Opis patentowy opublikowano: 1987 06 30 Int. Cl3.H01J 29/84 CZYTELNIA Urzedu Patonfow*go Niani fctowMi^ te**} Twórca wynalazku: Karl Gerhard Herngvist Uprawniony z patentu: RCA Corporation, Nowy Jork (Stany Zjednoczo¬ ne Ameryki) Lampa kineskopowa z elementami przeznaczonymi do tlumienia iskrzenia wewnatrz lampy kineskopowej Niniejszy wynalazek dotyczy nowej lampy kine¬ skopowej wyposazonej w elementy przeznaczone do tlumienia iskrzenia wewnatrz lampy, a w szcze¬ gólnosci do tlumienia przeskoków iskry w szyjce lampy kineskopowej majacej szklana stopke mon¬ tazowa.Lampa obrazowa dla telewizji kolorowej jest ki¬ neskop, który sklada sie z balonu (banki), szklane¬ go, z którego odpompowano powietrze, majacego plyte czolowa, na wewnetrznej powierzchni której nalozony jest ekran luminoforowy, oraz szyjke szklana, w której umieszczony jest zespól wyrzutni elektronów, przeznaczony do wytwarzania jednej lub wiekszej liczby wiazek elektronów poddawa¬ nych selektywnemu odchylaniu na ekranie lumino- forowym. Kazda wyrzutnia zawiera katode i kilka elektrod zmontowanych jako jeden zespól w pew¬ nych odstepach wzgledem siebie i wzgledem przy¬ najmniej dwóch podluznych zorientowanych wspól¬ osiowo przewodów nosnych, które sa zwykle wta¬ piane do stopki szklanej. Powierzchnie boczne sto¬ pek znajduja sie w pewnym malym odstepie wzgledem wewnetrznej powierzchni szyjki szklanej.Odwzorowuja one przy tym wewnetrzna powierz¬ chnie tej szyjki. Stopki zwykle sa umieszczane w ob¬ szarze sasiadujacym z trzonem, gdzie otaczajace pola elektryczne sa slabe i siegaja obszaru elektro¬ dy, do której przyklada sie najwiekszy potencjal roboczy, jezeli otaczajace pole elektryczne jest silne w czasie pracy lampy. Przestrzen miedzy stopkami 20 25 30 i powierzchnia szyjki stanowi kanal, w którym po¬ wstaja prady uplywu skierowane od obszaru trzonu do obszaru elektrody, znajdujacej sie pod najwiek¬ szym potencjalem. Tym pradom uplywu towarzy¬ sza: niebieskie swiecenie w szkle szyjki, pojawienie sie ladunków elektrycznych na powierzchni szyjki i iskrzenie w szyjce. Przyczyna powstawania tego zjawiska jest skladowa wzdluzna pola elektryczne¬ go w utworzonym kanale.Byly proponowane rózne sposoby eliminowania lub redukowania tych pradów uplywu. Nalozenie warstw przewodzacych na powierzchnie szklana szyjki okazalo sie czesciowo skutecznym srodkiem zapobiegania iskrzeniu, jednakze w przypadku po¬ wstawania wyladowania lukowego warstwa ta ule¬ ga zniszczeniu. Umieszczenie przewodu metalowego lub tasmy metalowej w kanale (czesciowo lub cal¬ kowicie dokola zespolu zmontowanego) równiez jest czesciowo skutecznym srodkiem zmniejszenia iskrze¬ nia, poniewaz sa one czesto omijane z powodu ich ograniczonej dlugosci, a poza tym ograniczona prze¬ strzen miedzy stopka a szyjka stwarza niebezpie¬ czenstwo zwarc. Oprócz tego czesto obserwuje sie zjawisko emisji elektronów z tych struktur metalo¬ wych.Nowa lampa kineskopowa stanowi banke szklana, z której odpompowano powietrze. Banka szklana ma szyjke ze szkla lub z innego materialu, bedacego izolatorem elektrycznym. Zespól wyrzutni elektro¬ nów zmontowany jako jedna calosc w szyjce banki 132 2363 132 236 4 zawiera kilka elektrod, zmontowanych przynaj¬ mniej na dwóch przewodach wsporczych lub stop¬ kach ze szkla lub z innego materialu, bedacego izo¬ latorem elektrycznym. Zespól ten jest zamontowany w szyjce banki tak, iz stopki sa usytuowane w bez¬ posrednim sasiedztwie dolnej czesci szyjki lampy.Kazda stopka ma obszar przewodzacy prad elek¬ tryczny, utworzony poprzez metalizacje powierzchni stopki przeciwleglej bocznej powierzchni szyjki.Obszary przewodzace moga byc elektrycznie izolo¬ wane, co jest rozwiazaniem najbardziej korzy- stnymj lub moga byc polaczone z elektroda zespolu wyrzutni albo dolaczone do elektrody, znajdujacej 1^ ®^~-jEKm*Salieciem. Tak wiec obszary prze- (wocrcatfe prad"*elek?tryczny korzystnie maja ksztalt pasków zwezajacych sie ku ich koncom, w szcze- icOj^pfcfcilpe feoncom zwróconym ku elektrodzie ma- jajoafl dnajwiekszy^JKjtencjal.Kazdy obszar przewodzacy ma za zadanie neu¬ tralizacje skladowej wzdluznej pola elektrycznego w takiej mierze, aby zmniejszyc skladowa wzdluzna pradu w kanale przynajmniej do takiej wartosci, przy której iskrzenie zostaje zasadniczo stlumione.Kazdy obszar przewodzacy o dowolnym ksztalcie wymaga jedynie minimalnej przestrzeni do jego utworzenia. Obszar przewodzacy o zmniejszajacej sie grubosci stopniowo zwezajacy sie do cienkiego zakonczenia moze zmniejszyc emisje elektronów z obszaru przewodzacego do wartosci o tyle nieis¬ totnej, ze obszar ten moze byc usytuowany bardzo blisko elektrody, majacej najwiekszy potencjal ro¬ boczy, przez co zapewnia sie mozliwosc uzyskania lepszej zdolnosci tlumienia iskrzenia.Przedmiot wynalazku jest blizej przedstawiony w przykladzie wykonania w oparciu o zalaczony rysunek, na którym fig. 1 jest widokiem z przodu szyjki lampy kineskopowej wedlug wynalazku, fig. 2 jest przekrojem poprzecznym wzdluz linii 2-2 szyjki lampy kineskopowej wedlug wynalazku z fig. 1, fig. 3 jest widokiem z boku w przekroju czesciowym wzdluznym wzdluz linii 3-3 szyjki lam¬ py kineskopowej wedlug wynalazku z fig. 1, fig. 4 jest wykresem odwzorowujacym pewne warunki powstawania emisji wtórnej elektronów z powierz¬ chni szklanej, fig. 5 jest schematycznym przedsta¬ wieniem zjawiska lawinowego na wewnetrznej sciance szyjki lampy kineskopowej, na fig. 6 sa przedstawione wykresy odwzorowujace porówny¬ walne prawdopodobienstwa powstawania wylado¬ wan w róznych okolicznosciach, a fig. 7 jest frag¬ mentarycznym widokiem z przodu szyjki lampy ki¬ neskopowej wedlug wynalazku zgodnie z innym przykladem realizacji wynalazku.Figury 1, 2 i 3 przedstawiaja szczególowo roz¬ mieszczenie elementów, znajdujacych sie w szyjce lampy kineskopowej, przeznaczonej dla telewizora kolorowego, wyposazonej w maske cieniowa. Budo¬ wa takiej lampy kineskopowej, która moze byc, na przyklad, lampa z prostokatnym ekranem o wymia¬ rze 25 cali, i w której kat odchylania wiazek elek¬ tronów wynosi 110°, nie rózni sie od budowy zwy¬ klej powszechnie stosowanej lampy kineskopowej dla telewizorów kolorowych powszechnego uzytku, z wyjatkiem zespolu wyrzutni elektronów. Budowa oddzielnych znanych elementów tej lampy nie rózni sie od budowy tychze elementów, opisanych w zglo¬ szeniu nr #95588 dokonanym w Stanach Zjednoczo¬ nych Ameryki w dniu 12 kwietnia 1978 r. przez R. H. Hughes'a i innych. Lampe kineskopowa 5 stanowi banka szklana, z której odpompowano po¬ wietrze, z prostokatna plyta czolowa (nie pokazana na rysunku) przyspawana do czesci stozkowej prze¬ chodzacej w czesc szyjkowa 13 w sposób nierozlacz¬ ny polaczona z czescia stozkowa. W szklanej pd- io stawce 15 znajduje sie kilka wtyków 17 przecho¬ dzacych przez podstawe, które to wtyki sa wtopione w podstawe 15 i które wystaja z jej drugiej strony.Podstawa szklana 15 jest przyspawana do czesci koncowej szyjki 13 i tworzy jej zamkniecie. Pod- is stawka 19 jest przymocowana do wtyków 17 po stronie zewnetrznej banki 11. Plyta czolowa (nie pokazana na rysunku) ma na swej powierzchni wewnetrznej warstwe luminoforowa tworzaca ek¬ ran kineskopu, skladajacy sie z wielu posków lu- 20 minoforu równoleglych do mniejszej osi ekranu — to znaczy do jego osi pionowej.Zespól 21 wyrzutni elektronów, rozmieszczonych w jednej linii, jest zamocowany wspólosiowo we¬ wnatrz czesci szyjkowej 13. Jest on przeznaczony 25 do wytwarzania i kierowania trzech wiazek elektro¬ nów koplanarnymi torami zbieznymi ku ekranowi kineskopu. Zespól ten zawiera dwa szklane wspor¬ niki nosne 23a i 23b, do których sa przymocowane rózne elektrody tak, iz tworzy sie spójny zespól ta- 30 ki, jaki zwykle jest wykorzystywany w takich lam¬ pach kineskopowych. W sklad tego zespolu wchodza zasadniczo jednakowe usytuowane poprzecznie ko- planarne katody 25 (po jednej dla wytworzenia kaz¬ dej z wiazek elektronów), elektroda-siatka steruja- 35 ca 27 (oznaczona równiez jako Gl, elektroda-siatka ekranujaca 29 (oznaczona równiez jako G2), pierw¬ sza elektroda przyspieszajaca i elektroda ognisku¬ jaca 31 (oznaczona równiez jako G3), druga elek¬ troda przyspieszajaca i elektroda ogniskujaca 33 40 (oznaczona równiez jako G4) oraz ekran 35, które to elektrody sa rozmieszczone kolejno jedna za dru¬ ga z zachowaniem odpowiednich odstepów i zamo¬ cowane na wspornikach nosnych 23a i 23b. Rózne elektrody zespolu 21 sa polaczone elektrycznie 45 z wtykami 17 albo bezposrednio, albo za pomoca pa¬ sków metalowych 37. Zespól 21 jest utrzymywany w uprzednio ustalonym polozeniu w szyjce 13 na wtykach 17 i za pomoca przekladek 39, które naciskaja na ten zespól i zapewniaja styk z przewo- 50 dzaca prad elektryczny nalozona na powierzchnie wewnetrzna szyjki 13 warstwa 41. Wewnetrzna prze¬ wodzaca prad elektryczny warstwa 41 przedluza sie na wewnetrzna powierzchnie czesci stozkowej i jest polaczona z zaciskiem anodowym (nie poka- 55 zanym na rysunku).Szerokosc kazdego ze wsporników 23a i 23b wy¬ nosi 10 mm, a dlugosc 25 mm. Na powierzchni kaz¬ dego z tych wsporników 23a i 23b zwróconej ku powierzchni wewnetrznej szyjki 13 znajduja sie 60 przewodzace prad elektryczny paski 43a i 43b od¬ powiednio. W opisywanym przykladzie realizacji wynalazku kazdy z obszarów 43a i 43b jest pokryty warstwa chromu metalicznego, nalozonego na po¬ wierzchnie wspornika sposobem odparowania próz- 65 niowego po zmontowaniu calkowitego zespolu wy-5 132 236 6 rzutni elektronów. Kazdy z metalizowanych obsza¬ rów 43a i 43b ma ksztalt zasadniczo prostokatny o dlugosci okolo 15 mm i szerokosci okolo 10 mm, to znaczy obszar metalizacji ma szerokosc równa szerokosci wspornika. Warstwa metalizacji ma gru¬ bosc okolo 1000 A na jednym z konców obszaru, która to grubosc stopniowo zmniejsza sie w kierun¬ ku drugiego konca i wynosi na koncu okolo 500 A.Kazdy z obszarów jest odizolowany elektrycznie. Re¬ zystancja warstwy metalizacji, zmierzona miedzy zlaczami wykonanymi za pomoca pasty srebrnej usytuowanymi w odstepie 12 mm na dolnym i gór¬ nym koncach obszaru metalizacji, wynosi okolo 50 Q.Przy doprowadzeniu do wtyków 17 i do we¬ wnetrznej warstwy przewodzacej prad elektryczny 41 napiec roboczych lampa kineskopowa pracuje normalnie. W typowym przypadku do siatki Gl do¬ prowadza sie napiecie mniejsze od 100 V, do elektro¬ dy G2 — okolo 600 V, do elektrody G3 — okolo 5000 V, a do elektrody G4 — okolo 30 000 V. Przy za¬ stosowaniu opisanej struktury ze wspornikami prze¬ strzen miedzy wspornikami a szyjka, która w dal¬ szej czesci opisu bedzie nazywana kanalami wspor¬ nikowymi 47, rózni sie od przestrzeni miedzy szyjka a innymi czesciami zespolu wyrzutni, które w dal¬ szej czesci opisu beda nazywane kanalami wyrzutni 49. Iskrzenie (wyladowanie lukowe), w przypadku powstawania, ma miejsce w kanalach wsporniko¬ wych 47, jezeli lampa kineskopowa pracuje i jezeli brak jest przewodzacych obszarów 43a i 43b. Jed¬ nakze, gdy przewidziane sa obszary przewodzace prad elektryczny, jak pokazano na fig. 1, 2 i 3, iskrzenie w tych kanalach zasadniczo calkowicie zostaje stlumione.Kilka róznych zachodzacych zjawisk mozna za¬ obserwowac w przypadku zastosowania zespolów opisywanego powyzej rodzaju. Z punktu widzenia wymagan, stawianych srodkom zapobiegawczym (a) te zjawiska sa zwykle klasyfikowane jako zwarcia bezposrednio miedzy jedna elektroda a druga — — w pierwszej kolejnosci miedzy elektrodami G3 i G4 — oraz (b) jako zwarcia (przebicia) w izolato¬ rach — w pierwszej kolejnosci w szkle szyjki.Bezposrednie zwarcia miedzy jedna elektroda a druga zwykle sa powodowane obecnoscia jednej lub wiekszej liczby mikronierównosci lub obecnos¬ cia zanieczyszczen na elektrodach albo tez przeno¬ szeniem masy z jednej elektrody na druga. Ostre brzegi i krawedzie oraz zastygle krople metalu na spoinach elektrody G3 moga wywolac zimna (po¬ lowa) emisje elektronów prowadzaca do powstawania zwarc. Glównym srodkiem zapobiegawczym w tym przypadku jest obróbka elementów zespolu wy¬ rzutni przy zastosowaniu wysokiego napiecia — — glównie zgrzewania punktowego. Intensywne wyladowania podczas takiej obróbki przy zastoso¬ waniu wysokiego napiecia powoduja roztopienie, odparowanie lub splaszczenie ostrych wystepów.Wysokie napiecie sprzyja równiez usunieciu wszel¬ kich zanieczyszczen, przy czym czastki zanieczysz¬ czen ulegaja rozkladowi lub sa transportowane do obszarów o mniejszym natezeniu pola. Zwykle zgrzewanie punktowe pozostawia wglebienia o ost¬ rych krawedziach na polerowanych powierzchniach elektrod, co jest niekorzystne w szczególnosci wów¬ czas, jezeli te wglebienia powstaja na obszarach, na które oddzialuja wzbudzane pola. Indukcyjne zgrzewanie punktowe jest stosowane celem równo¬ miernego rozprowadzenia materialu we wglebie¬ niach. Po zgrzewaniu indukcyjnym pozostaja c wie¬ le bardziej gladkie powierzchnie. Aby wytworzyc kineskopy bez zastosowania operacji zgrzewania punktowego byloby konieczne zastosowanie ob¬ róbki precyzyjnej elementów skladowych zespolu wyrzutni, a nawet stworzenie warunków sterylnych w pomieszczeniach produkcyjnych. Taka technolo¬ gia bylaby bardzo droga. Zatem nie tyle dasy sie do zastosowania superdokladnego zgrzewania punk¬ towego celem tlumienia przebic miedzyelektrodo- wych, co do zwiekszenia efektywnosci nakladów fi¬ nansowych.Zwarcia przez warstwe szkla szyjki (przebicia) zwiazane z gromadzeniem sie ladunków elektrycz¬ nych na wewnetrznej powierzchni szkla szyjki i zwykle sa poprzedzane latwo zauwazalnym nie¬ bieskim swieceniem szkla. To zjawisko moze pow¬ stac na górnej i na kolnierzowej czesci elektrody G3, gdzie zjawisku temu latwo zapobiec poprzez za¬ stosowanie odpowiedniego zgrzewania punktowego z wykorzystaniem techniki wielkiej czestotliwosci.Odmienne formy przebicia obejmuja zimna (polowa) emisje w obszarze trzonu szyjki, gdzie zgrzewanie punktowe okazuje sie mniej skutecznym srodkiem zapobiegawczym. Zwykle szereg przyczyn prowadzi do powstawania! przebic, które przebiegaja, jak sie wydaje, wedlug nastepujacego schematu: (1) z powo¬ du malej lecz okreslonej przewodnosci szkla szyjki napiecie doprowadzone do elektrody G4 (równe oko¬ lo 30 kV czyni to szklo spolaryzowanym przeciwnie do napiecia na koncu wyrzutni. (2) Jezeli nierównosci powierzchni lub zanieczyszczenia sa obecne w tym obszarze, elektrony, emitowane z tych nierównosci, uderzaja w szklo szyjki. (3) Wtórna emisja elektro¬ nów ze szkla szyjki i gromadzenie sie ladunków na powierzchni prowadzi do powstawania zjawiska lancuchowego (lawinowego) wzdluz wewnetrznej powierzchni szyjki lampy kineskopowej najpierw wzdluz wzglednie izolowanych kanalów wsporniko¬ wych uksztaltowanych miedzy wspornikiem i szklem szyjki. Te wyladowania lawinowe, które powoduja niebieskie swiecenie sie szkla bombardo¬ wanego elektronami, konczy sie w miejscu znajdu¬ jacym sie naprzeciwko elektrody G4. Lawinowym wyladowaniom moga towarzyszyc bardzo stabilne prady uplywu o natezeniu powyzej kilku mikroam- perów przez caly okres eksploatacji lampy kinesko¬ powej. (4) Elektrony przemieszczajace sie w lawi¬ nach wzdluz szkla moga wywolac desorpcje absor¬ bowanych przez szklo atomów gazów. Te gazy mo¬ ga zostac zjonizowane elektronami, a jony, pod wplywem istniejacych pól elektrycznych, moga przemieszczac sie ku elementowi, bedacego zródlem pola, wywolujac zwiekszona emisje (jonowe sprze¬ zenie zwrotne). Tak wiec moga powstac warunki przebicia lawinowego prowadzace do iskrzenia (wy¬ ladowania). Po zgaszeniu luku szklo zostaje rozlado¬ wane, a caly proces moze sie powtórzyc. Jednakze po kazdym wyladowaniu lukowym elementy powo¬ dujace emisje polowa istniejace wewnatrz lampy moga stawac sie bardziej gladkie, a szklo . szyjki 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 132 236 8 bardziej odgazowane, tak wiec lampa kineskopowa staje sie samoistnie bardziej stabilna wzgledem wy¬ ladowan, które to zjawisko czesto sie obserwuje.Jednakze stabilizacja lampy kineskopowej wzgle¬ dem wyladowan jest procesem dlugotrwalym, ponie¬ waz kazdy cykl ladowanie-rozladowywTanie moze trwac od kilku minut do kilkudziesieciu minut.W zasadzie kazdy ze srodków, który w jakikol¬ wiek sposób zapobiega ewentualnym cyklicznym zjawiskom ladowanie-rozladowanie moze zapobiec iskrzeniu. Ponizej sa opisane niektóre z tych srod¬ ków zapobiegawczych, które moga byc zastosowane.Po pierwsze, zastosowanie szkla zasadniczo nie za¬ wierajacego jonów moze sprowadzic do minimum natezenie pola elektrycznego w dolnej czesci prze¬ strzeni zajetej przez wyrzutnie. Jednakze ze wzgle¬ dów praktycznych zaleznych od technologii wy¬ twarzania szklanych kineskopów wymaga sie za¬ stosowania szkla o duzej zawartosci jonów. Tak wiec ze wzgledów technologicznych, zwiazanych z wytwarzaniem kineskopów, ten srodek jest nie do zastosowania. Po drugie, brak osrodków emisji po¬ lowej moze zapobiec powstawaniu zjawiska lawi¬ nowego narastania emisji elektronów. To wymaga wyeliminowania mikronierównosci, co z kolei wy¬ maga precyzji wytwarzania elementów zespolu i je¬ go montazu w warunkach prawie laboratoryjnych.Wymóg bezwzglednej dokladnosci wykonania ope¬ racji zgrzewania punktowego w obszarze stopki szyjki kineskopu nie moze byc brany pod uwage z praktycznego punktu widzenia ze wzgledu na przenikanie pól zaklócajacych, a usytuowanie czu¬ lych (na temperature i spawanie) elementów w tym obszarze, moze ograniczac mozliwosci zastosowaLiia takiej technologii. Oczyszczanie poprzez bombardo¬ wanie jonowe tego obszaru jako czesc procesu wy¬ twarzania lampy kineskopowej uwazane jest jako nie nadajace sie do zastosowania praktycznego, po¬ niewaz duze ilosci materialu musza zostac usunie¬ te przy wygladzaniu powierzchni, która ma byc emiterem elektronów, aby problemy zwiazane z pra¬ dami uplywu mogly byc uwazane za rozwiazane.Obróbka laserowa w celu przyspieszenia procesu stabilizacji moze wymagac wyszukiwania swoistych centrów emsji. Jest to przy tym proces bardzo cza¬ sochlonny, który nie nadaje sie do zastosowania w produkcji seryjnej.Po trzecie, moze byc sugerowane rozwiazanie, po¬ legajace na zastosowaniu przeszkód na drodze emi¬ sji powielonej, rozwijajacej sie wzdluz szkla. Te przeszkody, ogólnie okreslane jako tlumiki, moga byc uznane za rozwiazanie skuteczne, zapobiegajace rozwijaniu sie procesu lawinowego. Tlumik moze stanowic przewód metalowy lub tasme metalowa dolaczona do elektrody G3, która jest umieszczona w poprzek kanalu miedzy wspornikiem a szklem szyjki. Inna przeszkoda, która, jak stwierdzono, mo¬ ze byc skuteczna, stanowia warstwy przewodzace na szkle szyjki nalozone wzdluz tego kanalu. Emisja lawinowa wzdluz szkla moze byc sama w sobie nie¬ szkodliwa, lecz wyladowania, w szczególnosci gdy pojawiaja sie czesto, moga zniszczyc te warstwe, a wówczas pozostana szkodliwe zanieczyszczenia.Czwartym srodkiem zapobiegawczym jest bardziej skuteczne odgazowywanie szkla szyjki w procesie obróbki banki szklanej, poniewaz wyladowania zwiazane §a z desorpcja gazów. Wymaga to dluz¬ szego wyzarzania i aktywacji katodowej w procesie odpompowywania powietrza z banki szklanej kine- 5 skopu. Obydwa te srodki sa uznawane jako zbyt kosztowne.Mechanizm rozwijania sie lawinowej emisji ele¬ ktronów jest szeroko opisany w literaturze specja¬ listycznej. Dwa procesy emisji elektronów, miano- io wicie emisja polowa i wtórna emisja elektronów, maja najwieksze znaczenie. Emisja polowa jest pro¬ cesem emisji zimnej wymagajacej bardzo silnego pola elektrycznego — o natezeniu okolo 107 V/cm — w obszarze usytuowania emitera. Gestosc pradu 15 utworzonego emitowanymi elektronami jest wyzna¬ czana równaniem: j = 3,2 X 10-« X -T-exPI-6'8 x 1D? 0 3/2 E_1] (D gdzie E — natezenie pola elektrycznego w obszarze 20 usytuowania emitera, V/cm, a 0 — parametr zalezny od warunków pracy emitera Gestosc pradu elektronowego j jest wyrazona w A/cm2. 25 Czesto natezenie pola E jest o wiele wieksze od ilorazu V/d, gdzie V — napiecie miedzy emiterem a kolektorem, ad — odleglosc miedzy tymi elektro¬ dami. Przyczyna tego zwiekszenia natezenia pola sa mikronierównosci na emiterze. Jednakze w kaz- 30 dym z przypadków j zwieksza sie przy zwiekszeniu V i zmniejsza sie przy zwiekszeniu d. Wtórna emi¬ sja elektronów wystepuje wówczas, gdy jakikolwiek obiekt (metaliczny lub izolator) jest bombardowany pierwotna wiazka elektronów. Wspólczynnik emisji 35 wtórnej o jest wyznaczony równaniem: liczba elektronów wtórnych o= liczba elektronów pierwotnych który to wspólczynnik zalezy od energii bombardu¬ jacych elektronów pierwotnych V. Taka relacja 40 miedzy a i V zwykle ma charakter odwzorowany krzywa 71 na fig. 4. Szczególne znaczenie maja ener¬ gie, które maja wartosci Vi i Vn, dla których o = 1. Wazna jest równiez wartosc sredniej energii poczatkowej V0, jaka maja elektrony wtórne wyz- 45 walane z emitera. Typowymi wartosciami tych energii dla szkla sa nastepujace wartosci: Vi =30 V; Vn = 2500 V; VQ - 5 V.Przypadek, gdy emiterem wtórnym jest izolator, na przyklad szklo szyjki, wymaga szczególowego 50 rozpatrzenia wówczas, gdy tyle samo elektronów dociera do emitera, ile go opuszcza. Z wyjatkiem przypadku, gdy V = Vi lub V = Vn, na powierzchni izolatora zawsze sie gromadzi pewien ladunek, który laduje powierzchnie izolatora do pewnego poten- 55 cjalu, który dany warunek spelnia.Rozpatrzmy najpierw przypadek, gdy elektrony sa wyrywane polem z ostrych krawedzi w poblizu powierzchni izolatora i uderzaja w powierzchnie z energia taka, iz Vi < V 1, wie- 60 cej elektronów opuszcza powierzchnie, niz do niej dociera i szklo laduje sie dodatnio. Zwieksza to V i przez to prad — zgodnie z równaniem (1), lado¬ wanie powierzchni trwa az do uzyskania V = Vn.Gdyby V zwiekszylo sie do wartosci wiekszej od 65 Vii, szklo okazaloby sie naladowane bardziej ujem-9 132 236 10 nie wzgledem wartosci Vn, która wyznacza punkt stabilny.Drugim rozpatrywanym przypadkiem jest przy¬ padek, gdy emitowane elektrony powracaja na szklo w innym punkcie na szkle. Wymaga to istnienia pola hamujacego elektrony o natezeniu Er i pola równoleglego do powierzchni Ez. Przyblizony ana¬ logiem mechanicznym tego przypadku jest tor lotu kuli spadajacej z pochylej powierzchni. Energia zderzenia Fi elektronu z powierzchnia w drugim 10 punkcie wynosi: |EZ| — Ez0 + Eg |Er = Ero + E (5) (6) v+v4i+4(l)1 (2) lub Vl=V0[l + 4(j|)2] = i -,/ Vi-Vq 2 V V0 (3) (4) Ez Dla szkla stosunek —- jest równy okolo 1,58.Er W zespole pokazanym na fig. 1, 2 i 3 elektrody sa utrzymywane za pomoca dwóch podluznych wspor¬ ników szklanych 23a i 23b, przechodzacych przez glówne czesci zespolu. W plaszczyznie 51 przecho¬ dzacej przez os podluzna (fig. 2) i przez srodki wsporników 23a i 23b oraz przez kanaly wsporniko¬ we, która to plaszczyzna jest nazywana plaszczyzna wspornikowa, czesci metalowe sa odseparowane od szkla szyjki szklanymi wspornikami. Wzglednie izo¬ lowany kanal wspornikowy 47 (fig. 7.) jest uksztal¬ towany miedzy powierzchnia wsporników szklanych 23a i 23b i szklem szyjki 13. W plaszczyznie 53 prze¬ chodzacej przez os szyjki (fig. 2) prostopadlej do plaszczyzny wspornikowej 51 i nazywanej plaszczy¬ zna wyrzutni czesci metalowe wyrzutni sa usytuo¬ wane blisko szkla szyjki 13. Obserwacje ekspery¬ mentalne swiadcza o tym, ze lawinowa emisja elek¬ tronów ma miejsce prawie wylacznie w kanalach wspornikowych 47 i tylko wzdluz szkla szyjki 13.Model tworzenia sie emisji lawinowej przedsta¬ wiony na fig. 5 jest nastepujacy. Pierwotna emisja elektronów jest powodowana emisja polowa z mikro- nierównosci 55 w dolnym koncu zespolu. Pierwszy punkt trafiania elektronów w szklo szyjki 13 znaj¬ duje sie w dolnym koncu kanalu, w obszarze ele¬ ktrod Gl — G2. Lawinowa emisja elektronów 59 wystepuje wzdluz szkla szyjki 13 w kanale wspor¬ nikowym 47 i konczy sie przy lub w poblizu ele¬ ktrody G4. Pierwotny punkt zderzenia i prad sa ok¬ reslone równaniem (1). Kazdy etap procesu lawino¬ wej emisji elektronów jest opisywany równaniem (4). Pola elektryczne, jakie sa potrzebne zgodnie z równaniem (4), sa wynikiem superpozycji pól pier¬ wotnych Ezo i Ero oraz pól EDz i EQr powstajacych dzieki ladowaniu sie szkla szyjki. Tak wiec E i E0r sa bezposrednio zalezne od gestosci la- 5 dunku a na szklanej powierzchni szyjki, przy czym Zakladajac, ze V jest nieco wieksza od Vi, uzys¬ kujemy o 1, wówczas powierzchnia laduje sie do- 15 datnio w tym punkcie czyniac Er wieksza. Zgodnie z równaniem (2) V zmniejsza sie z powrotem do po¬ tencjalu Vi. Podobnie, jezeli V jest mniejsza od Vi, wystepuje ponownie zwiekszenie V w kierunku Vi, która wyznacza punkt stabilny. Poslugujac sie ta- 20 kim samym rozumowaniem mozna pokazac, ze Vn jest punktem niestabilnym. Tak wiec warunkiem stabilnosci jest: 25 45 50 55 = KE„ 1 |E0 I = -i— 1 Qr ' 2E0 (7) gdzie K — stala, a £0 — stala dielektryczna prózni.Jezeli znane sa skladowe natezenia pola Ezo i Ero, równania (4), (5) i (6) pozwalaja obliczyc gestosc la¬ dunku wzdluz szkla szyjki potrzebna dla podtrzy¬ mania lawinowej emisji elektronów.Obliczenia E^ i Ero byly przeprowadzone dla zes¬ polu wyrzutni pokazanego na fig. 1, 2, 3 i to zarów¬ no dla plaszczyzny wspornikowej jak i dla plasz¬ czyzny wyrzutni. Rozpatrywane byly przypadki (1) bez tlumika, (2) z pierscieniem tlumiacym, (3) z me¬ talizowanymi wspornikami wedlug wynalazku. Ge¬ stosc ladunków elektrycznych potrzebna dla wywo¬ lania lawinowej emisji elektronowej (niebieskie swiecenie) na szkle szyjki, jako funkcja polozenia wzdluz szkla szyjki jest odwzorowana na fig. 6.Fig. 6 odwzorowuje wymagany rozklad gestosci la¬ dunku na powierzchni szkla szyjki g (1 — k/1,58) dla podtrzymywania lawinowej emisji elektronów dla poszczególnych przypadków opisanych powyzej.Jezeli taki rozklad nie moze byc zapewniony, lawi¬ nowa emisja elektronów nie bedzie miala miejsca.Tak wiec w przypadku, gdy wymagane sa duze gestosci ladunku i duze gradienty jego rozkladu la¬ winowa emisja elektronów rozwija sie z wiekszymi trudnosciami.Rozpatrzmy krzywa 73 dla plaszczyzny wsporni¬ kowej dla przypadku, gdy na drodze emisji lawi¬ nowej nie umieszcza sie tlumika. Tutaj g jest sto¬ sunkowo mala i nie ma duzych gradientów. Tak wiec warunki sa korzystne dla ksztaltowania lawi¬ nowej emisji. W przeciwienstwie do tego krzywa 75 dla plaszczyzny wyrzutni przy braku tlumika wymaga duzych wartosci g i duzych gradientów.Tak wiec lawinowa emisja elektronów jest nie¬ prawdopodobna, co odpowiada wynikom ekspery¬ mentów.Nastepnie rozpatrzmy krzywa 77 dla plaszczyzny wspornikowej dla przypadku umieszczenia tlumika w postaci pierscienia z drutu metalowego. Tutaj osiagane sa bardzo duze wartosci g w poblizu pier¬ scienia tlumiacego, co swiadczy o jego skutecznosci w zapobieganiu lawinowej emisji elektronów. Jed¬ na z wad tej struktury jest zwiazana z obszarem miedzy tlumiacym pierscieniem a G4. Mikronierów- nosci na pierscieniu tlumiacym moga same powo¬ dowac emisje miedzy elektroda G4 i pierscieniem tlumiacym, gdzie wymagane sa wzglednie male wartosci g. To zjawisko jest czesto obserwowane i wymaga nadzwyczaj dokladnej obróbki samego pierscienia tlumiacego.Wreszcie na fig. 6 pokazana jest krzywa 79 dla plaszczyzny wspornikowej z metalizowanymi wspor¬ nikami, przeznaczonymi dla nowej lampy kinesko¬ powej wedlug wynalazku, wyposazonej w zespól wyrzutni pokazany na fig. 1, 2 i 3. Ta krzywa jest podobna do krzywej 75 dla plaszczyzny wyrzutni bez elementu tlumiacego. Poza tym naparowana11 132 236 12 warstwa metaliczna moze byc wykonana z bardzo gladkimi krawedziami, co jest niekorzystne dla emi¬ sji polowej.Jak wynika z poprzednich rozwazan, kazdy ob¬ szar przewodzacy prad elektryczny moze miec do- 5 wolny ksztalt i/lub rozmiary i takie same lub rózne rozmiary i/lub ksztalty moga byc wykorzystywane na róznych wspornikach w tej samej lampie kines¬ kopowej. Celem wiekszego stlumienia wyladowania i iskrzenia warstwa metalizacji powinna byc moz- io liwie szersza i dluzsza i nie powinna byc zródlem zimnej lub goracej emisji elektronów. Okreslenie „przewodzacy prad elektryczny" oznacza, ze najbar¬ dziej korzystne jest takie rozwiazanie, gdy kazdy obszar ma rezystywnosc charakterystyczna dla re- 15 zystywnosci metalu, jednakze równiez moga byc z korzyscia zastosowane obszary o nieco wiekszej re- zystywnosci, które nie akumuluja ladunków elektry¬ cznych na zlokalizowanych czesciach tych powierz¬ chni w czasie pracy lampy kineskopowej. Zwykle 20 rezystancja obszaru powinna byc mniejsza od 50 Q.Korzystne jest, gdy te obszary nie sa wzajemnie polaczone. Jednakze moga one byc dolaczone do pun¬ ktu o stalym potencjale takiego jak elektroda G3.Korzystne jest, gdy obszary przewodzace prad 25 elektryczny, w szczególnosci, jezeli te obszary sa pokryte warstwa metaliczna, w miare mozliwosci sa pozbawione nierównosci celem wyeliminowania zródel emisji elektronów. Wyzsze napiecie jest do¬ prowadzone do elektrody G4 bedacej druga elektro- 30 da ogniskujaca. Krawedzie obszarów przewodzacych prad elektryczny blizsze elektrodzie G4 znajduja sie w obszarze pola o wiekszym natezeniu i szanse emisji polowej z tych krawedzi sa Wieksze. W zwia¬ zku z powyzszym korzystne jest zapewnic, aby 35 grubosc warstwy przewodzacej byla zmienna, zmniejszajaca sie w kierunku krawedzi tych obsza¬ rów blizszych elektrodzie G4 przy zapewnieniu, aby krawedzie tych obszarów byly gladkie i cienkie. To czyni mozliwe wydluzenie tych obszarów blizej 40 ku elektrodzie, znajdujacej sie pod wiekszym napie¬ ciem. W danym przypadku — ku elektrodzie G4.Obszarami przewodzacymi prad elektryczny moga byc powierzchnie — warstwy zlaczone ze wsporni¬ kami lub warstwy stanowiace warstwe metalizacji 45 na powierzchni wsporników. Korzystne jest, gdy obszary przewodzace stanowia warstwy metalizacji takie, jak chrom metaliczny, srebro metaliczne, pla¬ tyna metaliczna lub stop inkonel. Chrom, alumi¬ nium, srebro i inkonel moga byc nalozone metoda 50 odparowania w prózni. Tak wiec obszary przewo¬ dzace prad elektryczny moga byc otrzymane w pro¬ cesie metalizacji polegajacym na nalozeniu pasty platynowej pedzelkiem lub poprzez rozpylenie na powierzchniach wspornikach, a nastepnie na wy- 55 grzewaniu wsporników z nalozona pasta w odpo¬ wiedniej temperaturze, w której tworzy sie warstwa przewodzaca. Obszary przewodzace prad elektryczny moga byc wytworzone przed lub po montazu zes¬ polu wyrzutni, przed lub po zatopieniu zmontowa- 60 nego zespolu wyrzutni w szyjce lampy kineskopo¬ wej, jak równiez przed lub po odpompowaniu i za¬ topieniu banki.W jednym z przykladów realizacji wynalazku umieszcza sie nad zespolem wyrzutni rurke zawie- 65 rajaca metal majaca dwa prostokatne otwory, tak ze lokalizacja otworów przypada nad miejscami, w których pozadana jest lokalizacja obszarów prze¬ wodzacych. Miedzy wspornikami i otworami odleg- 5 losc wynosi okolo jednego milimetra. Zespól umie¬ szcza sie w przestrzeni pod kloszem stanowiska prózniowego tak, iz naprzeciwko kazdego otworu zostaje umieszczony przewód wolframowy powle¬ czony chromem i z przestrzeni pod kloszem odpom- 10 powuje sie powietrze, po czym przewód wolframo¬ wy nagrzewa sie do temperatury okolo 1000°C.Chrom metaliczny odparowuje sie z przewodu wol¬ framowego i osadza sie na powierzchniach wspor¬ ników w postaci warstw o grubosci okolo 1000 A. 15 Poniewaz miedzy wspornikami a otworami zapew¬ niony jest odstep, warstwa metalizacji nie jest jed¬ nakowa na kazdym z konców obszaru metalizacji.W innym przykladzie realizacji wynalazku zamiast chromu metalicznego wykorzystuje sie aluminium 2,1 metaliczny.W innym przykladzie realizacji wynalazku kazdy wspornik metalizuje sie przed zamontowaniem ich do zespolu wyrzutni. W tym przykladzie realizacji na wspornik nanosi sie w ustalonym miejscu war- 25 stwe pasty platynowej, na przyklad typu Hanovia Liauid Bringht Platinum nr 5, która jest pasta me¬ talizujaca wytwarzana przez firme Englehard In¬ dustries Inc., East Newark, New Jersey. Metaliza¬ cja przy uzyciu pasty metalizujacej moze to byc 30 realizowana dowolnym znanym sposobem, na przy¬ klad, poprzez nalozenie pasty pedzelkiem, metoda drukowania przy uzyciu masek, rozpylenie itd.Wspornik metalizowany przy uzyciu pasty podda¬ wany jest nastepnie obróbce cieplnej przy tempe- 35 raturze okolo 500°C w atmosferze powietrza ce¬ lem usuniecia lotnych skladników organicznych, utrwaleniu warstwy metalizacji, a nastepnie och¬ ladza sie do temperatury pokojowej. Metalizowany wspornik moze byc nastepnie w dowolny znany 40 sposób wykorzystany do montazu zespolu wyrzutni.W jeszcze jednym przykladzie realizacji wynalaz¬ ku przewodzace prad elektryczny warstwy sa na¬ kladane na wspornik po zamontowaniu zespolu wy¬ rzutni, po zatopieniu go w szyjce lampy kineskopo- 45 wej i po odpompowaniu z banki szklanej kineskopu powietrza. Na fig. 7 pokazano szyjke 13 lampy ki¬ neskopowej ze zmodyfikowanym zespolem 21 wy¬ rzutni z fig. 1. Modyfikacja polega na tym, ze pa¬ sek metalowy lub tasma metalowa 81 jest umiesz- 50 czona dokola zespolu wyrzutni naprzeciwko elektro¬ dy G3. Z paskiem 81 w sposób nierozlaczny sa po¬ laczone skrzydelka 83a i 83b odgiete ku elektrodzie G4 usytuowane naprzeciwko wsporników 23a i 23b odpowiednio. Przy tym kazde z tych skrzydelek 55 tworzy ostry kat z powierzchniami wsporników.Powierzchnia skrzydelka zwrócona ku wspornikowi jest powleczona metalem naparowanym w prózni.Po odpompowaniu banki szklanej kineskopu do tasmy 81 doprowadza sie energie wielkiej czesto- 60 tliwosci, która nagrzewa tasme i powoduje odparo¬ wanie metalu z warstwy powlekajacej, który to metal odklada sie w postaci warstwy przewodzacej 85 na przeciwleglej powierzchni wspornika, która jest wzglednie zimna. Paski wolframowe powleczo- 65 ne chromem metalicznym lub paski ze stali nie- 15 211 25 30 35 40 45 5013 132 236 14 rdzewnej powleczone srebrem moga byc wykorzy¬ stane w celu powleczenia wsporników chromem lub srebrem w ten sposób. PL PL PL PL PL PL PL PL