CS251083B2

CS251083B2 - Flat thin-layer thermal cathode

Info

Publication number: CS251083B2
Application number: CS843865A
Authority: CS
Inventors: Ivan Rampl
Original assignee: Ivan Rampl
Priority date: 1984-05-23
Filing date: 1984-05-23
Publication date: 1987-06-11

Abstract

Podstata řešení spočívá v konstrukcí pravoúhlé matice tenkovrstvových termických emitorů elektronů, zkráceně TTEE, spočívající na plošném nevodivém substrátu. Každý TTEE je určen oboustranným překrytím nevodivé vrstvy, tzv. nosné vrstvy, dvěma elektrodami jednou ze systému plochých rovnoběžných tzv. opěrných elektrod, a druhou z druhého systému plochých rovnoběžných tzv. průchozích elektrod, přičemž oba systémy elektrod jsou vůči sobě v ploše pootočeny o úhel 90°. Systém opěrných elektrod je bezprostředně umístěn na plošném nevodivém substrátu, na tomto systému je nanesena nevodivá nosná vrstva, a na ni leží systém průchozích elektrod. Nevodivá nosná vrstva v místě každého TTEE má polovodivý charakter, získaný dodatečně technologickou úpravou. Systém průchozích elektrod obsahuje v místě každého TTEE soustavu mikroskopických průchozích otvorů, na jejichž dnech je nanesena emisní ploška emisního materiálu. Plošná tenkovrstvová termická katoda je základním stavebním prvkem ploché televizní obrazovky.The essence of the solution lies in the construction of a rectangular matrix of thin-film thermal electron emitters, abbreviated TTEE, resting on a flat non-conductive substrate. Each TTEE is determined by overlapping the non-conductive layer, the so-called support layer, on both sides with two electrodes, one from a system of flat parallel so-called support electrodes, and the other from a second system of flat parallel so-called through electrodes, with both electrode systems being rotated by an angle of 90° relative to each other in the plane. The support electrode system is placed directly on the flat non-conductive substrate, a non-conductive support layer is applied to this system, and a system of through electrodes lies on it. The non-conductive support layer at the location of each TTEE has a semi-conductive character, obtained by additional technological treatment. The system of through electrodes contains at the location of each TTEE a system of microscopic through holes, on the bottoms of which an emission patch of emission material is applied. The flat thin-film thermal cathode is the basic building block of a flat-panel television screen.

Description

Vynález se týká. plošné* tenkovrstvové termické katody’, sestávající! z tenkovrstvavých termických emitorů elekťronfl, která je zdrojem v ploše řízené emise elektronů.The invention relates. flat * thin film thermal cathodes, consisting of! from thin-film thermal emitters electronron, which is a source in the area of controlled emission of electrons.

Dosud známými velkoplošnými níženými zdroji elektronů jsou plazmové katoďy aitenkovrstvové katody typu kov-izolátor-kov. Plošná struktura, těchto katod dovoluje, aby v určeném časovém okamžiku emitovala pouze jejich malá, přesně vymezená oblast, tzv. emisní element. Emisní elementy jsou většinou v ploše pravoúhle uspořádány a jejich počet a velikost záleží na druhu použití katody.Up to now known large-area lowered electron sources are plasma metal tanks and metal-insulator-metal cathodes. The surface structure of these cathodes allows them to emit only a small, well-defined region, the so-called emission element, at a given point in time. The emission elements are usually arranged in a rectangular area in the surface and their number and size depends on the type of use of the cathode.

Termicky buzený emisní element, složený z tenkých vrstev, je nazván tenkovrstovým termickým emitorem elektronů, zkráceně TTEE.The thermally excited emission element, composed of thin films, is called the thin-film thermal electron emitter, abbreviated as TTEE.

Nedostatky plazmových katod vyplývají přímo z fyzikálního principu funkce. Je to potřeba plynného prostředí, malá hustota toku elektronů a jejich poměrně vysoká energie, a nízká účinnost. Nedostatečná účinnost a velmi nízká plošná hustota toku náboje jsou základními nedostatky katod kov-izolátor-kov.The deficiencies of plasma cathodes result directly from the physical principle of function. This is the need for a gaseous environment, low electron flux density and their relatively high energy, and low efficiency. Insufficient efficiency and very low charge flux density are fundamental deficiencies of metal-insulator-metal cathodes.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny u plošné tenkovrsvové termické katody, sestávající z tenkovrstvových termických emitorfl elektronů, která je zdrojem v ploše řízené emise elektronů, jejíž podstatou je pravoúhlá matice TTEE, spočívající na plošném nevodivém substrátu, u níž každý TTEE je určen oboustranným překrytím nevodivé vrstvy, dvěma elektrodami, jednou ze systému plochých rovnoběžných elektrod, nazvaného systémem opěrných elektrod, a druhou z druhého systému plochých rovnoběžných elektrod, nazvaného systémem průchozích elektrod, kde oba systémy elektrod jsou vůči sobě v ploše pootočeny o úhel 90°, přičemž systém opěrných elektrod je bezprostředně umístěn na plošném nevodivém substrátu, na tomto systému leží nevodivá nosná vrstva a tuto vrstvu pokrývá systém průchozích elektrod.The above-mentioned disadvantages are eliminated with a thin-film thermal cathode consisting of thin-film thermal electron emitters which is a source in the area of controlled electron emission based on a rectangular TTEE matrix based on a flat non-conductive substrate in which each TTEE is determined by bilaterally overlapping the non-conductive layer. , two electrodes, one of the flat parallel electrode system called the backing electrode system, and the other of the other flat parallel electrode system, the through electrode system, wherein the two electrode systems are rotated at 90 degrees to each other in the surface, directly placed on the sheet of non-conductive substrate, on this system lies a non-conductive carrier layer and this layer is covered by a lead-through system.

Nevodivá nosná vrstva v místě každého TTEE, tj. v místech překřížení elektrod z obou systémů, má polovodivý charakter, získaný dodatečně technologickou úpravou. Systém průchozích elektrod obsahuje v místě každého TTEE soustavu mikroskopických průchozích otvorů, aby v každém otvoru byl obnažen povrch nosné vrstvy, přičemž těmito otvory je na povrch, nebo do objemu nosné vrstvy vpraven emisní materiál, takže na dnech otvorů jsou vytvořeny emisní plošky. Souhrn emisních plošek jednoho TTEE tvoří jeho aktivní emisní plochu.The non-conductive carrier layer at the location of each TTEE, i.e. at the crossing points of the electrodes from both systems, has a semiconducting character, obtained additionally by technological treatment. The lead-through system comprises, at each TTEE, a set of microscopic through holes to expose the surface of the backing layer in each opening, whereby an emissive material is incorporated into the surface or volume of the backing layer so that emission patches are formed at the bottom of the openings. The sum of emission areas of one TTEE is its active emission area.

Je účelné, aby průchozí elektrody měly takové uspořádání mikroskopických průchozích otvorů, které by zachovalo kompromis mezi požadavkem největší aktivní emisní plochy TTEE a dostatečnou teplotou zahřívaného emisního materiálu uprostřed emisních plošek.It is expedient that the lead-through electrodes have a microscopic through-hole arrangement that maintains a compromise between the requirement of the largest active emission area of the TTEE and a sufficient temperature of the heated emission material in the middle of the emission pads.

Je výhodné použít technologii vakuového napař ování či· naprašavání pro výrobu všech tBf vrstev, tj. vrstvy systému opěrnýGh elektrod, nevodivé nosné vrstvy a vrstvy systému průchozích elektrod. Je výhodné použít fotolltografickou technologii pro vytvoření mikroskopických průchozích otvorů. Je výhodné použít iontovou implantaci iontů prvků s nízkou výstupní prací pro získání aktivní emisní plochy TTEE, protože aktivní částice jsou implantovány do materiálu nosné vrstvy; takže lze s plošnou katodou manipulovat ve vzdušném prostředí. Teprve po umístění katody do vakua a následným zadifundovány na povrch emisních plošek, hříváním nosné vrstvy jsou aktivní částiceIt is advantageous to use vacuum evaporation or sputtering technology to produce all tBf layers, i.e. the layers of the backing electrode system, the non-conductive carrier layer, and the layers of the through-electrode system. It is advantageous to use photolltographic technology to create microscopic through holes. It is advantageous to use ion implantation of ions of low output work elements to obtain an active emission area of TTEE since the active particles are implanted into the carrier layer material; so that the cathode can be handled in the air. Only after the cathode is placed under vacuum and subsequently diffused to the surface of the emission pads, the active particles are heated by the carrier layer

Dále je výhodné, aby materiálem nevodivé nosné vrstvy byl amorfní polovodič, například, třísložkové ehalkogenní sklo, protože u tohoto materiálu lze poměrně nejjednodušeji změnit v místě každého TTEE jeho nevodivý charakter na polovodivý. Jevíse výhodné, aby materiálem plošného nevodivého substrátu bylo sklo, materiálem obou systémů elektrod tíže tavitelný'- kov a emisním, materiálem, např. iontově implanr tované stroncium.It is further preferred that the material of the non-conductive carrier layer be an amorphous semiconductor, for example, a tri-component ehalkogenic glass, since it is relatively easy to change its non-conductive character to semiconductive at each TTEE. It is particularly preferred that the material of the sheet-like non-conductive substrate is glass, the material of both electrode systems that are heavily fusible and the emission material, e.g., ion-implanted strontium.

Uspořádání a detaily konstrukce katody jsou znázorněny na připojených výkresech, kde na obr. 1 je pohled na část pravoúhlé matice TTEE, a na obr. 2 je řez strukturou, vrstvě jednoho TTEE.The arrangement and details of the cathode structure are shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a sectional view of a rectangular TTEE matrix, and Fig. 2 is a cross-sectional view of a structure of a single TTEE layer.

Příkladné provedení plošné tenkovrstvové termické katody- podle vynálezu je na obr. 1. Aktivní plocha katody je tvořena pravoúhlou maticí tenkovrstvých termických emitorů 1 elektronů, spočívající na plošném nevodivém substrátu 2, u níž každý tenkovrstvový termický emi-tor 1 elektronů! je. určen oboustranným překrytím nevodivé, nas.né. vrstvy 3·, dvěma elektrodami,, opěrnou; elekinodou 4- ze· aystému: opěrných elektrod, a průchozí elektrodou. 5· ze systému, průcho·· zích elektrod... Na obr. 2 je· vyobrazen řez. strukturou vrstev jednoho, tenkovrstvovéhoi termického emitonu 1. elektronů, kde na, plošném nevodivém substrátu, 2: je bezprostředně, umístěna·, opěrná· elektroda 4,. na ni leží nevodivá nosná- vrstva 3, která je zde; polov,odivého- charakteru, a nosnou vrstvu· pokrývá- průchozí elektroda 5, která je opatřena soustavou mikroskopických, průchozích otvorů 6, na jejichž dnech, jsou emisní plošky 7 emisního! materiálu-..An active embodiment of the cathode is formed by a rectangular matrix of thin-film thermal electron emitters 1, resting on a flat non-conductive substrate 2, in which each thin-film thermal emitter 1 of electron! Yippee. determined by double-sided overlapping non-conductive, sat.ne. layer 3, with two supporting electrodes; 4-wire electrode system: support electrodes, and lead-through electrode. Fig. 5 is a cross-sectional view of Fig. 2; the structure of the layers of a single, thin-film thermal electron emitter 1, wherein a support electrode 4 is placed on the flat non-conductive substrate 2 immediately. on it lies the non-conductive carrier layer 3, which is here; The carrier electrode 5, which is provided with a set of microscopic, through holes 6, on whose bottom there are emission pads 7 of the emission surface. material- ..

Napájení každého, TTEE elektrickými proudem· nízkého· napětí se. zajišťuje připojením zdroje k- opěrné a! průchozí· elektrodě ze. systémů opěrných a průchozích elektrod. Průchodem elektrického proudu·, polovodivou nosnou vrstvou se.· zahřívají ty její části·,, kter ré jsou oboustranně, překryty kovem.» elektrod·. Vedeními se, pak předává stimulační tepelná energie emisnímu, materiálu! emisrních plošek. Za přítomnosti vnějšího urychlujícího elektrického pole prochází většina termicky emitovaných elektronů průchozími otvory do· vnějšího vakuového prostředí.Power every, TTEE electric · low · voltage with. by connecting the power supply to the - and! Through electrode. systems of supporting and through electrodes. Through the passage of electric current · through the semiconductive carrier layer, the parts thereof, which are bilaterally covered, are heated by metal. By conduction, then the stimulating heat energy is transmitted to the emission material! emission pads. In the presence of an external accelerating electric field, most thermally emitted electrons pass through the through holes into the external vacuum environment.

Ztráta náboje aktivní emisní plochy je hrazena elektrony z polovodivé nosné vrstvy.The charge loss of the active emission surface is covered by electrons from the semiconducting carrier layer.

Plošná tenkovrstvová termická katoda je základním stavebním prvkem ploché televizní obrazovky.The flat thin-film thermal cathode is an essential component of a flat-screen TV.

Claims

An array of thin-film thermal cathodes, consisting of thin-film thermal electron emitters, which is a source in the area of controlled electron emission, characterized in that it consists of a rectangular matrix of thin-film thermal electron emitters (1) resting on a flat non-conductive substrate (2). wherein each thin-film thermal electron emitter (1) is determined by bilaterally overlaying the non-conductive carrier layer (3) with two electrodes, a backing electrode (4) from the backing electrode system, and a through electrode (5) from the backing electrode system, rotated at an angle of 90 °, the support electrode system being directly positioned on the flat non-conductive substrate (2);

In this system there is a non-conductive carrier layer (3), and this layer is covered by a lead-through system.

2. The flat-film thermal cathode according to claim 1, characterized in that the non-conductive carrier layer (3) has a semiconducting character at the points of the thin-film thermal emitters (1j).

3. The sheet thin-film thermal cathode according to claim 1 or 2, characterized in that the through-electrode (5) from the through-electrode system is provided with a set of microscopic through-holes (6) at the bottom of each thin-film electron emitter (1). emission pads (7) of the emission material.