RU2159478C2 - Autoemission cathode and its manufacturing process; autoemission device - Google Patents
Autoemission cathode and its manufacturing process; autoemission device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2159478C2 RU2159478C2 RU97115249/09A RU97115249A RU2159478C2 RU 2159478 C2 RU2159478 C2 RU 2159478C2 RU 97115249/09 A RU97115249/09 A RU 97115249/09A RU 97115249 A RU97115249 A RU 97115249A RU 2159478 C2 RU2159478 C2 RU 2159478C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitting surface
- field emission
- cathode
- substance
- emitting
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 23
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 34
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical group [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- -1 cesium ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000006386 memory function Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к катоду с автоэлектронной эмиссией, предназначенному для использования в источниках света или подобных устройствах, таких как плазменные дисплеи, электронно-лучевые трубки и т.д., и к способам изготовления таких катодов с автоэлектронной эмиссией. The present invention relates to a field emission cathode intended for use in light sources or similar devices such as plasma displays, cathode ray tubes, etc., and to methods for manufacturing such field emission cathodes.
Предшествующий уровень техники
Для широкого распространения устройств освещения с автоэлектронной эмиссией необходимо, чтобы катоды с автоэлектронной эмиссией имели более высокую эффективность по сравнению с известными катодами. Так как катод с автоэлектронной эмиссией обладает низкой работой выхода, большим сроком службы, не загрязняющим окружающую среду составом и низкой стоимостью изготовления, то он сможет заменить многочисленные источники света на источники света, которые включают в себя средство автоэлектронной эмиссии в комбинации с флуоресцентной поверхностью для излучения видимого света.State of the art
For the wide distribution of lighting devices with field emission it is necessary that the cathodes with field emission have a higher efficiency compared to known cathodes. Since the cathode with field emission has a low work function, a long service life, a non-polluting composition and a low manufacturing cost, it will be able to replace numerous light sources with light sources, which include field emission means in combination with a fluorescent surface for radiation visible light.
Например, в настоящее время затрачиваются большие усилия для устранения недостатков широко использующихся флуоресцентных электронно-лучевых трубок, которые требуют сложных внешних электронных устройств и содержат материалы, отрицательно влияющие на окружающую среду. В настоящих флуоресцентных электронно-лучевых трубках разряд газа используется для возбуждения флуоресцентного вещества, которое, в свою очередь, излучает видимый свет. Чтобы устранить недостатки настоящих флуоресцентных электронно-лучевых трубок требуется новый тип средства эмиссии. For example, great efforts are currently being made to address the shortcomings of commonly used fluorescent cathode ray tubes, which require sophisticated external electronic devices and contain materials that adversely affect the environment. In real fluorescence cathode ray tubes, a gas discharge is used to excite a fluorescent substance, which in turn emits visible light. To eliminate the drawbacks of true fluorescence cathode ray tubes, a new type of emission means is required.
Уровень техники
В патенте США N 4728851 описан катод с автоэлектронной эмиссией, расположенный в устройстве излучения с функцией памяти, который состоит из одного углеродного волокна диаметром порядка 2 мкм с испускающим электроны окончанием, заостренным при помощи коронного разряда до диаметра приблизительно 0,2 мкм.State of the art
US Pat. No. 4,728,851 describes a cathode with field emission located in a radiation device with a memory function, which consists of one carbon fiber with a diameter of the order of 2 μm with an electron-emitting end pointed by a corona discharge to a diameter of about 0.2 μm.
В патенте США N 4272699 описан катод с автоэлектронной эмиссией, размещенный в устройстве с источником ионов, образующихся при соударении электронов, который состоит из пучка углеродных волокон с диаметром в пределах от 2 до 10 мкм с испускающими электроны окончаниями, которые отрезаются и заостряются при помощи любой операции чистовой обработки. US Pat. No. 4,272,699 describes a cathode with electron emission placed in a device with a source of ions produced by the collision of electrons, which consists of a bundle of carbon fibers with a diameter in the range of 2 to 10 μm with electron-emitting ends that are cut and sharpened using any finishing operations.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка способа изготовления катода с автоэлектронной эмиссией, в котором катод выполняют с поверхностью, геометрия которой облегчает достижение локально высоких напряженностей электрического поля, необходимых для получения автоэлектронной эмиссии. Другая задача заключается в разработке способа изготовления катода с автоэлектронной эмиссией, в котором катод имеет высокую механическую и электрическую прочность. Другая задача заключается в разработке способа изготовления катода с автоэлектронной эмиссией, в которой катод имеет низкую работу выхода. Другая задача заключается в разработке способа изготовления катода с автоэлектронной эмиссией, в котором уменьшают отрицательные эффекты загрязнения окружающей среды устройством освещения, включающего в себя катод. Другая задача заключается в разработке способа изготовления катода с автоэлектронной эмиссией, в котором катод имеет преимущественно геометрическую конфигурацию. Другая задача заключается в разработке способа изготовления катода с автоэлектронной эмиссией, в котором катод имеет очень малое время переключения в эмиссии электронов.SUMMARY OF THE INVENTION
The objective of the invention is to develop a method of manufacturing a cathode with field emission, in which the cathode is made with a surface whose geometry facilitates the achievement of locally high electric field strengths necessary to obtain field emission. Another objective is to develop a method for manufacturing a cathode with field emission, in which the cathode has high mechanical and electrical strength. Another objective is to develop a method for manufacturing a cathode with field emission, in which the cathode has a low work function. Another objective is to develop a method for manufacturing a cathode with field emission, in which the negative effects of environmental pollution are reduced by a lighting device including a cathode. Another objective is to develop a method for manufacturing a cathode with field emission, in which the cathode has a predominantly geometric configuration. Another objective is to develop a method for manufacturing a cathode with field emission, in which the cathode has a very short switching time in electron emission.
Другая задача изобретения заключается в разработке катода для автоэлектронной эмиссии с геометрией поверхности, приспособленной для электрических полей с высокой локальной интенсивностью. Дополнительные задачи изобретения катода с автоэлектронной эмиссией заключаются в получении катода с автоэлектронной эмиссией с поверхностью, испускающей электроны и имеющей неравномерную топографию, облегчающую эмиссию электронов, высокую механическую прочность, высокую электрическую стойкость катода, предпочтительно низкую работу выхода электронов, а также длительный срок эксплуатации, высокую эмиссию электронов с единицы площади катода, достаточно низкое время переключения эмиссии электронов и минимизированные негативные эффекты загрязнения окружающей среды, вызываемые устройством освещения, включающим в себя катод. Another objective of the invention is to develop a cathode for field emission with surface geometry adapted to electric fields with high local intensity. An additional object of the invention is a cathode with field emission, which consists in producing a cathode with field emission that emits electrons and has an uneven topography that facilitates the emission of electrons, high mechanical strength, high electrical resistance of the cathode, preferably low electron work function, as well as long life, high life electron emission per unit area of the cathode, a sufficiently low switching time of electron emission and minimized negative effects environmental pollution caused by a lighting device including a cathode.
Другая задача изобретения заключается в усовершенствовании устройства освещения или других устройств с автоэлектронной эмиссией, принципы работы которых основаны на явлении вторичной эмиссии (per se), при использовании по меньшей мере одного катода с автоэлектронной эмиссией с изложенными выше признаками. Another objective of the invention is to improve the lighting device or other devices with field emission, the principles of which are based on the phenomenon of secondary emission (per se), using at least one cathode with field emission with the above features.
Различные признаки новизны, которые характеризуют настоящее изобретение, указаны более конкретно в прилагаемой формуле изобретения и в части его раскрытия. Various novelty features that characterize the present invention are indicated more specifically in the appended claims and in part as disclosed.
В способе изобретения катод с автоэлектронной эмиссией состоит, по меньшей мере, из одного тела, предпочтительно очищенного и содержащего первое вещество, и предпочтительно нормализованного по своей внутренней и поверхностной структуре, которое подвергают обработке в следующих операциях: подготавливают тело или тела при помощи механической, тепловой, эрозионной и/или обработки при помощи облучения, чтобы подготовить, по меньшей мере, одну испускающую электроны поверхность, имеющую неравномерности и облегчающую эмиссию электронов, и модифицируют испускающую поверхность, подавая на тело переменное электрическое поле для того, чтобы возбудить автоэлектронную эмиссию из испускающей поверхности, и увеличивают интенсивность поля, согласно предварительно определенной схеме для того, чтобы сохранить неравномерности испускающей поверхности до такой степени, чтобы можно было сразу подавать максимальное рабочее напряжение (в операции) без какого-либо существенного искажения свойств автоэлектронной эмиссии катода. Способ может содержать операцию добавления к испускающей поверхности второго вещества с более низкой работой выхода по сравнению с первым веществом для того, чтобы понизить напряженность электрического поля, при которой происходило бы возбуждение автоэлектронной эмиссии из испускающей поверхности катода. In the method of the invention, the cathode with field emission consists of at least one body, preferably purified and containing the first substance, and preferably normalized in its internal and surface structure, which is processed in the following operations: prepare the body or bodies using mechanical, thermal erosion and / or irradiation treatment to prepare at least one electron emitting surface having irregularities and facilitating electron emission, and m they differentiate the emitting surface by applying an alternating electric field to the body in order to excite field emission from the emitting surface, and increase the field intensity according to a predetermined scheme in order to maintain the irregularities of the emitting surface to such an extent that the maximum operating voltage can be applied immediately (in operation) without any significant distortion of the cathode’s field emission properties. The method may include the step of adding to the emitting surface a second substance with a lower work function than the first substance in order to reduce the electric field at which field emission would be excited from the emitting surface of the cathode.
Одним способом получения подходящего исходного материала катода является обжиг тела или исходного материала при повышенной температуре для того, чтобы удалить из него другие вещества, отличные от первого вещества или нормализовать его внутреннюю или поверхностную структуру. Под термином нормализация можно понимать уменьшение вероятности появления аморфных структур тела исходного материала. One way to obtain a suitable cathode starting material is to burn the body or the starting material at elevated temperature in order to remove other substances from it other than the first substance or to normalize its internal or surface structure. The term normalization can be understood as a decrease in the probability of the appearance of amorphous body structures of the source material.
Тело катода может иметь любую геометрическую конфигурацию и включает в себя (но не ограничивает) волокно, слой, конусообразное тело и брусок. Термин "неравномерности" не следует понимать как исключение равномерной геометрии, сформированной в регулярной картине на испускающей поверхности. The cathode body can be of any geometric configuration and includes (but is not limited to) a fiber, a layer, a cone-shaped body, and a bar. The term “irregularity” should not be understood as an exception to uniform geometry formed in a regular pattern on an emitting surface.
Более конкретно, операцию подготовки можно выполнить посредством механической полировки, электрического искрового разряда или обработку облучением с использованием ионной бомбардировки. Предпочтительной для выполнения операции подготовки является бомбардировка, проводимая одновременно с операцией модификации (см. ниже). В случае подготовки при помощи ионной бомбардировки, эту операцию можно проводить с помощью ионов второго вещества, которая будет также совмещать операцию добавления с операцией подготовки (и модификации). More specifically, the preparation operation can be performed by mechanical polishing, electric spark discharge, or irradiation treatment using ion bombardment. Preferred for the preparation operation is a bombardment carried out simultaneously with the modification operation (see below). In the case of preparation by ion bombardment, this operation can be carried out using the ions of the second substance, which will also combine the addition operation with the preparation (and modification) operation.
В случае, когда тело катода состоит из пучка волокон, в операции ионной бомбардировки испускающих торцов обычно разворачивают или отклоняют друг от друга испускающие торцы волоконных отрезков, собранных в пучок, причем это развертывание имеет преимущество в более широком распределении эмиссии электронов. In the case where the cathode body consists of a fiber bundle, in the ion bombardment operation of the emitting ends, the emitting ends of the fiber segments assembled into the bundle are usually deployed or deflected from each other, and this deployment has the advantage of a wider distribution of electron emission.
Предпочтительно, первое вещество катода представляет собой углерод или вещество с аналогичными свойствами. Использование углерода является преимущественным, например, благодаря своей способности развивать неравномерности за счет ионной бомбардировки как в процессе изготовления, так и при нормальной эксплуатации. Вторым веществом (имплантат), если используется, может быть цезий или другой подходящий материал с низкой работой выхода. В дальнейшем можно изготовить или разработать подходящее электропроводное тело из выбранного вещества (веществ), находящегося в твердой, жидкой или газообразной фазе или путем внешнего воздействия на тело. Preferably, the first cathode material is carbon or a substance with similar properties. The use of carbon is advantageous, for example, due to its ability to develop irregularities due to ion bombardment both in the manufacturing process and during normal operation. The second substance (implant), if used, may be cesium or other suitable material with a low work function. In the future, it is possible to manufacture or develop a suitable electrically conductive body from the selected substance (s) in the solid, liquid or gaseous phase or by external action on the body.
Неравномерности, остающиеся после операции подготовки испускающих торцов с помощью бомбардировки (облучения), с ионами (возможно добавление или легирование) критичны к свойствам автоэлектронной эмиссии катода. Неравномерности могут состоять из остроконечных вершин (микровершин) или острых окончаний углерода, которые по-возможности легируют цезием. Радиус кривизны остроконечных вершин предпочтительно составляет 0,1-100 нм. Операция модификации испускающей поверхности представляет собой процесс "обжига", в котором округляются остроконечные вершины неравномерностей посредством оплавления за счет теплоты, выделяющейся в процессе автоэлектронной эмиссии. Согласно изобретению этот процесс выполняют очень тщательно, чтобы только самые острые и высокие точки вершин округлялись, оставляя неоплавленными лишь неравномерности, которые выдерживают кратковременную подачу максимального рабочего напряжения. Irregularities remaining after the operation of preparing the emitting ends by bombardment (irradiation) with ions (possibly adding or doping) are critical to the properties of cathode field emission. The irregularities may consist of pointed peaks (micro-peaks) or sharp carbon ends, which, if possible, are doped with cesium. The radius of curvature of the peaked peaks is preferably 0.1-100 nm. The operation of modifying the emitting surface is a "firing" process in which the peaked peaks of the irregularities are rounded by melting due to the heat released during the field emission process. According to the invention, this process is carried out very carefully so that only the sharpest and highest points of the peaks are rounded, leaving only irregularities that can withstand the short-term supply of maximum operating voltage unmelted.
Предпочтительно, переменное напряжение в операции модификации используют в предварительно определенных операциях, соответствующих заданной (непрерывной) кривой, или с плавной регулировкой напряжения до максимального значения, чтобы ограничить вероятность появления локальной плотности тока в остроконечных вершинах (неравномерностях) торцов, превышающей предварительно заданные значения (ограничение или предел точек плавления). Чрезмерное плавление может привести к недостаткам сглаживания поверхности. Этот процесс сглаживания проходит более качественно, если тепло не отводится от остроконечных вершин за счет медленного возрастания тока автоэлектронной эмиссии (интенсивности поля) или в ряде операций в начальный момент времени. Одним возможным путем определения критерия для операции модификации может быть ограничение вероятности локальной плотности тока в неравномерностях вершин, превышающей заданное значение. С другой стороны, переменное электрическое поле будет увеличиваться так, чтобы ограничить искажения этих неравномерностей в этой испускающей поверхности. Preferably, the alternating voltage in the modification operation is used in predetermined operations corresponding to a predetermined (continuous) curve, or continuously adjusting the voltage to a maximum value in order to limit the likelihood of a local current density in the pointed ends (irregularities) of the ends exceeding the predetermined values (limitation or melting point limit). Excessive melting can lead to deficiencies in surface smoothing. This smoothing process takes place more efficiently if heat is not removed from the peaked peaks due to the slow increase in field emission current (field intensity) or in a number of operations at the initial time. One possible way to determine the criterion for the modification operation may be to limit the probability of the local current density in the non-uniformity of the vertices exceeding a given value. On the other hand, the alternating electric field will increase so as to limit the distortion of these irregularities in this emitting surface.
Преимущественным является выполнение операции модификации испускающей поверхности, предназначенной для повышения электрической стойкости ее испускающих вершин (неравномерностей) в разреженной среде, содержащей некоторый остаточный газ (ионы), который будет бомбардировать поверхность при возбуждении электрического поля. Преимущество этого процесса проявляется в результате постоянного развития испускающих вершин с более высокой электрической стойкостью и механической прочностью, так как напряженность электрического поля увеличивают управляемым способом, заставляя меньше работающие по времени вершины плавиться из-за увеличения тока, и заставляя меньше работающие по времени вершины деформироваться из-за увеличения энергии падающих ионов. Этот процесс обеспечивает испускающую поверхность с длительным сроком службы испускающих вершин. При использовании катода будут вновь образовываться испускающие вершины благодаря эффектам, аналогичным тем, которые описаны выше. Preferred is the operation of modifying the emitting surface, designed to increase the electrical stability of its emitting peaks (irregularities) in a rarefied medium containing some residual gas (ions) that will bombard the surface upon excitation of an electric field. The advantage of this process is manifested as a result of the constant development of emitting vertices with higher electrical resistance and mechanical strength, since the electric field strength is increased in a controlled manner, causing less time-working peaks to melt due to an increase in current, and causing less time-working peaks to deform from due to an increase in the energy of incident ions. This process provides an emitting surface with a long service life for emitting vertices. When using the cathode, emitting vertices will again form due to effects similar to those described above.
Обычно, первое вещество катода должно иметь кристаллическую или зернистую структуру или и ту и другую. Кроме того, необходимо, чтобы неравномерности имели форму микропор или полостей с высокой концентрацией, причем первое вещество имело (микро-) зернистую структуру. С другой стороны, катод должен иметь плоскую структуру, что достигается, например, при помощи пирографии. Typically, the first cathode material should have a crystalline or granular structure, or both. In addition, it is necessary that the irregularities be in the form of micropores or cavities with a high concentration, the first substance having a (micro) granular structure. On the other hand, the cathode must have a flat structure, which is achieved, for example, using pyrography.
Операции подготовки, добавления (например, с помощью бомбардировки) и модификации, соответственно, можно использовать независимо или в различном порядке для получения катода с автоэлектронной эмиссией с улучшенными характеристиками. Следует понимать, что эти операции могут быть также выполнены в различных комбинациях, последовательно, непрерывно или повторно. The preparation, addition (for example, by bombardment) and modification operations, respectively, can be used independently or in a different order to obtain a field emission cathode with improved characteristics. It should be understood that these operations can also be performed in various combinations, sequentially, continuously or repeatedly.
На одной подложке можно объединить несколько катодов в составной катод, который может использоваться в конкретном устройстве освещения. On the same substrate, several cathodes can be combined into a composite cathode, which can be used in a particular lighting device.
Изобретение предназначено для применения не только в лампах, флуоресцентных трубках, электронно-лучевых трубках, но и в других устройствах, работа которых основана на явлении автоэлектронной эмиссии. Изобретение можно также применять только с одной остроконечной вершиной (неравномерностью). The invention is intended for use not only in lamps, fluorescent tubes, cathode ray tubes, but also in other devices whose operation is based on the phenomenon of field emission. The invention can also be applied with only one pointed peak (unevenness).
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения иллюстрируется ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает часть пучка, выполненного из множества волокон, которые составляют один катод с автоэлектронной эмиссией, и полученного после операции разрезания волокон на отрезки и обжиг волокон согласно изобретению;
фиг. 2 изображает волокна (фиг. 1) после операции ионной бомбардировки, в которой испускающие поверхности торцов волоконных отрезков расходятся между собой;
фиг. 3 изображает схематически возможный "грубый" профиль поверхности, которую обычно подготавливают для эмиссии в последующих операциях, и конкретно - торцевую поверхность одного волоконного отрезка (фиг.1);
фиг.4 изображает схематически возможный "многоточечный" профиль испускающей поверхности, которую в дальнейшем обычно модифицируют для эмиссии в последующей операции, и конкретно - торцевую поверхность одного волоконного отрезка (фиг. 2);
фиг. 5 изображает схематически возможный округленный профиль испускающей поверхности, которую обычно подготавливают и модифицируют для эмиссии, и конкретно - торцевую поверхность одного волоконного отрезка (фиг.2) после операции модификации торцов волоконных отрезков с помощью переменного напряжения;
фиг. 6 изображает катод с автоэлектронной эмиссией, изготовленный в виде матрицы на подложке в устройстве освещения, который выполняют с модулирующим сеточным электродом, анодом и флуоресцентным слоем, и работающий внутри откачанного стеклянного сосуда согласно изобретению.Brief Description of the Drawings
The invention is illustrated by reference to the accompanying drawings, in which:
figure 1 depicts a portion of a beam made of many fibers that make up a single cathode with field emission, and obtained after the operation of cutting the fibers into segments and firing the fibers according to the invention;
FIG. 2 depicts fibers (Fig. 1) after an ion bombardment operation in which the emitting surfaces of the ends of the fiber segments diverge from each other;
FIG. 3 depicts a schematically possible “rough” surface profile, which is usually prepared for emission in subsequent operations, and specifically, the end surface of one fiber section (FIG. 1);
figure 4 depicts a schematically possible "multi-point" profile of the emitting surface, which is subsequently usually modified for emission in the subsequent operation, and specifically the end surface of one fiber segment (Fig. 2);
FIG. 5 shows a schematically possible rounded profile of an emitting surface, which is usually prepared and modified for emission, and specifically, the end surface of one fiber segment (FIG. 2) after the operation of modifying the ends of the fiber segments using alternating voltage;
FIG. 6 depicts a field emission cathode made in the form of a matrix on a substrate in a lighting device that is configured with a modulating grid electrode, an anode, and a fluorescent layer and operating inside an evacuated glass vessel according to the invention.
Описание предпочтительного варианта осуществления
В предпочтительном способе изобретения, катод с автоэлектронной эмиссией изготавливают из волоконного материала, содержащего первое вещество, причем способ содержит, во-первых, операции совмещения множества волокон волоконного материала, разрезание (механическое или при помощи расплавления) пучков, выполненных из волоконного материала, при этом каждый пучок состоит из множества волоконных отрезков заданной длины, и обжиг волоконных отрезков для того, чтобы удалить, из него другие вещества, отличные от первого вещества и/или нормализовать структуру первого вещества в волоконных отрезках.Description of Preferred Embodiment
In a preferred method of the invention, the cathode with field emission is made of fiber material containing the first substance, the method comprising, firstly, combining a plurality of fibers of the fiber material, cutting (mechanically or by melting) the beams made of fiber material, wherein each bundle consists of a plurality of fiber segments of a given length, and firing the fiber segments in order to remove from it other substances other than the first substance and / or normal to form the structure of the first substance in fiber segments.
После разрезания и обжига, каждый волоконный отрезок пучка имеет испускающую торцевую поверхность с характерными неравномерностями. After cutting and firing, each fiber section of the beam has an emitting end surface with characteristic irregularities.
Во-вторых, способ содержит операции, в которых облучают ионами испускающие торцевые поверхности волоконных отрезков для увеличения и улучшения структуры неравномерностей испускающих торцевых поверхностей для того, чтобы повысить эффективность автоэлектронной эмиссии (локальные электрические поля с максимальной напряженностью обычно формируются на неравномерностях или остроконечных вершинах), и модифицируют испускающие торцевые поверхности путем подачи переменного напряжения на волоконные отрезки и повышают в соответствии с заданной схемой переменное напряжение, во время автоэлектронной эмиссии из испускающих торцевых поверхностей для того, чтобы сохранить неравномерности испускающих торцевых поверхностей, в такой степени, что максимальное рабочее напряжение можно затем прикладывать моментально (в операции) без какого-либо существенного ухудшения свойств эмиссии катода. Secondly, the method comprises operations in which the emitting end surfaces of the fiber segments are irradiated with ions to increase and improve the structure of the irregularities of the emitting end surfaces in order to increase the efficiency of field emission (local electric fields with maximum intensity are usually formed on irregularities or pointed peaks), and modify the emitting end surfaces by applying alternating voltage to the fiber segments and increase in accordance with the task In this scheme, the alternating voltage during field emission from the emitting end surfaces in order to preserve the unevenness of the emitting end surfaces, to such an extent that the maximum operating voltage can then be applied instantly (in operation) without any significant deterioration of the cathode emission properties.
Операции облучения и модификации выполняют одновременно в откачанной среде, содержащей остаточные ионы газа. Ионная бомбардировка может включать в себя дополнительные ионы второго вещества с более низкой работой выхода, чем первое вещество. The irradiation and modification operations are performed simultaneously in an evacuated medium containing residual gas ions. Ion bombardment may include additional ions of a second substance with a lower work function than the first substance.
Начиная, например, с коммерчески используемых углеродполиакрилнитриловых волокон или других подходящих материалов, содержащих углерод, катоды формируют путем механического разрезания углеродных волокон. На фиг.1 и 2 изображен катод с автоэлектронной эмиссией настоящего изобретения, который состоит из пучка 1 углеродных волокон 3 с испускающими торцами 2. Пучок 1 может содержать порядка сотни или более волокон 3. Диаметр волокна 3 составляет несколько микрометров. Для наглядности на фиг.1 и 2 изображено небольшое число углеродных волоконных отрезков. Starting, for example, with commercially used carbon polyacrylonitrile fibers or other suitable materials containing carbon, cathodes are formed by mechanically cutting carbon fibers. 1 and 2 show the cathode with field emission of the present invention, which consists of a
В первой операции подготовки разрезанные волоконные пучки обжигают, предпочтительно, на открытом воздухе при температуре, которую постоянно увеличивают в течение около 1,5 часов до приблизительно 500oC и затем поддерживают в течение 8-10 мин. Эта обработка позволяет повысить эффективность формирования неравномерностей испускающей поверхности. На фиг.1 показана только часть пучка 1 волокон 3 с излучающими торцами 2 после обжига. На фиг. 3 показан профиль 5 одного волокна 4 после обжига, причем профиль 4 испускающего торца имеет небольшие неравномерности.In the first preparation step, the cut fiber bundles are fired, preferably in the open air, at a temperature that is constantly increased over about 1.5 hours to about 500 ° C. and then maintained for 8-10 minutes. This treatment improves the efficiency of the formation of irregularities of the emitting surface. Figure 1 shows only part of the
Следующую операцию подготовки испускающих торцов выполняют вместе с операцией модификации ("обжига") в вакуумной камере. Давление в камере составляет приблизительно 106 Top, которое означает, что камера содержит некоторый остаточный газ. При достаточно сильном возбуждении катода электрическим полем происходит эмиссия электронов из испускающих торцов. Электрическое поле также заставляет ионы остаточного газа ускоряться по направлению к испускающей поверхности и бомбардировать ее, образуя новые неравномерности. При повышении напряженности электрического поля эмиссия достигает максимальных значений в наиболее острых неравномерностях (максимумах), заставляя их локально оплавляться. Если сильное электрическое поле увеличивают медленно, плавление будет ограничено, и существенная часть неравномерностей будет сохранена, и также будут сохранены свойства автоэлектронной эмиссии испускающих торцов. Предпочтительно, электрическое поле увеличивают в пяти, по возможности, равных операциях от нуля до максимального рабочего напряжения, причем каждая операция занимает несколько минут, например, 10 мин.The following preparation operation of the emitting ends is performed together with the modification (“firing”) operation in the vacuum chamber. The pressure in the chamber is approximately 10 6 Top, which means that the chamber contains some residual gas. With a sufficiently strong excitation of the cathode by an electric field, the emission of electrons from the emitting ends occurs. The electric field also causes the residual gas ions to accelerate towards the emitting surface and bombard it, forming new irregularities. With an increase in the electric field, the emission reaches its maximum values in the most acute irregularities (maximums), causing them to melt locally. If a strong electric field is increased slowly, melting will be limited, and a significant part of the irregularities will be preserved, and the field emission properties of the emitting ends will also be preserved. Preferably, the electric field is increased in five, if possible, equal operations from zero to the maximum operating voltage, and each operation takes several minutes, for example, 10 minutes
Фиг. 2 показывает только часть пучка 1 волокон 3 с испускающими торцами 2 после облучения, в котором достигается еще один положительный эффект. Испускающие торцы 2 (окончания волоконных отрезков) слегка отделяют друг от друга, чтобы получить более широкое распределение испускаемых электронов. Фиг. 4 изображает профиль 7 одного волокна 6 после облучения, причем профиль 7 излучающего торца имеет высокие и острые неравномерности 8. Фиг. 5 изображает профиль 10 одного волокна 9 после модификации, при этом профиль 10 испускающего торца имеет высокие и слегка закругленные неравномерности 11. FIG. 2 shows only part of the
Операцию облучения (бомбардировка) испускающих торцов можно выполнять с помощью ионов цезия или подобным веществом с низкой работой выхода. Ионы затем насыщают поверхность испускающих торцов, таким образом уменьшая работу выхода электронов испускающих торцов. Эти удары, приводящие к облучению, подобно остаточным ионам газа, также заставляют заостряться неравномерности испускающих торцов. The operation of irradiation (bombardment) of the emitting ends can be performed using cesium ions or a similar substance with a low work function. The ions then saturate the surface of the emitting ends, thereby reducing the work function of the electrons of the emitting ends. These impacts, leading to irradiation, like residual gas ions, also make the irregularities of the emitting ends sharpen.
Операцию модификации можно выполнять на различных этапах изготовления катода с автоэлектронной эмиссией согласно изобретению. Например, модификацию можно выполнить, когда волокна (или тела) обрабатывают в вакуумной камере или когда их устанавливают в устройстве освещения или в любом устройстве, испускающем электроны. The modification operation can be performed at various stages of manufacturing a cathode with field emission according to the invention. For example, the modification can be performed when the fibers (or bodies) are processed in a vacuum chamber or when they are installed in a lighting device or in any device emitting electrons.
Фиг. 6 изображает источник света с катодами с автоэлектронной эмиссией, которые используются в виде пучков 1, предпочтительно в матрице, установленной на проводящей подложке 17. В той же самой плоскости, как и матрица, и в непосредственной близости, порядка 10 мм, от испускающих торцов пучка 1 выполняют модулирующий электрод 12 с апертурой, расположенной по центру вокруг каждого пучка. Подложка 17 и модулятор 12 размещают на диэлектрических стойках 18 внутри стеклянного сосуда с откачанным газом с верхней граничной стеклянной пластиной 15 и с нижней стеклянной граничной пластиной 16. Напротив пучка 1 и модулятора, на внутренней стороне верхней границы 15 выполняют анод 13 и люминесцентный слой 14. Анод 13, модулятор 12 и подложка 17 имеют электрические выводы А, В и С, соответственно, для подачи напряжений, которые приводят к испусканию электронов из пучка 1, их прохождению через апертуры модулятора к люминесцентному слою 14, соединенному с анодом 13. При попадании электронов на люминесцентный слой 14, излучается свет, выходящий из прозрачного анода 13 и стеклянного сосуда, FIG. 6 depicts a light source with field emission cathodes that are used in the form of
Claims (20)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9500554A SE504603C2 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Method of manufacturing a field emission cathode and field emission cathode |
| SE9500554-2 | 1995-02-15 | ||
| US08/467,825 | 1995-06-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97115249A RU97115249A (en) | 1999-07-10 |
| RU2159478C2 true RU2159478C2 (en) | 2000-11-20 |
Family
ID=20397229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97115249/09A RU2159478C2 (en) | 1995-02-15 | 1996-02-15 | Autoemission cathode and its manufacturing process; autoemission device |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BR9607607A (en) |
| RU (1) | RU2159478C2 (en) |
| SE (1) | SE504603C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2430446C2 (en) * | 2008-12-02 | 2011-09-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Method of fabricating electron emitter and method of fabricating image display |
| RU2692594C2 (en) * | 2017-08-07 | 2019-06-25 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Ionic rocket engine |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1309423A (en) * | 1969-03-14 | 1973-03-14 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Field-emission cathodes and methods for preparing these cathodes |
| US4272699A (en) * | 1978-03-13 | 1981-06-09 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V | Electron impact ion source with field emission cathode |
| US4663559A (en) * | 1982-09-17 | 1987-05-05 | Christensen Alton O | Field emission device |
| US4728851A (en) * | 1982-01-08 | 1988-03-01 | Ford Motor Company | Field emitter device with gated memory |
-
1995
- 1995-02-15 SE SE9500554A patent/SE504603C2/en not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-02-15 BR BR9607607A patent/BR9607607A/en not_active IP Right Cessation
- 1996-02-15 RU RU97115249/09A patent/RU2159478C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1309423A (en) * | 1969-03-14 | 1973-03-14 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Field-emission cathodes and methods for preparing these cathodes |
| US4272699A (en) * | 1978-03-13 | 1981-06-09 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V | Electron impact ion source with field emission cathode |
| US4728851A (en) * | 1982-01-08 | 1988-03-01 | Ford Motor Company | Field emitter device with gated memory |
| US4663559A (en) * | 1982-09-17 | 1987-05-05 | Christensen Alton O | Field emission device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2430446C2 (en) * | 2008-12-02 | 2011-09-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Method of fabricating electron emitter and method of fabricating image display |
| US8388400B2 (en) | 2008-12-02 | 2013-03-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of fabricating electron-emitting device and method of manufacturing image display apparatus |
| RU2692594C2 (en) * | 2017-08-07 | 2019-06-25 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Ionic rocket engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9500554L (en) | 1996-08-16 |
| BR9607607A (en) | 1998-11-17 |
| SE504603C2 (en) | 1997-03-17 |
| SE9500554D0 (en) | 1995-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5973446A (en) | Field emission cathode and methods in the production thereof | |
| EP1498931B1 (en) | Cathodoluminescent light source | |
| JPH11510951A (en) | Fluorescent light | |
| AU689702B2 (en) | A field emission cathode and methods in the production thereof | |
| US5877588A (en) | Field emission cathode and a light source including a field emission cathode | |
| AU5720900A (en) | Method of producing a field emission cathode, a field emission cathode and a light source | |
| RU2207653C2 (en) | Cold cathode made of cellular carbon material | |
| RU2159478C2 (en) | Autoemission cathode and its manufacturing process; autoemission device | |
| JP2005032638A5 (en) | ||
| JPH11120901A (en) | Method of producing field emission type cold cathode material by radiation | |
| US3775630A (en) | Electron gun device of field emission type | |
| JPS62140332A (en) | field emission cathode | |
| EP1744343B1 (en) | Carbon based field emission cathode and method of manufacturing the same | |
| RU211771U1 (en) | cathodoluminescent source of ultraviolet radiation | |
| RU2640355C2 (en) | Cathode manufacturing method based on array of field-emission emitters | |
| RU2155416C2 (en) | Light source of high brilliance | |
| Kyaw et al. | A review of power source for nanostructured carbon materials in cathodoluminescence light sources | |
| RU2073282C1 (en) | Method of fabrication of graphite foil and installation of it on accelerated ion beam | |
| Ganter et al. | High current electron emission from microscopic tips | |
| Menon et al. | Development of an ion source for long-pulse (30-s) neutral beam injection | |
| US3521113A (en) | Electron beam apparatus incorporating a hollow pyramidal indirectly heated cathode member | |
| Kolodyazhnyj et al. | The study of field emission properties of carbon fibers | |
| SU1189278A1 (en) | Method of producing electron source | |
| JP2007265685A (en) | Probe for electron source | |
| Shiji et al. | Key skill study of impregnated cathode unit applied in multiple beam klystron |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040216 |