АВТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР Российский патент 1997 года по МПК H01J31/12 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумной микроэлектронике, к устройствам отображения информации, может работать в режиме электронного ключа и усилителя по току в вакуумных интегральных схемах.

Известен автоэлектронный катод, содержащий подложку, выполняемую из проводящего или диэлектрического материала, на которой расположен стартовый проводящий электрод, вызывающий автоэлектронную эмиссию, представляющий собой тонкую пленку из любого проводящего материала, подсоединяемый к положительному полюсу источника напряжения. На нем выполнена изолирующая пленка из диэлектрика, обладающая высокой электрической прочностью. Слой держателя катода выполнен из проводящего и диэлекетрического материала, на нем расположена катодная пленка, изготовленная из механически прочных проводящих материалов. Эмитирующей поверхностью служит торец катодной пленки, кромка которой выполнена в виде лезвия [1]
Работа автоэлектронного катода основана на холодной эмиссии электронов под воздействием сильного электрического поля (более 10⁷ В/см), которые перехватываются коллектором электронов (анодом).

Наиболее близким техническим решением является прибор, содержащий подложку, на которой выполнена структура полосковых катодных и анодных электронов, в местах скрещивания которых и в слое диэлектрика выполнены ячейки, в которых выступают лезвийные катодные электроды; анод размещен на поверхности подложки и покрыт люминофорным покрытием, при этом между катодами и анодами через изоляционные слои размещены управляющие электроды [2]
Прибор работает следующим образом.

На анодные полосковые электроды подается постоянное положительное напряжение относительно полосковых катодных электродов; на полосковый управляющий электрод подается положительное напряжение, создающее такую напряженность электрического поля на кромке лезвийного эмиттера, при которой с нее начинается полевая эмиссия электронов вглубь окна. Попадая в ускоряющее поле анодного полоскового электрода, электроны ускоряются, бомбардируя затем слой люминофора, покрывающий анод, вызывая его свечение.

Прикладывая поочередно напряжение между соответствующими полосковыми катодными и управляющими электродами, можно формировать светящееся изображение. Изменяя напряжение на полосковых управляющих электродах, можно варьировать яркость светящихся точек независимо от напряжения на анодных полосковых электродах. При создании цветного дисплея на анодные электроды можно подавать постоянные напряжения различной величины, соответствующие каждому цвету свечения фосфора. Зеленый фосфор, например, имеет цвет насыщения при малых напряжениях, красный при средних и голубой при высоких. Таким образом достигается однородность свечения цветного изображения при близких значениях управляющих напряжений на всех полосковых управляющих электродах.

Следует отметить, что конструкция прибора такова, что обеспечивает наблюдение изображения в основном со стороны прозрачной подложки, хотя при соответствующем усовершенствовании и допускает наблюдение изображения со стороны катодных полосковых электродов. Кроме того, поскольку кромка окна в полосковом управляющем электроде находится в непосредственной близости от кромки лезвийного эмиттера электрические силовые линии концентрируют эмитируемый электронный поток, в основном, по периметру окна в диэлектричеких слоях и полосковых катодном и управляющем электродах. В результате, фосфорные участки светятся неравномерно в центре менее ярко. Этот эффект особенно проявляется, если фосфорные участки имеют размер пикселя, например, 100х500 мкм. При этом участки люминофора, на которые приходятся повышенные плоскости тока быстро стареют, в результате чего их яркость быстро уменьшается. Если же пиксели выполнять многоячеистыми, то есть со множеством окон, то уменьшается активная площадь свечения люминофора, а значит и яркость свечения пикселей.

Поскольку, судя по описанию, прибор все же предназначен для воспроизведения изображения на просвет, он имеет заниженные яркостные характеристики в сравнении с приборами, у которых изображение смотрится на отражение (т.е. со стороны бомбардировки фосфора электронами).

Между полосковыми катодными и управляющими электродами существует высокая вероятность пробоя, поскольку для снижения управляющих напряжений, разделяющих электроды, диэлектрический слой должен быть достаточно тонким: 0,4-0,5 мкм и менее. Это, в свою очередь, приводит к снижению надежности прибора.

В основу изобретения положена задача создать автоэлектронный прибор, в котором можно было бы повысить яркость и однородность свечения пикселей, снизить управляющие напряжения, что в конечном итоге позволило увеличить долговечность прибора.

Поставленная задача достигается тем, что в автоэлектронном приборе, содержащем диэлектрическую подложку, выполнена матричная структура полосковых анодных, управляющих и катодных электродов, разделенных между собой слоями диэлектрика; причем полосковые управляющие электроды расположены ниже полосковых катодных электродов и направлены вдоль полосковых анодных электродов, расположенных на подложке; в местах перекрестий полосковых катодных, анодных и направленных вдоль них управляющих электродов, выполнены сквозные окна до поверхности полосковых анодов, причем поверхность полосковых анодов в окнах покрыта слоем люминофора, а кромка полоскового катодного электрода в области окна выступает над слоем люминофора, образуя таким образом лезвийный эмиттер, согласно изобретению на поверхности полосковых катодных электродов и диэлектрического слоя, на котором они расположены нанесен еще один диэлектрический слой, а на нем выполнены полосковые управляющие электроды, направленные вдоль полосковых анодных электродов и имеющие окна, совмещенные с окнами, расположенными в перекрестиях полосковых электродов.

Нанесение на поверхности диэлектрического слоя и катодных полосковых электродов еще одного диэлектрического слоя и выполнение на нем полосковых управляющих электродов, которые направлены вдоль анодов, позволяет равномерно рассеять эмитируемый электродный поток по поверхности люминофорных пикселей, выравнив таким образом яркость его свечения. Целесообразно также, чтобы кромки полосковых управляющих электродов в области окон были направлены к кромке лезвийного эмиттера, что позволит снизить управляющие напряжения без уменьшения толщины диэлектрического слоя, разделяющего полосковые катодные и управляющие электроды.

Целесообразно также, чтобы участки анодных полосковых электродов, покрытые слоем люминофора, были расположены в углублениях, выполненных в диэлектрической подложке в области окон.

Выполнение в области окна в подложке углубления и расположение анода с люминофором в этом углублении позволит увеличить зазор между кромкой эмиттера и поверхностью анода, что позволит снизить влияние анодного напряжения на ток автоэлектронной эмиссии, в результате чего появляется возможность регулирования толщины слоя люминофора, а значит яркости свечения.

На фиг. 1 изображен общий вид прибора; на фиг. 2 общий вид прибора с углублением в области окна на подложке.

Автоэлектронный прибор содержит (фиг. 1) подложку 1, на которой расположены анодные полосковые электроды 2, диэлектрический слой 3, на котором выполнены перпендикулярно анодным полосковым электродам 2 катодные полосковые электроды 4. В местах скрещивания в катодных полосковых электродах 4 и диэлектрическом слое 3 выполнены ячейки в виде окон. В области окон поверхность анодного полоскового электрода 2 снабжена люминофорным покрытием 5.

На поверхности полоскового катодного электрода 4 и первого диэлектрического слоя 3 выполнен второй диэлектрический слой 6, на поверхности которого выполнен полосковый управляющий электрод 7, а на поверхности подложки выполнен полосковый управляющий электрод 8. Полосковые управляющие электроды 7 и 8 расположены вдоль анодного полоскового электрода 2.

В диэлектрическом слое 6 полосковых управляющих электродах 7 и 8 выполнены окна, совпадающие с окнами ячеек. Кромки управляющих электродов 7 и 8 в области окон направлены к кромке давления эмиттера 9. Кромка лезвия эмиттера 9 выполнена внутрь окон ячеек на противоположных сторонах окна.

Автоэлектронный прибор может быть выполнен с углублением в области окна в подложке (фиг. 2), в котором расположен анодный полосковый электрод 2 с люминофорным покрытием 5.

Вакуумный микротриод работает следующим образом.

На полосковые управляющие электроды 7 и 8 подают положительное напряжение относительно кромки лезвия эмиттера 9 величиной 40-70 В, которое создает высокую напряженность поля на кромке более 10⁷ В/см, вызывающая автоэлектронную эмиссию. На анодные полосковые электроды 2 подают постоянное напряжение относительно эмиттера 9 величиной 100-150 В, электрическое поле которого перехватывает электроны из эмиттера 9. Попадая на люминофор 5, они вызывают его свечение. Имея анодное напряжение можно независимо от управляющих напряжений изменять яркость свечения люминоформа. В том случае, если анодный полосковый электрод 2 расположен в плоскости нижних полосковых электродов 7, толщина слоя люминофорного покрытия 5 должна быть не велика, т.е. не превышать толщину первого диэлектрического слоя 3. Это приводит к тому, что люминофор может иметь малую плотность и плохую светоотдачу, т.е. некоторые участки могут быть не покрыты люминофором. Это исключается в том случае, если в подложке 1 выполнить углубление, совмещенное с окном и расположить анод с люминофором в углублении, в этом случае слой люминофора можно нанести большей толщины, а, следовательно, большей плотности (т.е. все участки покрыты люминофором).

Подавая соответствующие напряжения на управляющие электроды относительно катодных электродов, можно формировать изображение.

Пример. Подложка 1 выполнена из оптически прозрачного материала, например из кварца, полосковые анодные электроды 2 из пленки алюминия, а диэлектрические слои 3 и 6 из моноокиси кремния. Катодные полосковые электроды 4 выполнены из проводящей пленки. Полосковые управляющие электроды 7 и 8 выполнены из проводящего материала.

На поверхность анодного полоскового электрода 2 в области окон ячеек высаживали низковольтный люминофор методом катодофореза. Эмиттер 3 выполнен из проводящего материала.

Изобретение может быть использовано в индикаторах изображения, в телевидении высокой четкости, в индикаторных панелях транспортных средств, в устройствах передачи закодированной информации с высокой плотностью и в качестве низковольтного автоэлектронного ключа вакуумных интегральных схем.

Использование: изобретение относится к средствам отображения информации при помощи вакуумных автоэлектронных панелей (ВАП). Сущность изобретения: в ВАП с лезвийным автокатодом управляющие электроды расположены по обе стороны от него и загнуты по направлению к его лезвию. Это создает условия для увеличения коэффициента усиления электрического поля на кромке катода при сохранении высокой надежности прибора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Автоэлектронный прибор, содержащий подложку, на которой выполнены структуры полосковых управляющих электродов, слой диэлектрика и структуры катодных и анодных электродов, в местах скрещивания которых и в слое диэлектрика выполнены ячейки в виде окон, причем, лезвийные эмиттеры катодных электродов выполнены внутрь окон ячеек на противоположных сторонах окна вдоль анодного электрода, расположенного на поверхности подложки, и в области окон поверхности анодных электродов снабжены люминофорными покрытиями, а вышеуказанные управляющие электроды расположены вдоль анодных электродов, отличающийся тем, что на поверхности полосковых катодных электродов расположен второй диэлектрический слой, на поверхности которого также расположены полосковые управляющие электроды, проходящие вдоль анодных электродов, второй диэлектрический слой также содержит окна, совпадающие с окнами соответствующих ячеек, а кромки управляющих электродов в области окон направлены к кромкам эмиттера.