Катод, электронная пушка и электронно-лучевая трубка, использующая сегнетоэлектрический эмиттер

Катод, электронная пушка и электронно-лучевая трубка, использующая сегнетоэлектрический эмиттер

Реферат

 

Изобретение относится к электронной технике. Техническим результатом является снижение стоимости катода, упрощение его изготовления. Электронная пушка содержит подложку, нижний слой электрода, сформированный на подложке, слой катода, сформированный на нижнем слое электрода и использующий сегнетоэлектрический эмиттер, верхний слой электрода, сформированный на сегнетоэлектрическом слое катода, который имеет области, способные испускать электроны с этой поверхности, и слой возбуждения электрода, сформированный на верхнем слое электрода и предназначенный для управления эмиссией электронов из областей эмиссии электронов верхнего слоя электрода. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Область техники Настоящее изобретение относится к катоду, использующему сегнетоэлектрический эмиттер, к электронной пушке и электронно-лучевой трубке, использующей сегнетоэлектрический катод, а более точно - к катоду, использующему сегнетоэлектрический эмиттер в качестве источника электронной эмиссии, и к электронной пушке и электронно-лучевой трубке, использующей сегнетоэлектрический катод.

Предшествующий уровень техники Катод, используемый в электронно-лучевой трубке, испускает электроны из тела катода, выполненного из вещества, такого как оксид бария, возбуждаемого за счет тепловой энергии. Такой катод имеет источник тепловой энергии для подогрева, например нить накала. Различаются катоды с прямым подогревом и катоды с косвенным подогревом, согласно типу нити накала, использующейся для подогрева катода.

Кроме того, электронно-лучевая трубка должна быть отвакуумирована, чтобы электроны, испускаемые из электронной пушки, могли распространяться в направлении экрана и можно было предотвратить отравление материала катода вследствие ионного распыления.

Процесс изготовления электронно-лучевой трубки включает ряд приемов оптимизации, такие как откачка воздуха и тренировка, чтобы электроны могли успешно испускаться из материала катода. Однако такой процесс занимает много времени и вызывает ухудшение свойств материала катода за счет контакта при соударении с ионизированным инородными веществами.

Раскрытие изобретения Целью настоящего изобретения является разработка катода, использующего сегнетоэлектрический эмиттер, который позволяет существенно снизить ухудшение качества материала катода, возникающего из-за ионного соударения даже при низком вакууме.

Другой целью настоящего изобретения является разработка электронной пушки и электронно-лучевой трубки, в которых использован катод с сегнетоэлектрическим эмиттером.

Для достижения первой цели разработан катод, включающий подложку, нижний слой электрода, сформированный на подложке, слой катода, сформированный на нижнем слое электрода с сегнетоэлектрическим эмиттером, верхний слой электрода, сформированный на сегнетоэлектрическом слое катода, который имеет области, способные испускать электроны с этой поверхности, и слой возбуждения электрода, сформированный на верхнем слое электрода и предназначенный для управления эмиссией электронов из областей эмиссии электронов верхнего слоя электрода.

Для достижения второй цели разработана электронная пушка, включающая катод, группу электродов, включающую множество электродов, предназначенных для управления и ускорения электронов, испускаемых из катода, и опорное средство, предназначенное для крепления катода и группы электродов.

Для достижения третьей цели разработана электронно-лучевая трубка, включающая электронную пушку, конус баллона кинескопа, имеющий горловинную часть, в которой установлена электронная пушка, и панель, имеющую экран, на котором воспроизводится изображение посредством электронного луча, испускаемого из электронной пушки.

Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг.1 - катод (поперечное сечение) согласно настоящему изобретению; фиг.2 - общий вид катода согласно изобретению; фиг.3 - катод (поперечное сечение) согласно изобретению, фиг.4 - часть верхнего электрода катода согласно изобретению; фиг.5 - 8 - процесс изготовления катода согласно изобретению; фиг.9 - электронная пушка (поперечное сечение) с катодом согласно изобретению; и фиг. 10 - электронно-лучевая трубка (поперечное сечение), в которой используется электронная пушка согласно изобретению.

Варианты осуществления изобретения Сегнетоэлектрический слой 120 (фиг.1) катода, который является электронным эмиттером, а нижний и верхний слои 110 и 130 электродов соответственно предназначены для возбуждения сегнетоэлектрического слоя катода.

Когда импульс высокого напряжения прикладывается к верхним и нижним электродам 110 и 130 за время менее одной микросекунды, происходит спонтанная поляризация на поверхности и внутри сегнетоэлектрического слоя 120 катода и таким образом испускаются электроны.

В катоде 190 (фиг. 2) согласно одному из вариантов воплощения нижний электрод 110 сформирован на подложке 100 и далее последовательно сформированы на нем слой 120 катода, использующий сегнетоэлектрический эмиттер, верхний слой 130 электрода, изолирующий слой 140 и слой 150 возбуждения электрода. Катод 190 имеет три отверстия 151 эмиссии электронов, использующиеся в цветной электронно-лучевой трубке.

Катод содержит один верхний слой 130 электрода и один нижний слой 110 электрода для возбуждения сегнетоэлектрического слоя 120 катода. На изолирующем слое 140 сформирован слой 150 возбуждения электрода, образованный тремя электродами возбуждения, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Каждый электрод 150 возбуждения имеет отверстие 151, предназначенное для эмиссии электронов и управления. Кроме того, на части верхнего слоя 130 электрода, соответствующего отверстиям 151 для эмиссии электронов, сформировано большое количество маленьких отверстий 131 (фиг.4) так, чтобы электроны могли перемещаться вперед по направлению к отверстиям 151 для эмиссии электронов из слоя 150 возбуждения электрода. Слой 150 возбуждения электрода получает сигналы управления и управляет эмиссией электронов и величиной эмиссии.

В катоде согласно одному из вариантов воплощения изобретения могут использоваться PZT (цирконат-титонат свинца) и PLZT (цирконат-титонат свинца, легированный лантаном), которые хорошо известны в качестве сегнетоэлектрических материалов. Кроме того, можно использовать металл с высокой проводимостью типа Al, Au, или At для верхних и нижних электродов 130 и 110.

Согласно экспериментальным данным напряжение возбуждения для испускания электронов из сегнетоэлектрического слоя 120 катода должно быть ниже 100 В, чтобы уменьшить утечку тока и обеспечить стабильную электронную эмиссию. Напряжение возбуждения зависит от состояния сегнетоэлектрического материала, т. е. от кристаллической фазы и его толщины. Кроме того, желательно, чтобы толщина сегнетоэлектрического слоя 120 катода (например, PLZT) была меньше 10 микрометров, чтобы напряжение импульса возбуждения было ниже 100 В. Напряжение возбуждения уменьшается при уменьшении толщины слоя катода, в то же время при толщине меньше одного микрометра между электродами может произойти короткое замыкание, поэтому толщина слоя катода должна быть больше одного микрометра. Кроме того, величина напряжения возбуждения в значительной степени зависит от размера области эмиссии электронов, то есть размера отверстия для эмиссии электронов на электроде 150 возбуждения. Согласно экспериментальным данным размер отверстия для стабильной эмиссии электронов при 100 В должен быть менее 300 мкм.

Способ изготовления катода согласно изобретению описан ниже.

Сначала на подложке 100 способом печати (фиг.5) формируется золотая паста. Подложка 100 представляет собой стеклообразное вещество. Затем проводится пластификация в течение заданного времени для формирования нижнего слоя 110 электрода.

Когда формирование нижнего слоя 110 электрода завершено (фиг.5), формируется пастообразный слой PZT или PLZT до толщины 20 микрометров способом печати, и затем проводится пластификация для формирования сегнетоэлектрического слоя 120 катода (фиг.6).

Золотая паста наносится на сегнетоэлектрический слой 120 (фиг.7) катода способом печати, и затем проводится пластификация для формирования верхнего слоя 130 электрода. Верхний электрод 130 формируется в том же самом образце (фиг.4), т.е. с множеством маленьких отверстий 131 для эмиссии.

Изолирующий слой 140 (фиг.8) и слой 150 возбуждения электрода также последовательно формируются способом печати. В результате получается требуемый катод. Кроме того, изолирующий слой 140 и слой 150 возбуждения электрода должны иметь отверстия, соответствующие малым отверстиям 131 для эмиссии верхнего электрода 130.

Может быть использован катод, соответствующий другому варианту воплощения изобретения, полученный другим способом. Например, для формирования слоя электрода можно использовать напыление или способ "Доктора Блейда", а для формирования сегнетоэлектрического слоя катода можно использовать способ получения сегнетоэлектрической пластинки из порошка, покрывая слой электрода с одной стороны в смеси с акриловой смолой и полируя другую сторону определенной толщины и присоединяя ее к подложке 100.

Электронная пушка 900 (фиг.9) использует катод, соответствующий одному из вариантов воплощения изобретения.

Электронная пушка 900 содержит основную линзу, образованную катодом 190, описанным выше, управляющий электрод G1, экранирующий электрод G2, фокусирующий электрод G3 и ускоряющий электрод G4. Элементы поддерживаются стеклянным изолятором 800. Ножка 820 цоколя с переменной фиксацией предназначена для фиксации катода 190 в стеклянном изоляторе 800.

Электронно-лучевая трубка, использующая электронную пушку согласно настоящему изобретению, показана на фиг.10.

Конус баллона кинескопа 300 содержит отклоняющую систему 320 на внешней поверхности и включает электронную пушку 900 и панель 400, имеющую экран 410 на внутренней стенке, которые объединены друг с другом для формирования вакуумной емкости. Теневая маска 420 и внутренний экран 440, которые поддерживаются рамкой 430, закрепленной на панели 400, установлены внутри электронно-лучевой трубки.

Когда сборка такой электронно-лучевой трубки завершена, выполняется откачка воздуха и тренировка, которые продолжаются около четырех часов в случае стандартной электронно-лучевой трубки, и только два часа в случае электронно-лучевой трубки, использующей катод, согласно настоящему изобретению. Кроме того, по сравнению со стандартной электронно-лучевой трубкой в электронно-лучевой трубке, использующей заявленный катод, величина вакуума не уменьшается на одну экспоненциальную единицу.

При использовании сегнетоэлектрического катода процессы откачки и тренировки, которые являются проблемой в процессе изготовления известной электронно-лучевой трубки, можно упростить и таким образом снизить стоимость этой продукции. Поскольку в ней не используется тепловой источник, такой как нить накала, стоимость узлов можно также уменьшить и предотвратить тепловое воздействие на катод и элементы, расположенные рядом с тепловым источником. Кроме того, эмиссия электронов осуществляется после подачи на нее кратковременных импульсов напряжения и таким образом можно быстро восстановить эмиссию электронов.

Формула изобретения

1. Электронная пушка, содержащая катод, группу электродов, включающую множество электродов для управления и ускорения электронов, испускаемых катодом, опорное средство для крепления катода и группы электродов, отличающаяся тем, что содержит подложку, нижний слой электрода, сформированный на указанной подложке, слой катода, сформированный на нижнем слое электрода и использующий сегнетоэлектрический эмиттер, верхний слой электрода, сформированный на сегнетоэлектрическом слое катода, и имеющий области, способные испускать электроны с этой поверхности, слой возбуждения электрода, сформированный на верхнем слое электрода и предназначенный для управления эмиссией электронов из областей эмиссии электронов верхнего слоя электрода, при этом указанный слой возбуждения электрода содержит три электрода возбуждения, каждый из которых имеет отверстие для прохождения электронов, а верхний слой электрода содержит множество маленьких отверстий для эмиссии электронов на областях, соответствующих отверстиям для эмиссии электронов в слое возбуждения электрода.

2. Электронная пушка по п. 1, в которой диаметр отверстий для эмиссии электронов слоя возбуждения электрода меньше 300 мкм.

3. Электронная пушка по п. 1, в которой сегнетоэлектрический слой катода выбран из группы, состоящей из РZT (свинец-цирконат титана) и PLZT (свинец-лантан-цирконат титана).

4. Электрическая пушка по п. 1, в которой толщина сегнетоэлектрического слоя катода находится в пределах от 1 до 100 мкм.

5. Электронная пушка по п. 3, в которой толщина сегнетоэлектрического слоя катода находится в пределах от 1 до 100 мкм.

6. Электронно-лучевая трубка, содержащая электронную пушку, заявленную по п. 1, конус баллона кинескопа, имеющий участок горловины, в котором установлена электронная пушка и панель, имеющую экран, на котором воспроизводится изображение посредством электронного луча, испускаемого из электронной пушки.

7. Электронно-лучевая трубка по п. 6, в которой диаметр отверстий для эмиссии электронов слоя возбуждения электрода меньше 300 мкм.

8. Электронно-лучевая трубка по п. 6, в которой сегнетоэлектрический слой катода выбран из группы, состоящей из РZT (свинец-цирконат титана) и РLZT (свинец-лантан-цирконат титана).

9. Электронно-лучевая трубка по любому из пп. 6-8, в которой толщина сегнетоэлектрического слоя катода находится в пределах от 1 до 100 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10