КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ АВТОЭМИССИОННАЯ ЯЧЕЙКА Российский патент 1997 года по МПК H01J1/02 H01J1/30 H01J19/24 H01J31/12 

Изобретение относится к мокроэлектронике, в частности к автоэмиссионным источникам электронов с люминесцентной индикацией.

Известен полевой эмиссионный диод, включающий вакуумный корпус с катодными и анодными элементами, выполненными из первого электропроводного материала. При этом катодные элементы образованы эмиттирующими деталями для излучения электронов к анодным элементам и конструктивными элементами, представляющими собой выводные элементы для катодов, изготовляемые из второго электропроводного материала Эмиттирующие детали имеют эмиссионные поверхности, образованные краями тонких слоев из третьего электропроводного материала, и нанесены на изоляционные элементы. При этом такие слои находятся в электрическом контакте с крепежными элементами, а эмиссионные поверхности проходят параллельно анодным поверхностям [1]
Эта конструкция требует относительно высоких питающих рабочих напряжений, не защищена от эрозии рабочей кромки, не решает задачи свечения ячейки и визуализации сигнала.

Известна конструкция дисплея, содержащая изолирующую подложку с расположенной на ней двухмерной сеткой источников электронов, управляемых х-у-матрицей электродов в пластину, покрытую фосфором и расположенную напротив подложки. Каждый источник содержит холодный катод и электрод затвора [2]
Это устройство конструктивно сложно и требует относительно высоких питающих рабочих напряжений, не обладает достаточной стабильностью работы и требует вакуумсохраняющую наружную оболочку, предусматривает только одностороннее свечение дисплея.

Наиболее близким аналогом является автоэлектронный катод, эмиттирующей поверхностью которого служит удаленный от диэлектрической подложки торец проводящей пленки, под которой вблизи эмиттирующего торца катода расположена проводящая пленка, подсоединенная к положительному полюсу источника напряжения [3]
Эта конструкция не предполагает световой индикации, требует относительно высоких питающих рабочих напряжений и наружной вакуумсохраняющей оболочки.

Целью изобретения является снижение рабочего и управляющего напряжения, сохранение стабильности работы при скачкообразных увеличениях анодного напряжения, получение двусторонней световой индикации ячейки с высокой четкостью, самовакуумирование ячейки.

Цель достигается тем, что в катодолюминесцентной автоэмиссионной ячейке, включающей пленочные анод, катод и управляющий электрод, разделенные диэлектрическими слоями и расположенные на диэлектрической подложке, согласно изобретению, пленки анода, катода и диэлектрических слоев выполнены перфорированными с образованием кромками перфораций и подложкой эмиссионной полости, а поверхность анода выполнена с покрытием из люминофора и дополнительным герметизирующим прозрачным покрытием. Поверхность анода покрыта люминофором в зоне эмиссионной полости.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая ячейка отличается тем, что пленки катода, анода и управляющего электрода, разделенные диэлектрическими слоями, выполнены перфорированными с образованием кромками перфораций и подложкой эмиссионной полости; поверхность анода покрыта люминофором в зоне эмиссионной полости; поверхность анода покрыта дополнительным герметизирующим прозрачным покрытием.

Таким образом, заявляемая ячейка соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения со всеми известными аналогами не позволило выявить в них признаки, отличающие его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен разрез ячейки.

Катодолюминесцентная автоэмиссионная ячейка содержит анод 1, покрытый люминофором 2, диэлектрические слои 3, 4, катод 5, управляющий электрод 6, дополнительное герметизирующее прозрачное покрытие 7, прозрачную диэлектрическую подложку 8, эмиссионную полость 9.

Катодолюминесцентная автоэмиссионная ячейка может быть изготовлена монолитной по тонкопленочной технологии с формированием анода и катода фотолитографическим способом и последующим осаждением люминофора, например, из легированного цинком оксида цинка методом катафореза, а дополнительное герметизирующее прозрачное покрытие наносится вакуумно-термическим методом.

Ячейка работает следующим образом.

При приложении напряжения между анодом 1 и катодом 5 происходит искажение силовых линий электрического поля в эмиссионной полости 9 вблизи катода с одновременным увеличением напряженности электрического поля выше 10⁶ В/см, что инициирует поток электронов от катода к аноду. Электроны, попадая на анод, возбуждают свечение люминофора 2. Так как всякий люминофор имеет повышенное удельное сопротивление в сравнении с металлами, то кроме эффекта свечения люминофор выполняет функцию резистивного элемента, ограничивая возможные увеличения тока, проходящего через кромку перфораций катода, и предотвращает эрозию кромок и сохраняет стабильность работы ячейки.

При подаче на управляющий электрод 6 потенциала, равного потенциалу катода 5 (например, простой коммутацией электронов между собой), в эмиссионной полости 9 происходит перераспределение силовых линий электрического тока, что ведет к снижению напряженности электрического поля вблизи кромки катода 5 до величины меньшей 10⁶ В/см, что в свою очередь приводит к прекращению полевой эмиссии. Прекращается свечение люминофора 2. Таким образом, осуществляется процесс управления ячейкой за счет управляющих напряжений по величине, значительно меньших, чем рабочее напряжение "анод-катод", что позволяет снизить стоимость приборов на основе катодолюминесцентных ячеек.

Дополнительное прозрачное герметизирующее покрытие 7 позволяет беспрепятственно наблюдать свечение люминофора и одновременно сохраняет рабочий вакуум-эмиссионной полости, а прозрачная диэлектрическая подложка 8 позволяет наблюдать световую индикацию с обратной стороны, т.е. создается возможность двухстороннего наблюдения экрана на основе ячеек.

Выполнение катода, анода и диэлектрического слоя пленочными позволяет максимально приблизить анод и катод, что в свою очередь решает проблему снижения минимальной величины рабочего напряжения.

Стабильность работы ячейки достигается ограничением рабочего тока при скачкообразных увеличениях анодного напряжения, т.к. люминофор дополнительно выполняет функции нагрузочного сопротивления.

Выполнение индикаторных приборов на основе катодолюминесцентной автоэмиссионной ячейки позволяет повысить их устойчивость к механическим воздействиям, сохраняя работоспособность прибора в целом при разрушении с разгерметизацией отдельных ячеек.

Применение ячеек с указанными характеристиками позволяет повысить качество плоских индикаторов, в том числе, экранов, дисплеев и телевизоров, создать возможность двухстороннего наблюдения экрана, что расширяет функциональные возможности приборов.

Использование: электронная техника, в частности, автоэмиссионные источники с люминесцентной индикацией. Сущность изобретения: катодолюминесцентная автоэмиссионная ячейка выполнена на основе пленочных анода, катода и управляющего электрода, расположенных на диэлектрической подложке. Пленки анода, катода, диэлектрических слоев и управляющий электрод выполнены перфорированными с образованием кромками перфораций и подложкой эмиссионной полости. Поверхность анода выполнена с покрытием из люминофора в зоне эмиссионной полости и дополнительным герметизирующим покрытием. Подложка и герметизирующее покрытие выполнены прозрачными. Достигаемый технический результат: снижение рабочего и управляющего напряжения, сохранение стабильности работы, получение двухсторонней световой индикации ячейки с высокой четкостью, самовакуумирование ячейки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Катодолюминесцентная автоэмиссионная ячейка, включающая пленочные анод, катод и управляющий электрод, разделенные диэлектрическими слоями и расположенные на диэлектрической подложке, отличающаяся тем, что пленка анода, катода, диэлектрических слоев и управляющий электрод выполнены перфорированными с образованием кромками перфораций и подложкой эмиссионной полости, а поверхность анода выполнена с покрытием из люминофора и дополнительным герметизирующим покрытием. 2. Ячейка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность анода покрыта люминофором в зоне эмиссионной полости. 3. Ячейка по п.1, отличающаяся тем, что подложка и/или дополнительное покрытие выполнены прозрачными.