КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН Российский патент 1997 года по МПК H01J31/12 H01J21/10 

Изобретение относится к низковольтным средствам отображения информации и может применяться для создания универсальных индикаторов) предназначенных для отображения любой информации: цифровой, текстовой, знаковой, графической.

Широкое распространение получили в отечественной и зарубежной промышленности катодолюминесцентные (вакуумные) низковольтные цифровые и буквенно-цифровые индикаторы. Это одноразрядные индикаторы с ограниченным количеством светоизлучающих сегментов-анодов, оксидным катодом прямого накала и общей сеткой, предназначенной для рассеивания электронного потока. В случае использования динамических методов индикации для нескольких разрядов индикаторов сетка служит вторым (кроме анодного) управляющим электродом.

Для создания многоразрядных индикаторов с неограниченным количеством сегментов применяется метод групповой технологии их изготовления, обеспечивающий одновременное получение большого количества светоизлучающих электродов [1]
Известны вакуумные люминесцентные индикаторы, содержащие вакуумный баллон и плату с расположенными на ней анодными сегментами, которые покрыты люминофором, а также катоды, сетки и внешние выводы, соединенные с соответствующими электродами индикатора (Лисицын В. Л. Элементы индикации. М. Энергия, 1978, c. 60; патент Великобритании N 2009492, кл. Н O1 J 31/12, опублик. 1979; Русина Е. В. Матричные индикаторы и панели на основе низковольтной катодолюминесценции. Журнал "Электронная промышленность". N 5 - 6, 1982, c. 88 89).

Недостатком данных устройств является наличие сложной системы управляющих электродов, выполненных в виде натянутого большого количества сеточных полос, при этом они расположены на одном уровне удаленности от анодных сегментов и с промежутками между собой, что сужает эргономические параметры индикатора (габаритная яркость, угол обзора).

Наиболее близким к изобретению является катодолюминесцентный экран [3] состоящий из электронновакуумной системы с катодом, сеткой и расположенными на подложке анодами, покрытыми люминофором. Подложка выполнена в виде полупроводникового кристалла, аноды в виде интегральной схемы, причем люминофором покрыты электродные участки схемы.

Конструкция индикатора, в котором для каждого светоизлучающего элемента (СИЭ), расположенного на полупроводниковой подложке, сформированы управляющие ячейки, является наиболее перспективной. Каждая ячейка содержит два входа для осуществления выборки соответствующего ей СИЭ и элемент памяти. Все ячейки объединены в матричную систему. Наличие памяти и элементов управления позволяет ввести модуляцию яркости. На подложке размещаются также схемы разверток по строкам и столбцам. Высокоинформативные индикаторы, сформированные таким образом, имеют низкие рабочие напряжения и малое число внешних выводов. На них может отображаться телевизионная информация.

Существенным недостатком таких катодолюминесцентных экранов является наличие более сложных конструкций, в которых имеются промежуточные монолитные стекла или металлоорганические, или маталлокерамические с переходным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).

Задача изобретения упрощение конструкции с точки зрения снижения трудо мкости и возможности введений автоматизации процесса крепления пластин с разными ТКЛР.

Это достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране, содержащем прозрачную вакуумную оболочку, составленную из стеклянного баллона и плоской стеклянной платы, на которой расположена полупроводниковая подложка, электроды, по крайней мере один из которых сформирован на полупроводниковой подложке, на внутренние поверхности полупроводниковой подложки и стеклянной пластины нанесены последовательно по крайней мере один компенсирующий пленочный слой металла Me₁ и адгезивный слой Me₂, на котором сформирован слой припоя из сплава подобранных металлов, при этом температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) выбраны из выражений:

где температурный коэффициент линейного расширения компенсирующего пл ночного слоя Me₁;
температурный коэффициент линейного расширения адгезивного слоя Me₂;
ТКЛР_п-п температурный коэффициент линейного расширения полупроводниковой подложки;
ТКЛР_ст температурный коэффициент линейного расширения стеклянной пластины;
А и В постоянные коэффициенты, причем А и В выбирают из условий:
0,6≅А≅0,8
2,5≅В≅3,5.

Кроме того, толщина компенсирующего пленочного слоя металла не превышает одной трети толщины адгезивного слоя металла т.е. выполняется условие
Площадь припоя (S_припоя) не превышает площади адгезивного слоя металла нанесенного на поверхности полупроводниковой пластины и стеклянной платы и выполняется условие

На фиг. 1 изображен (в качестве примера) катодолюминесцентный экран в соответствии с предлагаемым техническим решением; на фиг. 2 конструктивный блок [а) схематически изображена подложка полупроводникового кристалла; б) -схематически изображена стеклянная пластина]
На чертежах введены следующие обозначения:
1 стеклянный баллон;
2 плоская стеклянная плата;
3 полупроводниковая подложка;
4 компенсирующий пленочный слой металла Me₁;
5 адгезивный слой металла Me₂;
6 слой припоя из сплава подобранных металлов;
7 расфокусирующий электрод сетка;
8 электрод катод.

Катодолюминесцентный экран содержит прозрачную вакуумную оболочку, составленную из стеклянного баллона 1 и плоской стеклянной платы 2, на которой расположена полупроводниковая подложка 3, электроды, по крайней мере один из которых сформирован на полупроводниковой подложке 5, второй электрод играет роль катода 8, а третий (расфокусирующий) электрод выполнен в виде сетки 7.

На внутренние поверхности стеклянной платы 2 и полупроводниковой подложки 3 нанесена структура, содержащая по крайней мере, один компенсирующий пленочный слой 4 металла (Me₁), поверх которого наносится адгезивный слой 5 Me₂ 5. Между адгезивными слоями Me₂ (5), которые сформированы на стеклянной плате 2 и полупроводниковой подложке 3 размещается слой припоя 6 из сплава подобранных металлов.

При этом толщина компенсирующего пленочного слоя металла 4 не превышает одной трети толщины адгезивного слоя металла
Материал припоя 4 размещается поверх адгезивного слоя металла Me₂ 5 по крайней мере на одну из поверхностей полупроводниковой подложки 3 или плоской стеклянной платы 2 в зоне c площадью меньше площади адгезивного слоя металла 5 т.е.

Работа катодолюминесцентного экрана состоит в следующем.

Электроны, эмитируемые из электрода -катода 8 рассеиваются равномерно о помощью расфокусирующего электрода-сетки 7, на которую подан небольшой положительный потенциал, и, ускоряясь потенциалом, поданным на анодные электроды 3, попадают на слой люминофора, покрывающий анодные электроды 3, находящиеся под напряжением. В результате воздействия электронного потока люминофор излучает свет (явление низковольтной катодолюминесценции), который можно наблюдать сквозь прозрачный купол стеклянного баллона 1, который служит лицевой стороной индикаторного прибора.

Граничные значения формулы и соответственно выбор материалов пленочных металлов Me₁ и Me₂ c коэффициентами ТКЛР выбраны экспериментально, а именно в качестве компенсирующего пленочного слоя Me₁ выбран материал, ТКЛР которого является промежуточным между ТКЛР стекла и ТКЛР полупроводниковой подложки и соответствует значениям А и В.

Граничные значения выражения по ТКЛР для адгезивного слоя Me₂ также определены экспериментально.

Данное условие выявлено также экспериментально и определяется в основном демпфирующими свойствами легкоплавкого металла Me₂.

Если площадь припоя будет менее 0,2 площади адгезивного слоя, т.е. , то поверхность припоя будет настолько мала, что не обеспечит прочное механическое крепление. Площадь припоя не должна быть более , так как припой вытекает за пределы поверхности адгезивного слоя или находится вне адгезивного слоя и соответственно не обеспечивается прочное механическое крепление (нет слоев обеспечивающих адгезию припоя).

Предлагаемые катодолюминесцентные экраны предназначаются, прежде всего, для отображения информации в бытовой и электроизмерительной аппаратуре. Их использование позволяет существенно упростить технологию изготовления.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для всех катодолюминесцентных индикаторов, сформированных на активной управляющей подложке на кремнии, на автоэлектронном эмиттере, сформированном на полупроводниковой подложке во всех устройствах, в которых требуется термостойкое крепление, например, кремниевой пластины к стеклу.

Использование: низковольтные средства отображения информации, в частности универсальные индикаторы, предназначенные для отображения любой информации (цифровой, текстовой, знаковой, графической). Сущность изобретения: в катодолюминесцентном экране, содержащем прозрачную вакуумную оболочку, составленную из стеклянного баллона и плоской стеклянной платы, на которой расположена полупроводниковая подложка, электроды, по крайней мере один из которых сформирован на полупроводниковой подложке, на внутренние поверхности полупроводниковой подложки и стеклянной платы нанесены последовательно по крайней мере один компенсирующий пленочный слой металла Me₁ и адгезивный слой Me₂, на который нанесен слой припоя из сплава подобранных металлов, при этом температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) выбраны из экспериментально установленных выражений. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Катодолюминесцентный экран, содержащий прозрачную вакуумную оболочку, составленную из стеклянного баллона и плоской стеклянной платы, на которой расположена полупроводниковая подложка, электроды, по крайней мере один из которых сформирован на полупроводниковой подложке, отличающийся тем, что на внутренние поверхности полупроводниковой подложки и стеклянной платы нанесены последовательно по крайней мере один компенсирующий пленочный слой металла Me₁ и адгезивный слой Me₂, на который нанесен слой припоя из сплава подобранных металлов, при этом температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) выбраны из выражений


где температурный коэффициент линейного расширения пленочного слоя Me₁;
температурный коэффициент линейного расширения адгезивного слоя Me₂;
ТКЛР_п - п температурный кожффициент линейного расширения адгезивного слоя Me₂;
ТКЛР_с т температурный коэффициент линейного расширения стеклянной платы;
A и B постоянные коэффициенты, причем A и B выбирают из условий
0,6 ≅ А ≅ 0,8;
2,5 ≅ В ≅ 3,5. 2. Экран по п. 1, отличающийся тем, что толщина компенсирующего пленочного слоя металла не превышает одной трети толщины адгезивного слоя металла т.е. выполняется условие

3. Экран по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что площадь припоя S_припоя не превышает площади адгезивного слоя металла нанесенного на поверхности полупроводниковой пластины и стеклянной платы, и выполняется условие
9