RU2044363C1 - Device for field emission - Google Patents
Device for field emission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2044363C1 RU2044363C1 RU94025666A RU94025666A RU2044363C1 RU 2044363 C1 RU2044363 C1 RU 2044363C1 RU 94025666 A RU94025666 A RU 94025666A RU 94025666 A RU94025666 A RU 94025666A RU 2044363 C1 RU2044363 C1 RU 2044363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- voltage
- control electrode
- substrate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборам с автоэлектронной эмиссией, в том числе к индикаторам и плоским катодолюминесцентным экранам. The invention relates to devices with field emission, including indicators and flat cathodoluminescent screens.
Известно устройство с автоэлектронной эмиссией, содержащее по крайней мере один автоэлектродный катод, выполненный в виде острия или лезвия, управляющего электрода, выполненного в виде пленки с отверстием, в котором расположен катод на одной подложке и анод, выполненный на другой подложке. Причем ось катода перпендикулярна плоскостям подложек и управляющему электроду. Однако при использовании данного устройства в качестве плоского цветного катодолюминесцентного экрана, когда на аноде расположены участки катодолюминофора, излучающие различные цвета, трудно обеспечить высокое разрешение и цветопередачу из-за сложного точного совмещения рисунка расположения участков люминофоров различных цветов с соответствующим рисунком матрицы катодов [1]
Этот недостаток устраняется в наиболее близком к предлагаемому решению устройстве с автоэлектронной эмиссией. В этом устройстве, содержащем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса, напротив анода и катода, причем ось катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью окна [2]
Однако данное устройство обладает малым сроком службы. Это связано с тем, что электроды, эмитированные из области катода, расположенной вблизи общей оси симметрии катода и окна, составляющие не менее половины всех эмитированных электронов, не достигают анода, а возвращаются по направлению к катоду. При этом указанные электроны за счет ударной ионизации образуют значительно больше ионов остаточных газов, бомбардирующих катод, чем электроны, направляющиеся сразу к аноду.A device with field emission is known, comprising at least one field electrode cathode made in the form of a tip or blade, a control electrode made in the form of a film with a hole in which the cathode is located on one substrate and the anode is made on another substrate. Moreover, the cathode axis is perpendicular to the planes of the substrates and the control electrode. However, when using this device as a flat color cathodoluminescent screen, when sections of the cathodoluminophore emitting different colors are located on the anode, it is difficult to provide high resolution and color reproduction due to the difficult accurate combination of the pattern of the locations of the phosphors of different colors with the corresponding pattern of the cathode matrix [1]
This disadvantage is eliminated in the closest to the proposed solution device with field emission. In this device, which contains autocathodes, a control electrode and an anode coated with a phosphor, located on the same substrate, in which coaxial windows are made and a transparent electrode is deposited on the glass of the vacuum housing opposite the anode and cathode, the cathode axis being perpendicular to the substrate and coinciding with the window axis [2]
However, this device has a short life. This is due to the fact that the electrodes emitted from the cathode region located near the common axis of symmetry of the cathode and the windows, which make up at least half of all emitted electrons, do not reach the anode, but return towards the cathode. Moreover, these electrons due to impact ionization form significantly more ions of residual gases that bombard the cathode than electrons sent directly to the anode.
Задачей изобретения является повышение срока службы устройства с автоэлектронной эмиссией. The objective of the invention is to increase the life of the device with field emission.
Это достигается тем, что в устройстве с автоэлектронной эмиссией, содержащем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса, напротив анода и катода, причем ось катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью окна, автоэлектронный катод имеет эмитирующую кромку, смещенную от оси симметрии окна. This is achieved by the fact that in the device with field emission, containing auto-cathodes, a control electrode and an anode coated with a phosphor, located on the same substrate, in which coaxial windows are made, and a transparent electrode deposited on the glass of the vacuum housing, opposite the anode and cathode, and the axis the cathode is perpendicular to the substrate and coincides with the axis of the window, the field-effect cathode has an emitting edge offset from the axis of symmetry of the window.
Прозрачный электрод может быть выполнен из вторичноэмиссионного материала, величина напряжения Uвэ(В) на котором выбрана из следующего соотношения:
Uанодн. > Uвэ > Uупр. (1) где Uанодн. напряжение на аноде (люминофоре), В;
Uвэ напряжение на вторичноэмиссионном электроде, В;
Uупр. напряжение на управляющем электроде, В.The transparent electrode can be made of secondary emission material, the voltage value U ve (V) on which is selected from the following ratio:
U anode > U ve > U exercise. (1) where U is the anode. voltage at the anode (phosphor), V;
U ve voltage at the secondary emission electrode, V;
U exercise voltage at the control electrode, V.
Задача изобретения может достигаться другим вариантом его выполнения. В устройстве с автоэлектронной эмиссией, содержащем автокатоды, управляющий электрод и анод, покрытый люминофором, расположенные на одной подложке, в которых выполнены соосные окна, и прозрачный электрод, нанесенный на стекло вакуумного корпуса, напротив анода и катода, причем ось катода перпендикулярна подложке и совпадает с осью окна, автоэлектронный катод выполнен лезвийным, окно в виде щели, а плоскости каждого управляющего электрода, расположенные по обе стороны от катода, расположены на разных уровнях относительно вершины катода. The objective of the invention can be achieved by another embodiment. In a device with field emission, containing autocathodes, a control electrode and an anode coated with a phosphor located on the same substrate, in which coaxial windows are made, and a transparent electrode deposited on the glass of the vacuum housing opposite the anode and cathode, the cathode axis being perpendicular to the substrate and coinciding with the axis of the window, the field-effect cathode is blade-shaped, the window is in the form of a slit, and the planes of each control electrode located on both sides of the cathode are located at different levels relative to the top of the cathode.
Прозрачный электрод может быть выполнен из вторичноэмиссионного материала, величина напряжения Uвэ(В) на котором выбрана из следующего соотношения:
Uанодн. > Uвэ > Uупр. (2) где Uанодн. напряжение на аноде (люминофоре), В;
Uвэ напряжение на вторичноэмиссионном электроде, В;
Uупр. напряжение на управляющем электроде, В.The transparent electrode can be made of secondary emission material, the voltage value U ve (V) on which is selected from the following ratio:
U anode > U ve > U exercise. (2) where U is the anode. voltage at the anode (phosphor), V;
U ve voltage at the secondary emission electrode, V;
U exercise voltage at the control electrode, V.
Как показывает численное моделирование траекторий эмитированных электронов, в первом варианте предложенной конструкции все эмитированные электроны сразу попадают на анод, что значительно снижает ионную бомбардировку катода и увеличивает срок службы устройства. As the numerical simulation of the trajectories of emitted electrons shows, in the first version of the proposed design, all emitted electrons immediately hit the anode, which significantly reduces the ion bombardment of the cathode and increases the life of the device.
При нанесении на стекло вакуумного корпуса материала с коэффициентом вторичной электрической эмиссии, большем единицы, и подаче соответствующих соотношению (2) напряжений бомбардировка катода будет снижена за счет той части ионов, которая генерировалась на участке движения электронов от прозрачного проводящего слоя к аноду, т.к. возникшие на этом участке ионы будут нейтрализованы на вторичноэмиссионном теле, что увеличивает срок службы устройства. Кроме того, при коэффициенте вторичной эмиссии, большем единицы, увеличивается плотность потока электронов, бомбардирующих анод (люминофор), что позволяет уменьшить величины напряжений, прикладываемых к электродам (при той же яркости свечения экрана), снизить энергию бомбардирующих катод ионов и, следовательно, увеличить срок службы устройства. When a vacuum casing of a material with a secondary electric emission coefficient greater than unity is applied to the glass and the voltages corresponding to relation (2) are applied, the cathode bombardment will be reduced due to that part of the ions that was generated in the area of the movement of electrons from the transparent conducting layer to the anode, because . The ions generated in this area will be neutralized on the secondary emission body, which increases the service life of the device. In addition, when the secondary emission coefficient is greater than unity, the flux density of electrons bombarding the anode (phosphor) increases, which reduces the voltage applied to the electrodes (at the same brightness of the screen glow), reduces the energy of the bombarding ions and, therefore, increases device service life.
В другом варианте устройства, где катод выполнен в виде лезвия, а окно в управляющем электроде в виде щели, причем плоскости (части управляющего электрода) по обе стороны от катода расположены на разных уровнях относительно вершины катода, как показало численное моделирование, все эмитированные электроны будут лететь в сторону участка управляющего электрода, смещенного вниз относительно вершины катода. Причем область катода, подверженная бомбардировке ионами, будет смещена относительно области эмиссии электронов в силу асимметрии поля в данной конструкции. Вследствие этого сроки службы катода и устройства будут увеличены. In another embodiment of the device, where the cathode is made in the form of a blade, and the window in the control electrode is in the form of a gap, and the planes (parts of the control electrode) on both sides of the cathode are located at different levels relative to the top of the cathode, as shown by numerical simulation, all emitted electrons will be fly towards the portion of the control electrode, shifted downward relative to the top of the cathode. Moreover, the cathode region subjected to ion bombardment will be shifted relative to the electron emission region due to the asymmetry of the field in this design. As a result, the life of the cathode and device will be increased.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показано устройство по прототипу, на фиг.2-3 показано устройство по первому варианту изобретения, на фиг.4 по второму варианту изобретения. The invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a prototype device, Figs. 2-3 show a device according to a first embodiment of the invention, and Fig. 4 according to a second embodiment of the invention.
На фиг.1 представлено устройство с автоэлектронной эмиссией (прототип), содержащее: подложку 1, первый 2 слой изолятора, управляющий электрод 3, второй 4 слой изолятора, анод 5, покрытый слоем люминофора 6, автокатод 7, окно 8, стекло 9 вакуумного корпуса, прозрачный электрод 10. Figure 1 presents a device with field emission (prototype), comprising: a
На фиг.2-4 функционально одинаковые элементы обозначены теми же цифрами. На фиг. 2 изображено устройство по первому варианту изобретения, в котором автокатод 7 имеет выступающую кромку 11, смещенную относительно оси окна 8. 2-4, functionally identical elements are indicated by the same numbers. In FIG. 2 shows a device according to a first embodiment of the invention, in which the
На фиг. 3 показано устpойство, в котором на стекле помещен слой 12 вторичноэмиссионного материала. In FIG. 3 shows a device in which a layer 12 of secondary emission material is placed on the glass.
На фиг.4 изображено устройство по второму варианту изобретения. Figure 4 shows the device according to the second embodiment of the invention.
На фиг.1-4 штриховыми линиями показана траектория электронов, полученная методами численного моделирования. 1-4, dashed lines show the electron trajectory obtained by numerical simulation methods.
П р и м е р. На проводящей подложке формируют катод, например, из кремния, имеющий вершину с выступающими краями, смещенными относительно оси симметрии на величину более радиуса скругления выступающего края, в частности, на острие может быть сформирована воронка. Диаметр образующейся при этом выступающей кромки на вершине составляет 0,1 мкм. На уровне вершины катода располагают управляющий электрод, выполненный из пленки, например, ниобия, толщиной 0,2 мкм, отделенный от подложки слоем изолятора, например, SiO 42 0, толщиной 1 мкм. Анод выполнен из пленки ниобия толщиной 0,1 мкм, на который нанесен слой люминофора Zn-O-Zn, толщиной 0,5 мкм, плоскость которого отделена от плоскости управляющего электрода слоем изолятора, например, SiO 42 0, толщиной 2 мкм. В этих слоях выполнено сквозное окно, ось которого совпадает с осью катода. Диаметр окна в управляющем электроде составляет 0,7 мкм, а в аноде 1,5 мкм. В качестве вторичноэмиссионного материала использована пленка MgO толщиной 2 мкм. PRI me R. A cathode, for example, of silicon, is formed on a conductive substrate, having a vertex with protruding edges displaced relative to the axis of symmetry by an amount greater than the rounding radius of the protruding edge, in particular, a funnel can be formed on the tip. The diameter of the protruding edge formed at the same time at the apex is 0.1 μm. At the top of the cathode there is a control electrode made of a film, for example, niobium, 0.2 μm thick, separated from the substrate by an insulator layer, for example, SiO 42 0, 1 μm thick. The anode is made of a niobium film with a thickness of 0.1 μm, on which a layer of phosphor Zn-O-Zn is applied, a thickness of 0.5 μm, the plane of which is separated from the plane of the control electrode by an insulator layer, for example, SiO 42 0, 2 μm thick. A through window is made in these layers, the axis of which coincides with the axis of the cathode. The diameter of the window in the control electrode is 0.7 μm, and in the anode 1.5 μm. As a secondary emission material, a MgO film 2 μm thick was used.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокий срок службы за счет уменьшения ионной бомбардировки катода. Thus, the proposed device has a longer service life by reducing the ion bombardment of the cathode.
Claims (4)
Uа н о д н . > Uв э > Uу п р .
где Uа н о д н . напряжение на аноде, В;
Uв э напряжение на прозрачном электроде, В;
Uу п р . напряжение на управляющем электроде, В.2. The device according to claim 1, characterized in that the transparent electrode is made of secondary emission material, and the voltage on it is selected from the following ratio:
U a n o d n . > U in e> U y n p.
where U and n o n d. voltage at the anode, V;
U in e is the voltage at the transparent electrode, V;
U y n p. voltage at the control electrode, V.
Uа н о д н . > Uв э > Uу п р .,
где U напряжение на аноде, В;
Uв э напряжение на прозрачном электроде, В;
Uу п р . напряжение на управляющем электроде, В.4. The device according to claim 3, characterized in that the transparent electrode is made of secondary emission material, and the voltage on it is selected from the following ratio:
U a n o d n . > U in e> U y n p. ,
where U is the voltage at the anode, V;
U in e is the voltage at the transparent electrode, V;
U y n p. voltage at the control electrode, V.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025666A RU2044363C1 (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Device for field emission |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025666A RU2044363C1 (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Device for field emission |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2044363C1 true RU2044363C1 (en) | 1995-09-20 |
RU94025666A RU94025666A (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=20158259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94025666A RU2044363C1 (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Device for field emission |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2044363C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586621C2 (en) * | 2015-02-04 | 2016-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | X-ray source |
-
1994
- 1994-07-08 RU RU94025666A patent/RU2044363C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Патент США N 3755704, кл. H 01J 1/16, 1989. * |
2. Патент ЕР N 0172089, кл. H 01J 31/12, 1985. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586621C2 (en) * | 2015-02-04 | 2016-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | X-ray source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5445550A (en) | Lateral field emitter device and method of manufacturing same | |
US5534749A (en) | Field-emission display with black insulating layer between transparent electrode and conductive layer | |
EP0681311B1 (en) | Field-effect emitter device | |
US5939822A (en) | Support structure for flat panel displays | |
KR20010039952A (en) | Field emission device | |
JPH08115654A (en) | Particle emission device, field emission type device, and their manufacture | |
KR100242038B1 (en) | Field emission cold cathode and display device using the same | |
KR101009983B1 (en) | Electron emission display | |
KR100859685B1 (en) | Field emission display device having carbon-based emitter | |
JP2629521B2 (en) | Electron gun and cathode ray tube | |
JP3409468B2 (en) | Particle emission device, field emission device, and manufacturing method thereof | |
US6008577A (en) | Flat panel display with magnetic focusing layer | |
RU2044363C1 (en) | Device for field emission | |
KR20010081496A (en) | Field emission device using metal mesh grid and fabrication method thereof and method for focusing emitted electrons | |
KR20010062703A (en) | Field emission cathode, electron emission device and electron emission device manufacturing method | |
US6476408B1 (en) | Field emission device | |
US6225761B1 (en) | Field emission display having an offset phosphor and method for the operation thereof | |
GB2169132A (en) | Cathode-ray tube having an ion trap | |
US3723786A (en) | Flat cathode-ray tube for direct viewing spot display | |
US4929209A (en) | Method of aging cathode-ray tube | |
KR100355388B1 (en) | Arc-protection field emission display | |
RU2022393C1 (en) | Image indicator | |
JP3063644B2 (en) | Fluorescent display tube | |
KR20010046802A (en) | Field emission display device having focusing electrode and manufacturing method thereof and focusing method of electron beam using the same | |
KR940011723B1 (en) | Method of manufacturing fed |