МАТРИЧНЫЙ КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ЭКРАН С АВТОЭЛЕКТРОННЫМ КАТОДОМ Российский патент 2007 года по МПК H01J31/12 H01J31/20 H01J29/02 H01J29/07 

Изобретение относится к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции и может быть использовано при разработке устройств для создания экранов цифровых и буквенно-цифровых индикаторов, универсальных панелей для визуализации отображения любой информации - текстовой, знаковой, графической, отсчетных устройств аналоговых и дискретно-аналоговых измерительных приборов, используемых в калькуляторах, часах, индикаторных табло коллективного пользования и т.д.

В нашей стране и за рубежом, особенно в Японии, широкое применение в электронных устройствах бытового и промышленного назначения, а также в спецтехнике нашли низковольтные катодолюминесцентные индикаторы (см. Горфинкель Б.И., Абалдуев Б.В., Медведев Р.С., Логинов А.П. Низковольтные катодолюминесцентные индикаторы. - М.: Радио и связь, 1983 г.).

Низковольтный катодолюминесцентный индикатор представляет собой вакуумный электронный прибор, содержащий термоэлектронный катод, управляющие сетки и держатели, заключенные в вакуумную оболочку с платой, на которой по заданному рисунку размещены токопроводящие сегменты экрана, покрытые люминофором, и токопроводящая разводка с контактными площадками.

В экспериментальных образцах автоэлектронные катоды представляют собой матрицу, скоммутированную из множества микроострий, расположенных на плоскости с плотностью порядка 10000 мм² и обеспечивающих необходимый уровень автоэлектронной эмиссии. Представление о принципе действия острийных катодов и о конструкции матрицы катодов дают рис.2.8 и 2.9 в работе Горфинкеля Б.И. «Знакосинтезирующая электроника: низковольтная катодолюминесценция.» Издательство Саратовского Университета, 1993 г., стр.19-21, 24-25.

Сложность острийной структуры катодов существенно затрудняет реализацию данного дисплея.

Ранее было установлено, что при прохождении электрического тока через тонкие металлические пленки с островковой структурой толщиной в несколько десятков (от 40 до 80 для золота) ангстрем возникает эмиссионный ток, обусловленный тем, что часть электронов, осуществляющих перенос заряда между металлическими островками в пленке, имеет компоненту скорости, нормальную к поверхности пленки (см. открытие № 31, опубл. 01.12.1964 г., авторы открытия: П.Г.Борзяк, О.Г.Сарбей, Р.Д.Федорович). Авторы открыли два явления у металлов, которые получают практическое применение в области микроэлектроники. Их эксперименты установили, что холодный металл может эмиттировать электроны, когда через него проходит ток.

Наиболее близким аналогом-прототипом к изобретению является катодолюминесцентный экран (см. патент РФ №2152662, МКИ⁷: HО1J 1/62, 29/18, опубл. 10 июля 2000 г.), содержащий вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и подложки с электродами: плоским тонким торцевым эмиттером и анодом, покрытым проводящим слоем и люминофором, образующих светоизлучающую ячейку-пиксел, расположенных на малом контролируемом расстоянии друг от друга в параллельных плоскостях, соединенных через анодные и эмиттерные шины с выводами для подключения источников электрического напряжения, диэлектрическую рамку, герметично соединяющую лицевую пластину и подложку, аноды и эмиттеры выполнены в виде двух гребенок, вложенных одна в другую, при этом эмиттеры с соединителями расположены в верхней плоскости подложки, а аноды и анодные шины расположены на дне траншей, выполненных на заданную глубину в подложке со стороны верхней плоскости, причем свободное пространство траншей анодных шин заполнено диэлектриком до образования планаризованной поверхности для расположения на ней соединительных шин. Аноды и эмиттеры могут быть выполнены в виде любых геометрических фигур, вложенных одна в другую, например, в виде спиралей; в катодолюминесцентный экран дополнительно введено защитное сопротивление, соединяющее эмиттерную шину последовательно с каждым эмиттером светоизлучающей ячейки-пиксела; люминофор выбран с субмикронными зернами; люминофор выбран низковольтный с рабочим напряжением не более 50-70 В.

Недостатком этой конструкции является наличие сложной системы эмиттерных электродов, при этом они расположены таким образом, что снижают некоторые параметры катодолюминесцентого экрана: угол обзора и информативность экрана.

Перечисленные недостатки заявленными техническими решениями устраняются.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении технологических процессов при изготовлении матричного катодолюминесцентного экрана с автоэлектронным катодом, в обеспечении его более высоких функциональных параметров.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране с автоэлектронным катодом, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и анодной платы с анодными электродами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, матрицу эмиттеров электронов, диэлектрическую рамку, соединяющую лицевую пластину с анодной платой, матрица поверхностно-проводящих эмиттеров электронов сформирована на лицевой прозрачной пластине, при этом эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода по его периметру, образуя светоизлучающую ячейку-пиксел, с возможностью вывода излучения света возбужденного электронами в люминофоре на анодном электроде через центральную свободную от эмиттеров электронов поверхность лицевой пластины, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска, а на анодной плате - диэлектрическая маска.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном катодолюминесцентном экране с автоэлектронным катодом, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и анодной платы с анодными электродами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, матрицу эмиттеров электронов, диэлектрическую рамку, соединяющую лицевую пластину с анодной платой, матрица поверхностно-проводящих эмиттеров электронов сформирована на лицевой прозрачной пластине, при этом эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода, образуя светоизлучающую ячейку-пиксел, в центральной части пиксела соосно с анодным электродом с возможностью вывода излучения света возбужденного электронами в люминофоре на анодном электроде через свободную по периметру от эмиттера электронов поверхность лицевой пластины, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска, а на анодной плате - диэлектрическая маска.

Применение заявленного технического решения позволяет использовать матрицу эмиттеров электронов в качестве матрицы поверхностно-проводящих эмиттеров электронов.

Введение черной диэлектрической маски на лицевой прозрачной пластине фокусирует поток электронов с выбранного эмиттера на анодные электроды и увеличивает контраст изображения.

Введение диэлектрической маски на анодной плате улучшает фокусировку электронов.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1. изображен общий вид матричного катодолюминесцентного экрана в соответствии с предлагаемым техническим решением: матрица эмиттеров электронов сформирована на лицевой прозрачной пластине в случае, когда эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода по его периметру.

На фиг.2 изображен фрагмент матричного катодолюминесцентного экрана-пиксел, в котором эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода по его периметру.

На фиг.3 изображен общий вид матричного катодолюминесцентного экрана в соответствии с предлагаемым техническим решением: матрица эмиттеров электронов сформирована на стеклянной лицевой пластине в случае, когда эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода в центральной части пиксела соосно с анодным электродом.

На фиг.4 изображен фрагмент матричного катодолюминесцентного экрана-пиксел, в котором эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода в центральной части пиксела соосно с анодным электродом.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - вакуумная оболочка матричного катодолюминесцентного экрана с автоэлектронным катодом;

2 - стеклянная лицевая прозрачная пластина;

3 - анодная плата;

4 - анодные электроды;

5 - проводящий слой;

6 - люминофор, по крайней мере, одного цвета;

7 - эмиттеры электронов;

8 - светоизлучающая ячейка-пиксел;

9 - диэлектрическая рамка;

10 - выводы;

11 - диэлектрическая маска (на лицевой прозрачной пластине черная).

Работа матричного катодолюминесцентного экрана осуществляется следующим образом.

Включение заданной светоизлучающей ячейки-пиксела 8 осуществляется подачей напряжения через выводы 10 на соответствующий эмиттер электронов 7 и анодные электроды 4, образующих заданную светоизлучающую ячейку-пиксел 8. Электроны, эмиттируемые из эмиттеров электронов 7 рассеиваются равномерно по площади анодного электрода 4. При этом под воздействием электрического поля, концентрирующего на поверхности проводящих эмиттеров электронов 7, возникает электронная эмиссия, ток эмиттированных электронов может быть направлен на анодный электрод 4. Под действием электронной бомбардировки происходит свечение светоизлучающей ячейки-пиксела 8.

В первом техническом решении излучение, генерируемое электронами в люминофоре 6 на анодном электроде 4, выводится через центральную свободную поверхность лицевой прозрачной пластины 2 (см. фиг.1, 2).

Во втором техническом решении излучение, генерируемое электронами в люминофоре 6 на анодном электроде 4, выводится через свободную по периметру от эмиттера поверхность лицевой прозрачной пластины 2 (см. фиг.3, 4).

Технология изготовления матричных катодолюминесцентных экранов является самосовмещенной, что обеспечивает автоматическое расположение эмиттеров электронов и анодных электродов друг над другом: в одном варианте эмиттер электронов расположен напротив анодного электрода по его периметру (см. фиг.2), а в другом - каждый из эмиттеров электронов расположен напротив анодного электрода в центральной части пиксела соосно с анодным электродом (см. фиг.4).

Заявляемое устройство может быть изготовлено методами серийного производства матричного катодолюминесцентного экрана.

Работоспособность заявленных устройств подтверждена экспериментально: в настоящее время предлагаемые конструкции матричных катодолюминесцентных экранов изготовлены и опробованы.

Данные изобретения позволяют получать матричные катодолюминесцентные экраны, обеспечивающие надежное считывание информации, четкое изображение, что особенно важно для систем с большой рабочей площадью и высокой плотностью информации.

Изобретение относится к низковольтным средствам отображения информации на основе катодолюминесценции и может быть использовано при разработке устройств для создания экранов цифровых и буквенно-цифровых индикаторов, универсальных панелей для визуализации отображения любой информации. Технический результат - упрощение технологических процессов при изготовлении матричного катодолюминесцентного экрана с автоэлектронным катодом, обеспечение его более высоких функциональных параметров. Достигается тем, что в матричном катодолюминесцентном экране с автоэлектронным катодом, содержащем вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и анодной платы с анодными электродами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, матрицу эмиттеров электронов, внешние выводы для подключения анодных электродов и эмиттеров электронов с источником электрического напряжения, диэлектрическую рамку, соединяющую лицевую пластину с анодной платой, матрица поверхностно-проводящих эмиттеров электронов сформирована на лицевой пластине, при этом эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода по его периметру, образуя светоизлучающую ячейку-пиксел, с возможностью вывода излучения света, возбужденного электронами в люминофоре на анодном электроде, через центральную свободную от эмиттеров электронов поверхность лицевой пластины. В другом варианте матрица поверхностно-проводящих эмиттеров электронов сформирована на лицевой пластине, при этом эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода, образуя светоизлучающую ячейку-пиксел, в центральной части пиксела соосно с анодным электродом с возможностью вывода излучения света возбужденного электронами в люминофоре на анодном электроде через свободную по периметру от эмиттеров электронов поверхность лицевой пластины, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска, а на анодной плате расположена диэлектрическая маска. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Матричный катодолюминесцентный экран с автоэлектронным катодом, содержащий вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и анодной платы с анодными электродами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, матрицу эмиттеров электронов, внешние вывода для подключения анодных электродов и эмиттеров электронов с источником электрического напряжения, диэлектрическую рамку, соединяющую лицевую пластину с анодной платой, отличающийся тем, что матрица поверхностно-проводящих эмиттеров электронов сформирована на лицевой пластине, при этом эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода по его периметру, образуя светоизлучающую ячейку-пиксел, с возможностью вывода излучения света, возбужденного электронами в люминофоре на анодном электроде, через центральную свободную от эмиттеров электронов поверхность лицевой пластины, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска, а на анодной плате расположена диэлектрическая маска.2. Матричный катодолюминесцентный экран с автоэлектронным катодом, содержащий вакуумную оболочку, составленную из двух плоских стеклянных лицевой прозрачной пластины и анодной платы с анодными электродами, покрытыми проводящим слоем и люминофором, по крайней мере, одного цвета, матрицу эмиттеров электронов, внешние вывода для подключения анодных электродов и эмиттеров электронов с источником электрического напряжения, диэлектрическую рамку, соединяющую лицевую пластину с анодной платой, отличающийся тем, что матрица поверхностно-проводящих эмиттеров электронов сформирована на лицевой пластине, при этом эмиттеры электронов расположены напротив анодного электрода, образуя светоизлучающую ячейку-пиксел, в центральной части пиксела соосно с анодным электродом с возможностью вывода излучения света, возбужденного электронами в люминофоре на анодном электроде, через свободную по периметру от эмиттеров электронов поверхность лицевой пластины, причем между светоизлучающими ячейками-пикселями на лицевой прозрачной пластине расположена черная диэлектрическая маска, а на анодной плате расположена диэлектрическая маска.