Плоский люминесцентный экран, способ изготовления плоского люминесцентного экрана и способ получения изображения на плоском люминесцентном экране

 

Плоский люминесцентный экран содержит подложку, матрицу электропроводящих элементов в виде строк и столбцов, размещенную на подложке. Эмиттер выполнен в виде множества микроострий из электропроводящего материала, размещенных на участках пересечения строк и столбцов и имеющих высоту h и диаметр d. На каждом участке пересечения строк и столбцов, являющемся ячейкой изображения, размещено по меньшей мере одно микроострие. Пленка люминофора с активаторами выбрана из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn, или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Cy, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров. Анод в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала размещен на пленке люминофора с активаторами. Пленка полупроводника размещена на поверхности эмиттера на вершинах микроострий и предназначена для разогрева электронов. Толщина пленки меньше половины высоты микроострия. Пленка люминофора с активаторами размещена на поверхности пленки полупроводника, имеет толщину, определяемую длиной релаксации максимальной энергии W_max горячих электронов, и другой стороной контактирует с анодом. В областях между микроостриями размещен диэлектрический материал. Расстояние между строками и столбцами находится в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия. Технический результат - создание плоского люминесцентного экрана, в котором размещение пленки полупроводника на поверхности эмиттера на вершинах микроострий позволит повысить разрешающую способность изображения, увеличить его яркость, уменьшить вес экрана и его толщину, упростить его конструкцию, а также получить гибкий и свертываемый экран. 3 с. и 19 з.п.ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение относится к технической физике, а более точно - к плоскому люминесцентному экрану, способу изготовления этого экрана, а также к способу получения изображения на указанном экране.

Изобретение может быть использовано в телевидении, компьютерной технике, а также в вычислительной технике для получения изображений на экране телевизора, компьютера, ноут-бука.

Известен плоский люминесцентный экран (см., например, Ж.Луи и др. Appl. Phys. Lett., 1994 г, т.65, стр.2842), содержащий подложку, систему развертки изображения, автоэлектронный эмиттер в виде кремниевых микроострий, покрытых алмазным слоем для увеличения интенсивности эмиссии и слой люминофора, отделенный вакуумным промежутком от автоэлектронного эмиттера, а также оптически прозрачную пленку анода на поверхности люминофора.

Указанный экран имеет ряд недостатков. Экран размещен на поверхности стеклянной объемной колбы, которая вакуумируется. Микроострия имеют разные исходные размеры и эмиссионные характеристики и нестабильны в сильных электрических полях порядка 10⁷ В/см за счет поверхностной электродиффузии, а также остаточного газа в колбе, что вызывает неоднородность и нестабильность тока эмиссии и, следовательно, нестабильной люминесценции на поверхности экрана. Указанный экран имеет большой вес, сложную конструкцию, не является гибким.

Известен плоский люминесцентный экран, содержащий подложку, матрицу электропроводящих элементов в виде строк и столбцов, размещенную на подложке, эмиттер, выполненный в виде множества микроострий из электропроводящего материала, размещенных на пересечении строк и столбцов и имеющих высоту h и диаметр d, так что на каждом участке пересечения строк и столбцов, являющемся ячейкой изображения, размещено по меньшей мере одно микроострие, пленку люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn, или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Ce, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров, анод в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала, размещенный на пленке люминофора с активаторами (см., например, патент ЕР N 0609532, 1994 г).

Указанный экран имеет ряд недостатков. Экран размещен на поверхности стеклянной объемной колбы, которая вакуумируется. Микроострия имеют открытую поверхность в остаточной атмосфере в области эмиссионного торца, а также локализацию в области этого торца сильного электрического поля. Это в совокупности обуславливает поверхностную электродиффузию и нестабильность во времени эмиссионных характеристик. Нестабильность тока эмиссии обуславливает нестабильность люминесценции на поверхности экрана. Кроме того, работа выхода графита не оптимальна для автоэлектронной (полевой) эмиссии. Указанный экран имеет большой вес, сложную конструкцию, не является гибким.

Известен способ получения изображений, заключающийся в том, что обеспечивают эмиссию электронов в области максимума локального усиления электрического поля на системе микроострий, осуществляют модуляцию туннельного тока видеосигналом, обеспечивают развертку и ускорение электронов в вакуумном промежутке и последующую люминесценцию (см., например, ЕР N 0476975, 1990).

В указанном способе при подаче управляющих импульсов напряжения эмиссию, модуляцию и ускорение электронов осуществляют в остаточной атмосфере неконтролируемого химического состава. При этом не определены пределы осуществления процессов ускорения и люминесценции относительно максимума E_макс. и минимума E_мин неоднородного электрического поля в системе микроострий. Получаемое изображение имеет низкую разрешающую способность плохие характеристики яркости, контрастности.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания плоского люминесцентного экрана, в котором размещение пленки полупроводника на поверхности эмиттера на вершинах микроострий позволит повысить разрешающую способность изображения, увеличить его яркость, уменьшить вес экрана и его толщину, упростить его конструкцию, а также получить гибкий и свертываемый экран.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа изготовления плоского люминесцентного экрана, в котором размещение пленки полупроводника на поверхности эмиттера на вершинах микроострий и формирование эмиттера в виде множества микроострий позволит повысить разрешающую способность изображения, увеличить его яркость, уменьшить вес экрана и его толщину, упростить его конструкцию, а также получить гибкий и свертываемый экран.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа получения изображения на плоском люминесцентном экране, в котором осуществление модуляции плотности тока электронов и выбор пространственного положения области ускорения электронов и люминесценции в неоднородном локально усиленном электрическом поле управляющих импульсов позволит повысить разрешающую способность изображения и увеличить его яркость.

Поставленная задача решается тем, что плоский люминесцентный экран, содержащий подложку, матрицу электропроводящих элементов в виде строк и столбцов, размещенную на подложке, эмиттер, выполненный в виде множества микроострий из электропроводящего материала, размещенных на участках пересечения строк и столбцов и имеющих высоту h и диаметр d, так что на каждом участке пересечения строк и столбцов, являющемся ячейкой изображения, размещено по меньшей мере одно микроострие, пленку люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn, или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Ce, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров, анод в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала, размещенный на пленке люминофора с активаторами, согласно изобретению содержит пленку полупроводника, размещенную на поверхности эмиттера на вершинах микроострий и предназначенную для разогрева электронов, толщина которой меньше половины высоты микроострия, при этом пленка люминофора с активаторами размещена на поверхности пленки полупроводника, имеет толщину, определяемую длиной релаксации максимальной энергии W_max горячих электронов, и другой стороной контактирует с анодом, в областях между микроостриями размещен диэлектрический материал, при этом расстояние между строками и столбцами находится в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

Целесообразно, чтобы диэлектрический материал между микроостриями был выбран из группы, состоящей из нитрида металла, оксида металла, алмаза, полимера.

Полезно, чтобы микроострия были выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из графита и металла.

Выгодно, чтобы соотношение h к d находилось в пределах от 1 до 1000.

Целесообразно, чтобы диаметр острия определялся из соотношения где e - заряд электрона, k - коэффициент усиления электрического поля на микроострие, E_min - величина электрического поля между эмиттером и анодом при отсутствии микроострий, равная величине электрического поля при отсутствии гашения люминесценции в пленке люминофора.

Полезно, чтобы количество микроострий на одном участке пересечения находилось в пределах от одного до ста, причем расстояние между микроостриями находилось в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

Выгодно, чтобы на торце каждого микроострия был размещен соответствующий диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Полезно также, чтобы каждое микроострие представляло собой группу графитовых нанотрубок, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Целесообразно также, чтобы каждое микроострие представляло собой группу графитовых треков высокоэнергетичных ионов в алмазной пленке, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Полезно также, чтобы каждое микроострие представляло собой одно графитовое микроострие, на торце которого расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Выгодно также, чтобы каждое микроострие представляло собой металлическое микроострие, торец которого служит отражающим элементом.

Поставленная задача решается также тем, что в способе изготовления плоского люминесцентного экрана, заключающемся в том, что формируют на подложке матрицу электропроводящих элементов в виде строк и столбцов, на участке пересечения строк и столбцов матрицы формируют эмиттер в виде множества микроострий из электропроводящего материала, имеющих высоту h и диаметр d, так что на каждом участке пересечения строк и столбцов, являющемся ячейкой изображения, сформировано по меньшей мере одно микроострие, наносят пленку люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn, или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Ce, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров, наносят на пленку люминофора с активаторами анод в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала, согласно изобретению на поверхность эмиттера на вершинах микроострий конденсируют пленку полупроводника, предназначенную для разогрева электронов в электрическом поле, толщина которой меньше половины высоты микроострия, при этом пленку люминофора с активаторами конденсируют на поверхности пленки полупроводника толщиной, определяемой длиной релаксации максимальной энергии W_max горячих электронов, в областях между микроостриями размещают диэлектрический материал, при формировании матрицы расстояние между строками и столбцами устанавливают в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

Целесообразно, чтобы диэлектрический материал между микроостриями был выбран из группы, состоящей из нитрида металла, оксида металла, алмаза, полимера.

Полезно, чтобы микроострия выполняли из материала, выбранного из группы, состоящей из графита и металла.

Выгодно, чтобы соотношение h к d устанавливали в пределах от 1 до 1000.

Полезно также, чтобы диаметр d микрооcтpия определяли из соотношения где e - заряд электрона, k - коэффициент усиления электрического поля на микроострие, E_min - величина электрического поля между эмиттером и анодом при отсутствии, микроострий, равная величине электрического поля при отсутствии гашения люминесценции в пленке люминофора.

Выгодно также, чтобы количество микроострий на одном участке пересечения устанавливали в пределах от одного до ста, причем расстояние между микроостриями устанавливают в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

Целесообразно также, чтобы на торце каждого микроострия размещали соответствующий диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Полезно также, чтобы каждое микроострие выполняли в виде группы графитовых нанотрубок, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Выгодно также, чтобы каждое микроострие выполняли в виде группы графитовых треков высокоэнергетичных ионов в алмазной пленке, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Полезно также, чтобы каждое микроострие выполняли в виде графитового микроострия, на торце которого расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Выгодно также, чтобы каждое микроострие выполняли в виде металлического микроострия, торец которого служит отражающим элементом.

Поставленная задача решается также тем, что в способе получения изображения на плоском люминесцентном экране, заключающемся в том, что прикладывают посредством матричной адресации по поверхности экрана управляющие импульсы напряжения к аноду в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала и к эмиттеру, выполненному в виде множества микроострий из электропроводящего материала, имеющих высоту h и диаметр d, при этом формируют пространственное неоднородное электрическое поле на множестве микроострий эмиттера, имеющее локальный максимум E_макс. = к E_мин. в области торцев указанного множества микроострий, посредством этого возбуждают туннельную эмиссию электронов с торцев микроострий эмиттера, электрически связанного с матрицей, модулируют плотность тока электронов в заданном диапазоне, затем ускоряют полученный промодулированный поток электронов и посредством этого потока возбуждают люминесценцию в пленке люминофора, получают изображение на плоском экране в виде модулированной по интенсивности люминесценции из пленки люминофора, согласно изобретению величину импульса напряжения для ускорения электронов выбирают в диапазоне от величины, равной величине напряжения разогрева электронов электрическим полем в пленке полупроводника, до величины напряжения пробоя пленки полупроводника и осуществляют в пределах до половины высоты микроострия, а модуляцию плотности тока электронов осуществляют величиной импульса напряжения ускорения электронов в указанном диапазоне, при этом толщина создаваемого слоя объемного заряда электронов в пленке полупроводника превышает толщину пленки полупроводника, возбуждение люминесценции горячими электронами с модулированной плотностью тока электронов осуществляют при отсутствии гашения люминесценции электрическим полем управляющих импульсов напряжения, формируемым в области микроострия в области минимума электрического поля.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: Фиг. 1 изображает плоский люминесцентный экран (поперечный разрез) согласно изобретению; Фиг. 2 - строки и столбца матрицы с микроостриями (вид сверху) согласно изобретению; Фиг.3 - диаграмма цветностей x, y системы МКО (Международная Комиссия по Освещению) XYZ, причем X, Y, Z являются нереальными цветами, выбранными так, что кривые сложения этой системы не имеют отрицательных участков, а координата у определяет яркость наблюдаемого окрашенного объекта, согласно изобретению; Фиг. 4 - размещение микроострий на участке перечения строк и столбцов, согласно изобретению; Фиг. 5 - микроострие, выполненное в виде группы графитовых нанотрубок, согласно изобретению;
Фиг. 6 - микроострие, выполненное в виде графитовых треков высокооэнергетичных ионов, согласно изобретению;
Фиг.7 - микроострие, выполненное из графита, согласно изобретению;
Фиг. 8 - микроострие, выполненное из металла, согласно изобретению;
Фиг. 9 - диаграмма распределения напряженности электрического поля управляющих импульсов напряжения, согласно изобретению;
Фиг. 10 - диаграмма зависимости коэффициента k усиления электрического поля на одном микроострие эмиттера в зависимости от соотношения высоты микроострия и его диаметра, согласно изобретению;
Фиг. 11 - диаграммы зависимости коэффициента k усиления электрического поля на множестве микроострий эмиттера в зависимости от отношения расстояния x от торцев микроострий к их высоте h при четырех значениях отношения расстояния L3 между микроостриями в ячейке изображения к диаметру d микроострия, согласно изобретению.

Плоский люминесцентный экран содержит подложку 1 (фиг. 1), на которой размещена матрица 2 электропроводящих элементов в виде строк 3 (фиг.2) и столбцов 4.

Экран содержит также эмиттер 5 (фиг. 1), выполненный в виде множества микроострий 6 из электропроводящего материала, размещенных на участках 7 (фиг.2) пересечения строк 3 и столбцов 4 и имеющих высоту h (фиг. 1) и диаметр d, так что на каждом участке 7 пересечения строк и столбцов, являющемся ячейкой 8 изображения, размещено по меньшей мере одно микроострие 6.

В областях между микроостриями 6 размещен диэлектрический материал 9, который выбран из группы, состоящей из нитрида металла, оксида металла, алмаза, полимера.

На поверхности эмиттера 5 на вершинах микроострий 6 размещена пленка 10 полупроводника, предназначенная для разогрева электронов, толщина L1 которой меньше половины высоты микроострий 6.

Экран содержит пленку 11 люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn, или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Ce, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров (фиг.3).

На фиг. 3 показана диаграмма цветностей x, y системы МКО (Международная Комиссия по Освещению) XYZ, причем X, Y, Z являются нереальными цветами, выбранными так, что кривые сложения этой системы не имеют отрицательных участков, а координата у характеризует яркость наблюдаемого окрашенного объекта. Пленка полупроводника имеет максимальные величины τ, μτ, E_проб в области разогрева электронов электрическим полем, например, ZnS со связью Фрелиха, где τ - время релаксации энергии электронов в пленке полупроводника, μ - подвижность электронов, E_проб - электрическое поле пробоя пленки полупроводника.

При этом пленка 11 люминофора с активаторами размещена на поверхности пленки 10 полупроводника, имеет толщину L2, определяемую длиной релаксации энергии горячих электронов.

На пленке 11 люминофора с активаторами размещен анод 12 в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала.

Расстояние между строками 3 (фиг.2) и столбцами 4 находится в пределах от диаметра d микроострия 6 до высоты h микроострия.

Микроострия 6 могут быть выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из графита и металла, при этом в описываемом варианте микроострия 6 выполнены из графита.

Соотношение h к d в общем случае находится в пределах от 1 до 1000, в описываемом варианте соотношение равно 100.

Оптимальное отношение h к d, т.е. коэффициент k микроострия определяется из уравнения

где β - приблизительно равно 0,5, E_проб - напряженность электрического поля пленки полупроводника, E_люм - величина электрического поля при отсутствии гашения электрическим полем люминесценции пленки люминофора.

Диаметр острия определяется из соотношения

где W_max - максимальная энергия горячих электронов в пленке полупроводника, e - заряд электрона, k - коэффициент усиления электрического поля на микроострие 6, E_min - величина электрического поля между эмиттером 5 и анодом 12 при отсутствии микроострий 6, равная величине электрического поля при отсутствии гашения люминесценции в пленке люминофора.

Количество микроострий 6 (фиг.4) на одном участке 7 пересечения находится в пределах от одного до ста (на фиг.4 для удобства показано только шестнадцать микроострий). Расстояние L3 между микроостриями 6 находится в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия 6.

На торце 13 (фиг. 1) каждого микроострия 6 размещен соответствующий диск 14 из металла, служащего отражающим элементом, толщина L4 которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне.

Каждое микроострие 6 (фиг.5) представляет собой группу графитовых нанотрубок 15, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск 14 из металла, служащего отражающим элементом, толщина L4 которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Возможен другой вариант выполнения, когда каждое микроострие 6 (фиг.6) представляет собой группу графитовых треков 16 высокоэнергетичных ионов в алмазной пленке, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск 14 из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Возможен еще один вариант выполнения, когда каждое микроострие 6 (фиг.7) представляет собой одно графитовое микроострие, на торце которого расположен диск 14 из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

Возможен также еще один вариант выполнения, когда каждое микроострие 6 (фиг. 8) представляет собой металлическое микроострие, торец 13 которого служит отражающим элементом.

Способ изготовления плоского люминесцентного экрана осуществляется следующим образом.

Формируют на подложке 1 (фиг. 1) матрицу 2 электропроводящих элементов в виде строк и столбцов,
На участке 7 пересечении строк 3 и столбцов 4 матрицы 2 формируют эмиттер 5 в виде множества микроострий 6 из электропроводящего материала, имеющих высоту h и диаметр d. При этом на каждом участке 7 пересечения строк 3 и столбцов 4, являющемся ячейкой 8 изображения, формируется по меньшей мере одно микроострие 6.

В областях между микроостриями размещают диэлектрический материал 9. Диэлектрический материал между микроостриями выбирают из группы, состоящей из нитрида металла, оксида металла, алмаза, полимера.

При формировании матрицы 2 расстояние между строками 3 и столбцами 4 устанавливают в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

Микроострия 6 выполняют из материала, выбранного из группы, состоящей из графита и металла. В описываемом варианте микроострия выполняют из графита. Соотношение h к d устанавливают в пределах от 1 до 1000.

В случае выполнения микроострия 6 из графита на торце 13 каждого микроострия размещают соответствующий диск 14 из металла, служащего отражающим элементом, толщина L4 которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне.

На поверхность эмиттера 5 на вершинах микроострий 6 конденсируют пленку 10 полупроводника, предназначенную для разогрева электронов в электрическом поле, толщина L1 которой меньше половины высоты микроострия 6.

На пленку 10 полупроводника наносят пленку 11 люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn, или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Ce, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров. При этом пленку 11 люминофора с активаторами конденсируют на поверхности пленки 10 полупроводника толщиной L2, определяемой длиной релаксации максимальной энергии W_макс. горячих электронов.

Наносят на пленку 11 люминофора с активаторами анод 12 в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала, при этом пленку люминофора с активаторами конденсируют на поверхности пленки полупроводника толщиной, определяемой длиной релаксации энергии горячих электронов.

Способ получения изображения на плоском люминесцентном экране осуществляется следующим образом.

Прикладывают посредством матричной адресации по поверхности экрана управляющие импульсы напряжения к аноду 12 в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала и к эмиттеру 5, выполненному в виде множества микроострий 6 из электропроводящего материала и имеющих высоту h и диаметр d.

При этом формируют пространственное неоднородное электрическое поле E (фиг. 9) на множестве микроострий 6 эмиттера 5, имеющее локальный максимум E_макс. напряженности в области торцев 13 указанного множества микроострий 6 и E_мин. за пределами торцев 13. На фиг.9 по оси ординат отложена напряженность электрического поля управляющего импульса напряжения, а по оси абсцисс - толщина люминесцентного экрана.

Локальный максимум напряженности электрического поля определяется выражением E_max = k E_min, где k - коэффициент усиления электрического поля на микроострие (фиг. 10). На фиг. 10 по оси ординат отложен логарифм коэффициента усиления, а по оси абсцисс логарифм отношение высоты микроострия к его диаметру.

Посредством этого возбуждают туннельную эмиссию электронов с торцев 13 микроострий 6 эмиттера 5, электрически связанного с матрицей 2.

Модулируют плотность тока электронов в заданном диапазоне. Затем ускоряют полученный промодулированный поток электронов и посредством этого потока возбуждают люминесценцию в пленке 11 люминофора.

Величину импульса напряжения для ускорения электронов выбирают в диапазоне от величины, равной величине напряжения разогрева электронов электрическим полем в пленке 10 полупроводника, до величины напряжения пробоя пленки 10 полупроводника и осуществляют в пределах до половины высоты микроострия или, другими словами, в области локального максимума E_макс. напряженности электрического поля управляющих импульсов напряжения.

Модуляцию плотности тока электронов осуществляют величиной импульса напряжения ускорения электронов в указанном диапазоне от величины, равной величине напряжения разогрева электронов в пленке 10 полупроводника, до величины напряжения пробоя пленки 10 полупроводника. При этом толщина создаваемого слоя объемного заряда электронов в пленке 10 полупроводника превышает толщину пленки полупроводника.

Возбуждение люминесценции горячими электронами с модулированной плотностью тока электронов осуществляют при отсутствии гашения люминесценции электрическим полем управляющих импульсов напряжения, формируемым в области E_мин..

Получают изображение на плоском экране в виде модулированной по интенсивности люминесценции h ν (фиг.9) из пленки люминофора.

Формула изобретения

1. Плоский люминесцентный экран, содержащий подложку, матрицу электропроводящих элементов в виде строк и столбцов, размещенную на подложке, эмиттер, выполненный в виде множества микроострий из электропроводящего материала, размещенных на участках пересечения строк и столбцов и имеющих высоту h и диаметр d, так что на каждом участке пересечения строк и столбцов, являющемся ячейкой изображения, размещено по меньшей мере одно микроострие, пленку люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn или SrGa₂S₄ c активатором EU, или ZnGd₂O₄ с активатором Ce причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров, анод в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала, размещенный на пленке люминофора с активаторами, отличающийся тем, что содержит пленку полупроводника, размещенную на поверхности эмиттера на вершинах микроострий и предназначенную для разогрева электронов, толщина которой меньше половины высоты микроострия, при этом пленка люминофора с активаторами размещена на поверхности пленки полупроводника, имеет толщину, определяемую длиной релаксации максимальной энергии W_max горячих электронов, и другой стороной контактирует с анодом, в областях между микроостриями размещен диэлектрический материал, при этом расстояние между строками и столбцами находится в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

2. Плоский люминесцентный экран по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический материал между микроостриями выбран из группы, состоящий из нитрида металла, оксида металла, алмаза, полимера.

3. Плоский люминесцентный экран по п.1, отличающийся тем, что микроострия выполнены из материала, выбранного из группы, состоящей из графита и металла.

4. Плоский люминесцентный экран по п.1, отличающийся тем, что соотношение h к d находится в пределах от 1 до 1000.

5. Плоский люминесцентный экран по п.1, отличающийся тем, что диаметр микроострия определяется из соотношения

где е - заряд электрона, k - коэффициент электрического поля на микроострие, E_min - величина электрического поля между эмиттером и анодом при отсутствии микроострий, равная величине электрического поля при отсутствии гашения люминесценции в пленке люминофора.

6. Плоский люминесцентный экран по п.1, отличающийся тем, что количество микроострий на одном участке пересечения находится в пределах от одного до ста, причем расстояние между микроостриями находится в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

7. Плоский люминесцентный экран по п.1, отличающийся тем, что на торце каждого микроострия размещен соответствующий диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

8. Плоский люминесцентный экран по п.3, отличающийся тем, что каждое микроострие представляет собой группу графитовых нанотрубок, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

9. Плоский люминесцентный экран по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что каждое микроострие представляет собой группу графитовых треков высокоэнергетичных ионов в алмазной пленке, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах которых расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

10. Плоский люминесцентный экран по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что каждое микроострие представляет собой одно графитовое микроострие, на торце которого расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину син-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

11. Плоский люминесцентный экран по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что каждое микроострие представляет собой металлическое микроострие, торец которого служит отражающим элементом.

12. Способ изготовления плоского люминесцентного экрана, заключающийся в том, что формируют на подложке матрицу электропроводящих элементов в виде строк и столбцов, на участке пересечения строк и столбцов матрицы формируют эмиттер в виде множества микроострий из электропроводящего материала, имеющих высоту h и диаметр d, так что на каждом участке пересечения строк и столбцов, являющимся ячейкой изображения, сформировано по меньшей мере одно микроострие, наносят пленку люминофора с активаторами, выбранными из группы, состоящей из ZnS с активатором, выбранным из группы, состоящей из Cu, Al, Ag, Mn или SrGa₂S₄ с активатором Eu, или ZnGd₂O₄ с активатором Се, причем ZnS, SrGa₂S₄ и ZnGd₂O₄ являются цветовой триадой люминофоров, наносят на пленку люминофора с активаторами анод в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала, отличающийся тем, что на поверхность эмиттера на вершинах микроострий конденсируют пленку полупроводника, предназначенную для разогрева электронов в электрическом поле, толщина которой меньше половины высоты микроострия, при этом пленку люминофора с активаторами конденсируют на поверхности пленки полупроводника толщиной, определяемой длиной релаксации максимальной энергии W_max горячих электронов, в областях между микроостриями размещают диэлектрический материал, при формировании матрицы расстояние между строками и столбцами устанавливают в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что диэлектрический материал между микроостриями выбирают из группы, состоящей из нитрида металла, оксида металла, алмаза, полимера.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что диэлектрический материал между микроостриями выбирают из группы, состоящей из графита и металла.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что соотношение h к d устанавливают в пределах от1 до 1000.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что диаметр d микроострия определяют из соотношения

где е - заряд электрона, k - коэффициент усиления электрического поля на микроострие, E_min - величина электрического поля между эмиттером и анодом при отсутствии микроострий, равная величина электрического поля при отсутствии гашения люминесценции в пленке люминофора.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что количество микроострий на одном участке пересечения устанавливают в пределах от одного до ста, причем расстояние между микроостриями устанавливают в пределах от диаметра d микроострия до высоты h микроострия.

18. Способ по п.12, отличающийся тем, что на торце каждого микроострия размещают соответствующий диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

19. Способ по п.13, отличающийся тем, что каждое микроострие выполняют в виде группы графитовых нанотрубок, размещенных в непосредственной близости друг от друга, на торцах расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

20. Способ по п.13, отличающийся тем, что каждое микроострие выполняют в виде графитового микроострия, на торце которого расположен диск из металла, служащего отражающим элементом, толщина которого превышает толщину скин-слоя металла в видимом диапазоне, при этом работа выхода отражающего элемента меньше, чем работа выхода графита.

21. Способ по п.13, отличающийся тем, что каждое микроострие выполняют в виде металлического микроострия, торец которого служит отражающим элементом.

22. Способ получения изображения на плоском люминесцентном экране, заключающийся в том, что прикладывают посредством матричной адресации по поверхности экрана управляющие импульсы напряжения к аноду в виде электропроводящей пленки из оптически прозрачного материала и к эмиттеру, выполненному в виде множества микроострий из электропроводящего материала и имеющих высоту h и диаметр d, при этом формируют пространственное неоднородное электрическое поле на множестве микроострий эмиттера, имеющее локальный максимум E_max = к E_min в области торцев указанного множества микроострий, посредством этого возбуждают туннельную эмиссию электронов с торцев микроострий эмиттера, электрически связанного с матрицей, модулируют плотность тока электронов в заданном диапазоне, затем ускоряют полученный промодулированный поток электронов и посредством этого потока возбуждают люминесценцию в пленке люминофора, получают изображение на плоском экране в виде модулированной по интенсивности люминесценции из пленки люминофора, отличающийся тем, что величину импульса напряжения для ускорения электронов выбирают в диапазоне от величины, равной величине напряжения разогрева электронов электрическим полем в пленке полупроводника, до величины напряжения пробоя пленки полупроводника и осуществляют в пределах до половины высоты микроострия, а модуляцию плотности тока электронов осуществляют величиной импульса напряжения ускорения электронов в указанном диапазоне, при этом толщина создаваемого слоя объемного заряда электронов в пленке полупроводника превышает толщину пленки полупроводника, возбуждение люминесценции горячими электронами с модулированной плотностью тока электронов осуществляют при отсутствии гашения люминисценции электрическим полем управляющих импульсов напряжения, формируемым в области микроострия в области минимума электрического поля, где к - коэффициент усиления электрического поля на микроострие;
E_max - локальный максимум напряженности электрического поля;
E_min - величина электрического поля между эмиттером и анодом при отсутствии микроострий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11