоскости каждого управляющего электрода, расположенные по обе стороны от катода, расположены на разных уровнях относительно вершины катода.

Прозрачный электрод может быть выполнен из вторичноэмиссионного материала, величина напряжения U_вэ(В) на котором выбрана из следующего соотношения:
U_анодн. > U_вэ > U_упр. (2) где U_анодн. напряжение на аноде (люминофоре), В;
U_вэ напряжение на вторичноэмиссионном электроде, В;
U_упр. напряжение на управляющем электроде, В.

Как показывает численное моделирование траекторий эмитированных электронов, в первом варианте предложенной конструкции все эмитированные электроны сразу попадают на анод, что значительно снижает ионную бомбардировку катода и увеличивает срок службы устройства.

При нанесении на стекло вакуумного корпуса материала с коэффициентом вторичной электрической эмиссии, большем единицы, и подаче соответствующих соотношению (2) напряжений бомбардировка катода будет снижена за счет той части ионов, которая генерировалась на участке движения электронов от прозрачного проводящего слоя к аноду, т.к. возникшие на этом участке ионы будут нейтрализованы на вторичноэмиссионном теле, что увеличивает срок службы устройства. Кроме того, при коэффициенте вторичной эмиссии, большем единицы, увеличивается плотность потока электронов, бомбардирующих анод (люминофор), что позволяет уменьшить величины напряжений, прикладываемых к электродам (при той же яркости свечения экрана), снизить энергию бомбардирующих катод ионов и, следовательно, увеличить срок службы устройства.

В другом варианте устройства, где катод выполнен в виде лезвия, а окно в управляющем электроде в виде щели, причем плоскости (части управляющего электрода) по обе стороны от катода расположены на разных уровнях относительно вершины катода, как показало численное моделирование, все эмитированные электроны будут лететь в сторону участка управляющего электрода, смещенного вниз относительно вершины катода. Причем область катода, подверженная бомбардировке ионами, будет смещена относительно области эмиссии электронов в силу асимметрии поля в данной конструкции. Вследствие этого сроки службы катода и устройства будут увеличены.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показано устройство по прототипу, на фиг.2-3 показано устройство по первому варианту изобретения, на фиг.4 по второму варианту изобретения.

На фиг.1 представлено устройство с автоэлектронной эмиссией (прототип), содержащее: подложку 1, первый 2 слой изолятора, управляющий электрод 3, второй 4 слой изолятора, анод 5, покрытый слоем люминофора 6, автокатод 7, окно 8, стекло 9 вакуумного корпуса, прозрачный электрод 10.

На фиг.2-4 функционально одинаковые элементы обозначены теми же цифрами. На фиг. 2 изображено устройство по первому варианту изобретения, в котором автокатод 7 имеет выступающую кромку 11, смещенную относительно оси окна 8.

На фиг. 3 показано устpойство, в котором на стекле помещен слой 12 вторичноэмиссионного материала.

На фиг.4 изображено устройство по второму варианту изобретения.

На фиг.1-4 штриховыми линиями показана траектория электронов, полученная методами численного моделирования.

П р и м е р. На проводящей подложке формируют катод, например, из кремния, имеющий вершину с выступающими краями, смещенными относительно оси симметрии на величину более радиуса скругления выступающего края, в частности, на острие может быть сформирована воронка. Диаметр образующейся при этом выступающей кромки на вершине составляет 0,1 мкм. На уровне вершины катода располагают управляющий электрод, выполненный из пленки, например, ниобия, толщиной 0,2 мкм, отделенный от подложки слоем изолятора, например, SiO 42 0, толщиной 1 мкм. Анод выполнен из пленки ниобия толщиной 0,1 мкм, на который нанесен слой люминофора Zn-O-Zn, толщиной 0,5 мкм, плоскость которого отделена от плоскости управляющего электрода слоем изолятора, например, SiO 42 0, толщиной 2 мкм. В этих слоях выполнено сквозное окно, ось которого совпадает с осью катода. Диаметр окна в управляющем электроде составляет 0,7 мкм, а в аноде 1,5 мкм. В качестве вторичноэмиссионного материала использована пленка MgO толщиной 2 мкм.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокий срок службы за счет уменьшения ионной бомбардировки катода.

Использование: в приборах с автоэлектронной эмиссией в том числе в индикаторах с плоским цветным катодолюминисцентным экраном. Сущность изобретения: в устройстве, содержищем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса напротив анода и катода, причем ось симметрии катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью симметрии окна: 1) эмитирующая часть катода смещается относительно оси симметрии окна, через которое эмитированные электроны летят в направлении анода на величину, большую радиуса скругления эмитирующей части катода; 2) кромки управляющего электрода выполяются на разной высоте относительно вершины острия или лезвия автокатода; 3) на стекло вакуумного корпуса, расположенного ортогонально осям симметрии катода и окна, наносится пленка вторичноэмиссионного материала; 4) все электроды (кроме вторичноэмиссионного) располагаются на одной подложке. В результате применения указанных технологических приемов срок службы экранов увеличивается по сравнению с прототипом, как минимум, на порядок при высокой технологичности изделий и высоком качестве изображения (яркости, контрастности и цветопередаче) на экране. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство с автоэлектронной эмиссией, содержащее автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса напротив анода и катода, причем ось симметрии катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью симметрии окна, отличающееся тем, что катод имеет эмиттирующую кромку, смещенную от оси симметрии окна. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прозрачный электрод выполнен из вторичноэмиссионного материала, а величина напряжения на нем выбрана из следующего соотношения:
U_анодн. > U_вэ > U_упр.
где U_анодн. напряжение на аноде, В;
U_вэ напряжение на прозрачном электроде, В;
U_упр. напряжение на управляющем электроде, В. 3. Устройство с автоэлектронной эмиссией, содержащее автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса напротив анода и катода, причем ось симметрии катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью симметрии окна, отличающееся тем, что автокатод выполнен лезвийным, окно в виде щели, а плоскости управляющего электрода, расположенные по обе стороны от автокатода, находятся на разных уровнях относительно вершины автокатода. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что прозрачный электрод выполнен из вторичноэмиссионного материала, а величина напряжения на нем выбрана из следующего соотношения:
U_анодн. > U_вэ > U_упр.,
где U напряжение на аноде, В;
U_вэ напряжение на прозрачном электроде, В;
U_упр. напряжение на управляющем электроде, В.