ЭКРАН КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ Российский патент 2023 года по МПК H01J29/28 H01J17/04 H01J19/28 

Техническое решение относится к области электронно-вакуумных приборов с оптическим, рентгеновским и тому подобным входом и оптическим выходом, таких, например, как электронно-оптические преобразователи (далее по тексту - ЭОП), и может быть использовано при изготовлении выходных катодолюминесцентных экранов таких приборов.

Как известно, используемые в электронно-оптических преобразователях выходные катодолюминесцентные экраны предназначены для преобразования энергии сформированного фотокатодом электронного потока в световой поток, который воспроизводится на экране катодолюминесцентном в виде изображения наблюдаемого объекта. Конструктивно экран катодолюминесцентный представляет собой прозрачную подложку, на которую нанесен катодолюминофор, то есть люминесцентный материал, способный излучать световой поток под воздействием энергии электронов. Свет, испускаемый катодолюминофором под воздействием энергии электронов, может быть виден наблюдателем сквозь прозрачную подложку, на которую катодолюминофор нанесен, со стороны выходной поверхности экрана катодолюминесцентного.

Однако, как известно, свет от катодолюминофора излучается во всех направлениях. Это явление уменьшает светоотдачу экрана катодолюминесцентного (то есть отношение мощности светового потока, излучаемого экраном катодолюминесцентным в направлении его выходной поверхности, к мощности падающего на экран электронного потока) и, как следствие, негативно влияет на яркость свечения экрана катодолюминесцентного, наблюдаемую со стороны его выходной поверхности.

Вместе с этим при работе экрана катодолюминесцентного в электронно-оптическом преобразователе часть испускаемого катодолюминофором света, которая излучается в противоположном от выходной поверхности направлении, в сторону фотокатода (так называемое обратное излучение), при попадании на фотокатод вызывает «ложную», то есть, не связанную с наблюдаемым объектом, эмиссию электронов (так называемую обратную оптическую связь экрана с фотокатодом). Такая «ложная» эмиссия электронов снижает качество изображения наблюдаемого объекта на экране катодолюминесцентном при его использовании в электронно-оптическом преобразователе, в частности, существенно ухудшает частотно-контрастную характеристику изображения на экране ЭОП.

Для того, чтобы перенаправить обратное излучение катодолюминофора в сторону выходной поверхности и, тем самым, устранить вышеуказанные недостатки экрана катодолюминесцентного, на слой катодолюминофора наносят тонкое покрытие, способное отразить упомянутое обратное излучение катодолюминофора, то есть, так называемое отражающее покрытие.

Наиболее широко для формирования отражающего покрытия используют металл и, чаще всего, - алюминий, поскольку алюминий в большей степени обладает необходимыми для отражающего покрытия свойствами, такими, например, как высокий коэффициент отражения света в широком спектре длин волн, высокая прозрачность для электронов, а также высокая технологичность нанесения материала на поверхность.

Отражающее покрытие формируют на слое катодолюминофора различными способами, но наиболее распространен способ, включающий следующую последовательность операций. Поверх слоя катодолюминофора, нанесенного на прозрачную подложку известными способами, например, методом седиментации, электроосаждения или центробежным методом, наносят тонкую пленку из органического материала, например, из нитроцеллюлозного лака. Затем на органическую пленку наносят первый слой алюминия путем напыления в вакууме. При этом по своему предназначению, органическая пленка должна предотвратить заполнение промежутков между частицами люминофора напыляемым алюминием и осаждение последнего на прозрачной подложке. После нанесения первого алюминиевого слоя полученную таким образом сборку катодолюминесцентного экрана отжигают при температуре порядка 300-500°С, в результате чего органическая пленка разлагается и продукты разложения удаляются с катодолюминофорного слоя через микропоры в первом слое алюминия. Затем на первый слой алюминия также способом вакуумного напыления наносят второй слой алюминия. Толщины первого и второго слоя алюминия определяют минимально возможными, исходя из условий обеспечения прохождения потока электронов к слою катодолюминофора, максимально возможного уменьшения количества света, проходящего через отражающее покрытие в направлении фотокатода, а также возможности удаления продуктов разложения временной органической пленки из-под первого слоя алюминия. С этой целью, как правило, первый слой алюминия формируют более тонким в сравнении со вторым слоем алюминия.

Из описания к публикации JPS5990338 (A) «MANUFACTURE OF PHOSPHOR SCREEN» («Производство фосфорового экрана», заявитель TOSHIBA KK (JP), МПК H01J29/28, H01J9/22, H01J9/227, H01J29/18, H01J31/50, H01J9/22) известно техническое решение катодолюминесцентного экрана с полученным вышеописанным способом отражающим покрытием. Данное техническое решение катодолюминесцентного экрана принято в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения. Известный экран катодолюминесцентный, ближайший аналог, содержит прозрачную подложку и сформированный на поверхности упомянутой прозрачной подложки слой катодолюминофора, при этом поверх слоя катодолюминофора последовательно расположены первый слой алюминия толщиной 100-1000 ангстрем и второй слой алюминия толщиной 1000-3000 ангстрем. Причем, первый слой алюминия сформирован путем вакуумного напыления частиц алюминия на пленку из органического материала, предварительно нанесенную на слой катодолюминофора и подвергнутую термическому разложению после напыления на нее упомянутого первого слоя алюминия. Упомянутые два слоя алюминия образуют, собственно, отражающее покрытие катодолюминофорного экрана.

Известное техническое решение экрана катодолюминесцентного позволяет уменьшить негативное влияние механических напряжений, возникающих в процессе выжигания органической пленки, на алюминиевое покрытие.

Однако, известный экран катодолюминесцентный, ближайший аналог, имеет ряд недостатков. Так, из-за пористости нанесенной на катодолюминофор пленки органического материала, частицы напыляемого первым слоем алюминия попадают на катодолюминофор и химически взаимодействуют с ним, в результате чего происходит локальное тушение катодолюминофора, приводящее к деградации катодолюминесценции и, как следствие, к уменьшению светоотдачи экрана катодолюминофорного в целом.

Вместе с этим, поскольку первый слой алюминия формируют очень тонким, с тем, чтобы обеспечить возможность удаления через данный первый слой продуктов разложения органической пленки, то в первом слое алюминия также имеются поры. Из-за высокой степени нагревания изготавливаемой сборки экрана катодолюминесцентного на этапе его обработки с целью разложения органической пленки, а также на последующем этапе высокотемпературного вакуумного обезгаживания экрана катодолюминесцентного перед его монтажом в вакуумный корпус ЭОП, пористость и дефектность первого слоя алюминия неизбежно увеличивается, в том числе, из-за его окисления продуктами разложения органической пленки. Увеличение размеров пор в первом слое алюминия и его дефектность способствуют тому, что частицы второго слоя алюминия на этапе его напыления проникают через поры первого слоя алюминия, также попадают на катодолюминофор и вызывают его локальное тушение. Возникающая из-за локального тушения катодолюминофора деградация катодолюминесценции приводит к появлению дефектов в виде темных точек на экранном изображении, а также, негативно влияет на светоотдачу экрана катодолюминесцентного в целом.

Вместе с этим негативное воздействие сильного нагрева на упомянутом этапе вакуумного обезгаживания экрана катодолюминесцентного делает отражающее покрытие более дефектным и, как следствие, более прозрачным для света, что позволяет большему количеству обратного катодолюминофорного излучения проходить сквозь отражающее покрытие, не отражаясь от него. Это также уменьшает светоотдачу экрана катодолюминесцентного в целом и, тем самым, снижает яркость его свечения, а при использовании экрана катодолюминесцентного в электронно-оптическом преобразователе приводит к снижению частотно-контрастной характеристики ЭОП в целом.

Проблема, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в улучшении характеристик экрана катодолюминесцентного, а также электронно-оптического преобразователя, в котором использован экран катодолюминесцентный.

Указанная проблема решается тем, что экран катодолюминесцентный, содержащий прозрачную подложку и слой катодолюминофора, сформированный на поверхности упомянутой прозрачной подложки, а также тонкое покрытие, которое содержит первый слой алюминия и сформировано поверх слоя катодолюминофора, а также второй слой алюминия, который сформирован поверх упомянутого тонкого покрытия, причем упомянутое тонкое покрытие и второй слой алюминия сформированы посредством вакуумного напыления, при этом упомянутое тонкое покрытие сформировано посредством вакуумного напыления поверх временной пленки из органического материала, предварительно нанесенной на слой катодолюминофора и подвергнутой термическому разложению после формирования на ней упомянутого тонкого покрытия, согласно заявленному техническому решению упомянутое тонкое покрытие дополнительно содержит прозрачные для электронов первый пассивирующий слой и второй пассивирующий слой, причем первый пассивирующий слой сформирован из материала, химически инертного к алюминию и к материалу, образующему слой катодолюминофора, а второй пассивирующий слой сформирован из материала, химически инертного к алюминию, при этом содержащиеся в упомянутом тонком покрытии первый пассивирующий слой, первый слой алюминия и второй пассивирующий слой расположены в указанной последовательности в направлении от слоя катодолюминофора.

Согласно заявленному техническому решению в экране катодолюминесцентном упомянутое тонкое покрытие, содержащее первый слой алюминия, сформировано посредством вакуумного напыления поверх временной пленки из органического материала, предварительно нанесенной на слой катодолюминофора и подвергнутой термическому разложению после формирования на ней упомянутого тонкого покрытия. При этом, поскольку содержащиеся в упомянутом тонком покрытии первый пассивирующий слой, первый слой алюминия и второй пассивирующий слой расположены в указанной последовательности в направлении от слоя катодолюминофора, то, в отличие от ближайшего аналога, первый слой алюминия с одной его стороны отделен от временной пленки из органического материала первым пассивирующим слоем, сформированным из материала, химически инертного к алюминию и к материалу, образующему слой катодолюминофора. При этом с другой стороны первый слой алюминия покрыт вторым пассивирующим слоем, сформированным из материала, химически инертного к алюминию и к материалу, образующему слой катодолюминофора.

В процессе изготовления экрана катодолюминесцентного и при последующем его использовании для изготовления электронно-оптического преобразователя, такое решение позволяет, за счет наличия первого пассивирующего слоя, предотвратить взаимодействие напыляемого алюминия с катодолюминофором и обусловленное таким взаимодействием локальное тушение катодолюминофора.

В свою очередь предотвращение локального тушения катодолюминофора предотвращает деградацию катодолюминесценции, что, в свою очередь, устраняет дефекты в виде темных точек на экране катодолюминесцентном.

Таким образом, обеспечивается улучшение характеристики чистоты поля зрения экрана катодолюминесцентного, что является техническим результатом, достигаемым заявленным техническим решением экрана катодолюминесцентного.

Также, устранение дефектов в виде темных точек на экране катодолюминесцентном способствует увеличению его светоотдачи.

Вместе с этим на этапе высокотемпературной обработки сборки экрана катодолюминесцентного с целью разложения пленки из органического материала, первый пассивирующий слой предотвращает взаимодействие первого слоя алюминия с продуктами разложения упомянутой органической пленки, а второй пассивирующий слой - с окружающей средой. Тем самым, предотвращается окисление алюминия в первом его слое и обусловленное таким окислением увеличение пористости и дефектности первого слоя алюминия.

Вместе с этим, первый слой алюминия, располагаясь между первым пассивирующим слоем и вторым пассивирующим слоем, препятствует их деформации и разрушению под воздействием сильного нагрева, тем самым, обеспечивается механическая прочность и целостность тонкого покрытия, достаточная для возможности напыления поверх него второго слоя алюминия.

Вместе с этим, очевидно, что первый пассивирующий слой и второй пассивирующий слой препятствуют распространению в отражающем покрытии окислительных разрушающих процессов, которым способствует сильное нагревание экрана катодолюминесцентного на упомянутом этапе его обезгаживания в вакууме. Тем самым уменьшается степень дефектности слоев алюминия и в целом отражающего покрытия экрана катодолюминесцентного (то есть, в целом многослойного покрытия, покрывающего слой катодолюминофора).

В свою очередь, за счет уменьшения пористости и дефектности слоев алюминия и, в целом, отражающего покрытия экрана катодолюминесцентного, уменьшается способность последнего к светопропусканию (то есть, прозрачность), в том числе, к пропусканию катодолюминофорного излучения. Уменьшение прозрачности отражающего покрытия экрана катодолюминесцентного увеличивает количество катодолюминофорного излучения, направленного в сторону выходной поверхности экрана катодолюминесцентного. Тем самым, увеличивается яркость свечения экрана катодолюминесцентного, что является техническим результатом, достигаемым заявленным техническим решением экрана катодолюминесцентного.

Также, заявленное техническое решение повышает значение частотно-контрастной характеристики (разрешающей способности) экрана катодолюминесцентного, что является техническим результатом, достигаемым заявленным техническим решением экрана катодолюминесцентного.

Уменьшение прозрачности отражающего покрытия экрана катодолюминесцентного также уменьшает обратную оптическую связь экрана катодолюминесцентного с фотокатодом при работе экрана катодолюминесцентного в электронно-оптическом преобразователе. В результате, значение частотно-контрастной характеристики электронно-оптического преобразователя, в котором использован экран катодолюминесцентный по заявленному решению, также повышается.

Таким образом, указанные технические результаты, достигаемые заявленным техническим решением экрана катодолюминесцентного, решают проблему улучшения характеристик экрана катодолюминесцентного, а также электронно-оптического преобразователя, в котором использован экран катодолюминесцентный.

Указанные технические результаты достигаются заявленным техническим решением экрана катодолюминесцентного при других равных с ближайшим аналогом характеристиках экрана. В частности, при том, что в заявленном экране катодолюминесцентном толщина отражающего покрытия (то есть суммарная толщина слоев, покрывающих слой катодолюминофора) не превышает таковую толщину в экране катодолюминесцентном, выполненном по техническому решению ближайшего аналога. Это обеспечено тем, что, в сравнении с ближайшим аналогом, дефектность и, значит, степень прозрачности отражающего покрытия, сформированного поверх слоя катодолюминофора, уменьшена.

С другой стороны, равные с ближайшим аналогом значения светопропускания отражающего покрытия экрана катодолюминесцентного становится возможным обеспечить отражающим покрытием, имеющим меньшую толщину в сравнении с отражающим покрытием у ближайшего аналога. В свою очередь, это позволяет уменьшить напряжение и величину тока в экранном промежутке электронно-оптического преобразователя, содержащего экран катодолюминесцентный, выполненный по заявленному техническому решению.

В заявленном экране катодолюминесцентном первый пассивирующий слой может быть сформирован из оксида магния или диоксида кремния или оксида алюминия или диоксида циркония или оксида титана.

В заявленном экране катодолюминесцентном второй пассивирующий слой может быть сформирован из оксида магния или диоксида кремния или оксида алюминия или диоксида циркония или оксида титана.

В заявленном экране катодолюминесцентном тонкое покрытие может быть сформировано толщиной от 10 нм до 30 нм, а второй слой алюминия может быть сформирован толщиной от 30 нм до 60 нм.

На фигуре 1 показан схематический вид в разрезе экрана катодолюминесцентного.

На фигуре 2 представлены графики частотно-контрастных характеристик экрана катодолюминесцентного, выполненного по заявленному техническому решению (график 1), и экрана катодолюминесцентного, выполненного по техническому решению ближайшего аналога (график 2).

Экран катодолюминесцентный (фиг. 1) содержит прозрачную подложку 1, слой 2 катодолюминофора, первый пассивирующий слой 3, первый слой 4 алюминия, второй пассивирующий слой 5 и второй слой 6 алюминия.

Первый пассивирующий слой 3, первый слой 4 алюминия и второй пассивирующий слой 5 входят в состав тонкого покрытия 7.

Тонкое покрытие 7 сформировано посредством последовательного напыления в вакууме пассивирующего слоя 3, первого слоя 4 алюминия и второго пассивирующего слоя 5 поверх временной пленки (на фигуре не показано) из органического материала, предварительно нанесенной на слой 2 катодолюминофора и подвергнутой термическому разложению после формирования на ней упомянутого тонкого покрытия 7.

Второй слой 6 алюминия сформирован посредством вакуумного напыления алюминия поверх тонкого покрытия 7.

На фигуре 2 графики показывают, что в интервале значений пространственных частот от 30 штр./мм до 90 штр./мм контраст и, следовательно, значение частотно-контрастной характеристики изображения, полученного на выполненном по заявленному техническому решению экране катодолюминесцентном (график 1), на 5-7% выше контраста и, следовательно, значения частотно-контрастной характеристики изображения, полученного на экране катодолюминесцентном, выполненном по техническому решению ближайшего аналога (график 2).

Заявленное техническое решение экрана катодолюминесцентного реализуют следующим образом.

Известными способами из известных материалов, например, из стекла или стекловолокна, изготавливают прозрачную подложку 1 с предварительно заданными размерами и формой.

На прозрачную подложку 1 любым известным способом наносят слой 2 катодолюминофора.

На открытой поверхности слоя 2 катодолюминофора формируют посредством, например, известного метода флотации, пленку из органического материала, например, из полибутилметакрилата.

На поверхности пленки из органического материала вакуумным напылением формируют тонкое покрытие 7. Для этого в условиях вакуума посредством, например, метода электронно-лучевого испарения, напыляют в указанной последовательности слой 3 оксида магния, первый слой 4 алюминия, слой 5 диоксида кремния. Упомянутые слои 3, 4, 5 напыляют определенной толщиной, которую контролируют, например, резонансно-частотным методом.

Все три упомянутых слоя 3, 4 и 5 напыляют в одном процессе без извлечения заготовки экрана катодолюминесцентного на воздух.

После формирования тонкого покрытия 7 осуществляют известным способом термическое разложение пленки из органического материала, например, на воздухе.

Далее поверх тонкого покрытия 7 также вакуумным напылением формируют второй слой 6 алюминия заданной толщины.

Изготовленный таким образом экран катодолюминесцентный перед его монтажом в вакуумный корпус электронно-оптического преобразователя подвергают термическому и электронному обезгаживанию в условиях высокого вакуума, после чего используют по назначению.

В сравнении с изготовленными по техническому решению ближайшего аналога образцами экрана катодолюминесцентного, образцы экрана катодолюминесцентного, изготовленные в соответствии с заявленным техническим решением, показали:

уменьшение степени пропускания светового потока (прозрачности) нанесенным поверх катодолюминофора отражающим покрытием до 0,05%, в сравнении с таковым показателем, равным 0,3%, у ближайшего аналога;

увеличение яркости свечения экрана катодолюминесцентного на 3-5%;

увеличение показателя частотно-контрастной характеристики экрана катодолюминесцентного на 5-7% (фиг. 2).

При этом в образцах экрана катодолюминесцентного, изготовленных в соответствии с заявленным техническим решением, суммарная толщина отражающего покрытия была равной суммарной толщине отражающего покрытия в образцах экрана катодолюминесцентного, изготовленных в соответствии с техническим решением ближайшего аналога.

Таким образом, проблема улучшения характеристик экрана катодолюминесцентного, в том числе, при его использовании в электронно-оптическом преобразователе, была решена.

Изобретение относится к области электронно-вакуумных приборов и может быть использовано при изготовлении катодолюминесцентных экранов электронно-оптических преобразователей. Технический результат - улучшение характеристики чистоты поля зрения, увеличение яркости свечения и повышение значения частотно-контрастной характеристики экрана катодолюминесцентного, а также в повышение значения частотно-контрастной характеристики электронно-оптического преобразователя, в котором использован экран катодолюминесцентный. Экран катодолюминесцентный содержит прозрачную подложку и сформированный на поверхности упомянутой прозрачной подложки слой катодолюминофора. Поверх слоя катодолюминофора сформировано тонкое покрытие, которое содержит расположенные в направлении от слоя катодолюминофора в указанной последовательности первый пассивирующий слой, первый слой алюминия и второй пассивирующий слой. Также экран катодолюминесцентный содержит второй слой алюминия, который сформирован поверх упомянутого тонкого покрытия. Упомянутые тонкое покрытие и второй слой алюминия сформированы посредством вакуумного напыления. При этом тонкое покрытие сформировано посредством вакуумного напыления поверх временной пленки из органического материала, предварительно нанесенной на слой катодолюминофора и подвергнутой термическому разложению после формирования на ней упомянутого тонкого покрытия. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Экран катодолюминесцентный, содержащий прозрачную подложку и слой катодолюминофора, сформированный на поверхности упомянутой прозрачной подложки, а также тонкое покрытие, которое содержит первый слой алюминия и сформировано поверх слоя катодолюминофора, а также второй слой алюминия, который сформирован поверх упомянутого тонкого покрытия, причем упомянутое тонкое покрытие и второй слой алюминия сформированы посредством вакуумного напыления, при этом упомянутое тонкое покрытие сформировано посредством вакуумного напыления поверх временной пленки из органического материала, предварительно нанесенной на слой катодолюминофора и подвергнутой термическому разложению после формирования на ней упомянутого тонкого покрытия, отличающийся тем, что упомянутое тонкое покрытие дополнительно содержит прозрачные для электронов первый пассивирующий слой и второй пассивирующий слой, причем первый пассивирующий слой сформирован из материала, химически инертного к алюминию и к материалу, образующему слой катодолюминофора, а второй пассивирующий слой сформирован из материала, химически инертного к алюминию, при этом содержащиеся в упомянутом тонком покрытии первый пассивирующий слой, первый слой алюминия и второй пассивирующий слой расположены в указанной последовательности в направлении от слоя катодолюминофора.

2. Экран катодолюминесцентный по п. 1, отличающийся тем, что первый пассивирующий слой сформирован из оксида магния или диоксида кремния или оксида алюминия или диоксида циркония или оксида титана.

3. Экран катодолюминесцентный по п. 1, отличающийся тем, что второй пассивирующий слой сформирован из оксида магния или диоксида кремния или оксида алюминия или диоксида циркония или оксида титана.

4. Экран катодолюминесцентный по п. 1, отличающийся тем, что тонкое покрытие сформировано толщиной от 10 нм до 30 нм.

5. Экран катодолюминесцентный по п. 1, отличающийся тем, что второй слой алюминия сформирован толщиной от 30 нм до 60 нм.