Емісійна система для планарного кольорового кінескопа

Даний винахід відноситься до електронної техніки, а саме, до термоелектронних катодів, зокрема, до катодів прямого розжарення і емісійних систем для електровакуумних приладів, і може бути використаний в різних електронно-променевих приладах (ЕЛП), в тому числі і головним чином, в планарних кольорових кінескопах. В ЕЛП різного типу як джерела електронів широко використовують оксидні катоди непрямого розжарювання. Їм властивий значний недолік - тривалий час входження в робочий температурний режим після подачі напруги розжарювання. Цей недолік обумовлений принципом непрямого розжарювання джерела електронів, тобто, емітера, при якому підігрівник катода виконують електрично і термічно ізольованим від металевої основи, на який закріплено емітер. В результаті швидка передача тепла від підігрівника до емітера неможлива. Вказаного недоліку позбавлені швидкорозігрівні катоди безпосереднього (прямого) розжарювання, коли струм розжарення проходить через основу катода або безпосередньо через сам емітер без застосування будь-яких проміжних ізолюючих шарів, чим забезпечується надійний тепловий контакт між підігрівником і емітером. Цим обумовлені переваги безпосередньо розжарюваних катодів - малий час готовності, малі теплові втрати, висока ефективність. Відомий катодний вузол безпосереднього розжарювання (заявка ФРГ №2942056, МПК HOlJ 29/04, опубл. 24.041980р. - аналог) для кольорових кінескопів планарного типу. Він представляє собою прямокутну керамічну основу з трьома парами вмонтованих в неї металічних штирків, на торцях кожної пари яких закріплено підігрівач емітера в вигляді тонкої прямолінійної вольфрамової стрічки. Емітери закріплені на центральних частинах цих стрічок. Недоліком відомої конструкції катодного вузла є те, що для компенсації температурного подовження закріплених вольфрамових стрічок використовують пружні металеві елементи конструкції і взаємно пересувні конструктивні деталі, що не тільки ускладнює конструкцію катодного вузла, а й унеможливлює її практичну, реалізацію через втрату пружних і взаємно пересувних властивостей деталей конструкції після високотемпературної обробки вузла в ЕЛП при його виготовленні. В результаті емітер може приймати відносно близько розташованого модулятора ЕЛП будь-яке положення, що призводить до нестабільності його, електричних характеристик. Відома також конструкція термокатода, змонтована на керамічній пластині [патент США №4053807, МПК HOlJ 29/50, опубл. 11.10.1977p. - прототип). Керамічна пластина має прямокутну форму. Уздовж її на поверхні розміщені три плоских вольфрамових підігрівника з контактними площадками для їх розжарення, виконаними по периметру пластини, і три плоских емітера, що знаходяться в термоконтакті із вказаними підігрівниками і в електроконтакті з катодними контактними площадками, також розміщеними по периметру пластини. Робоча емітуюча поверхня емітерів обернена в напрямку від поверхні пластини. Відстань між осями емітерів вибрана рівною ексцентриситету електронно-оптичної системи трьохпроменевого планарного кольорового кінескопа, для якого призначена конструкція термокатода, що розглядається. До вищезгаданих контактних площадок під'єднані провідники для підключення їх до відповідних джерел живлення. Недоліком даного термокатода є його мала ефективність, обумовлена тим, що для нагріву невеликих по розмірах і масі емітерів доводиться нагрівати всю пластину до температури, при якій починається емісія електронів з емітерів, а також передавати тепло від підігрівника до емітерів через ізолятор. Це приводить до збільшення споживаної термокатодом потужності і до збільшення часу готовності термокатода, тобто, інерційності виходу його на робочий режим. Дуже велика теплоємність розжарення даного термокатода спричиняє короблення модуляторної пластини кінескопа, на малій відстані від якої встановлюється термокатод. Короблення модуляторної пластини кінескопа призводить до нестабільності запірних напруг кольорових каналів емісійної систему, тобто, до нестабільності балансу білого при роботі кінескопу. Через перелічені недоліки практичне використання відомої конструкції катодного вузла утр уднене. Розкриття суті винаходу В основу винаходу була покладена задача створити таку серійноспроможну конструкцію емісійної системи для кольорового планарного кінескопа, при якій забезпечувалася б висока ефективність її роботи (мала споживана потужність, малий час готовності, висока густина емісії) при одночасному забезпеченні високої стабільності запірних напруг в кінескопі і його експлуатаційної надійності впродовж, всього терміну служби. Поставлена задача вирішується тим, що в емісійній, системі для планарного кольорового кінескопа, що виконана в вигляді прямокутної електроізоляційної пластини, уздовж якої на поверхні з кроком, рівним ексцентриситету кінескопа, розміщені три електричних підігрівника, підключених до розташованих по периметру пластини розжарювальних контактних площадок, призначених для подачі посередньо них струму розжарення на дану емісійну систему і три плоских емітера, що знаходяться кожен в термоконтакті з відповідним підігрівником і одночасно в електроконтакті з однією з трьох катодних контактних площадок, також розташованих по периметру електроізоляційної пластини, відповідно винаходу, ділянка поверхні пластини, що знаходиться під підігрівниками, уздовж всієї пластини покрита тонким металевим шаром в вигляді суцільної смужки, електрично і термічно не контактуючої з підігрівниками, а самі підігрівники виконані кожен в вигляді двох дугоподібно вигнутих над вказаною смужкою вольфрамових ниток розжарювання, кінці яких закріплено методом навісного монтажу на дво х симетрично розташованих відносно смужки розжарювальних контактних площадках, попарно розподілених по довжині пластини з кроком розміщення підігрівників, а центральні частини скріплені з емітером так, що його робоча емітуюча поверхня обернена з зазором до смужки, в якій заразом з пластиною навпроти середини емітерів виконані три наскрізні отвори з кроком, рівним ексцентриситету кінескопа, при цьому ширину металевої смужки, відіграючої роль модулятора даної емісійної системи, вибрано більшою, ніж діаметр отворів в ній, але меншою, ніж відстань між протилежними кінцями ниток розжарювання, а катодні контактні площадки суміщені з відповідними розжарювальними контактними площадками. Те, що електричні підігрівники виконані в даній емісійній системі термічно ізольованими від маючої достатньо велику теплоємність (через свої розміри) пластини, дає можливість значно зменшити їх теплові втрати через теплопередачу на більш масивне тіло, якою є пластина по відношенню до емітера. В пропонуємому технічному рішенні теплові втрати підігрівників зменшуються також за рахунок того, що емітери до них приєднано безпосередньо, а не за допомогою проміжних електроізоляційних шарів, як це зроблено в відомій конструкції емісійної системи для кінескопів. Зменшені теплові втрати підігрівника, як відомо, підвищують його ефективність, тобто, на меншу втрачаєму долю тепла потрібно затрачувати меншу споживану електропотужність для забезпечення динамічного теплового балансу катода. Крім того, завдяки меншій тепломасі тіла розжарювання в пропонованій емісійній, системі зменшується час готовності, тобто, скоріше розігрівається емітер до заданого рівня температури. Те, що емітери і модулятор в вигляді металевої смужки жорстко закріплені на одній спільній основі, якою є електроізоляційна пластина, придає пропонованій емісійній системі достатньо велику термостійкість і термостабільність при роботі в кінескопі, бо будь-яка термомеханічна нестабільність пластини не змінює взаємного геометричного місцерозташування емітера і модулятора, яким є нововведена металева смужка. Ще однією перевагою заявляємої системи перед відомими є те, що модулятор в ній можливо виконати будь-якої товщини без побоювання його термічного короблення, яке має місце в відомих системах через вимушене периферійне кріплення тонкої модуляторної пластини в електронооптичній системі кінескопа. Зменшення товщини модулятора збільшує коефіцієнт якості емісійної системи, бо дає можливість малою напругою керувати достатньо великим електронним струмом катода. На Фіг.1 поданий вид зверху, заявляємої емісійної системи. На Фіг.2 поданий поперечний переріз емісійної системи через середину одного із отворів. На цьому ж малюнку показано розташування прискорюючого електрода кінескопа відносно заявляємої емісійної системи, не входячого до складу цієї системи. Заявляєма емісійна система складається з прямокутної електроізоляційної пластини 1, що служить основою системи. Уздовж пластини 1 на її поверхні з кроком, рівним ексцентриситету є кінескопа (відстань між осями суміжних емітерів, або осями суміжних модуляційних отворів електронооптичної системи кінескопа), розміщені три електричних підігрівника, виконаних кожен в вигляді двох дугоподібно вигнутих над пластиною водьфрамових ниток 2 розжарювання, кінці яких 3 закріплені методом навісного монтажу на двох взаємно протилежно розміщених на довших краях прямокутної пластини 1 розжарювальних контактних площадках 4, призначених для подачі посередньо них стр уму розжарення підігрівників 2. На центральних частинах вольфрамових ниток 2 закріплений емітер 5 таким чином, що його робоча емітуюча поверхня обернена до пластини 1 і утворює з нею зазор. Кріплення емітера 5 до вольфрамових ниток 2 може бути виконане контактним точковим електричним зварюванням, причому як з тильної (протилежної робочій), так і з річних сторін емітера 5, виконаного здебільшого в формі прямокутної таблетки з високоемісійного металосплавного катодного матеріалу. Можлива і інша форма емітера, наприклад, кругла. Одним з найкращих катодних матеріалів для емітера 5 може бути сплав іридія з церієм з невеликими добавками вольфрама та/або ренію і гафнію [див. М.Оса уленко, В.Шутовський, О.Култашев. Матеріал для катода електронних приладів, патент України №28129, МПК6 НОlJ1/14,опубл. 16.10.2000p.]. Ділянка поверхні пластини 1, яка знаходиться під дугоподібно вигнутими підігрівниками 2 з емітерами 5, покрита по всій довжині пластини тонким, металевим шаром в вигляді суцільної смужки 6, електрична і термічно не контактуючої з підігрівниками і емітерами. Товщина шару смужки настільки мала, що зазор між нею і емітером зберігається. Покриття зроблене, наприклад, методом термічного розпилення металу або методом катодного розпилення, тощо. У цій смужці заразом з пластиною 1 навпроти середини емітерів виконані три наскрізні отвори, через які до емітерів проникає витягуюче електрони електричне поле прискорюючого електрода 7 (Фіг.2), не входячого до складу заявляємої емісійної системи. Крок отворів рівен ексцентриситету кінескопа. e. Ширина металевої смужки 6 більша, ніж діаметр отворів в ній, бо вона виконує роль плоского модулятора пропонованої емісійної системи. По ширині смужка 6 обмежена відстанню між кінцями підігрівника 2, які закріплені на внутрішній кромці розжарювальних контактних площадок 4, до яких смужка 6 не повинна торкатися через перебування під різними електричними потенціалами. Так як емітери 5 перебувають в електроконтакті з підігрівниками 2, то нема потреби окремо наносити на пластину катодні контактні площадки. Їх функції виконують розжарювальні контактні площадки 3, на які подається крім напруги розжарювання підігрівників 2, також і катодний потенціал від електричної схеми, що забезпечує роботу кінескопа. Заявляєма емісійна система працює слідуючим чином. Емісійну систему встановлюють в планарний кольоровий кінескоп на поверхню прискорюючого електрода, щоб отвори в ни х співпадали, і жорстко взаємно скріплюють. При подачі напруги розжарення на протилежно розташовані розжарювальні контактні площадки по вольфрамовим ниткам 2 починає протікати струм, який їх розігріває. Завдяки тому, що емітер 5 знаходиться в безпосередньому контакті в нитками 2 і більше не контактує ні з якими іншими елементами емісійної системи, він приймає їх температуру. Передача тепла від ниток 2 до емітера 5 відбувається по вказаній причині дуже швидко, а саме, на порядок швидше, ніж в відомій конструкції катодного вузла. Цим обумовлюється малий чар готовності заявляємої емісійної системи. При подачі необхідних потенціалів на емітери 5, смужку 6, виконуючу роль модулятора, і прискорюючий електрод 7, емісійна система формує три паралельних електронних пучка, як це потрібно для нормального функціювання кольорового кінескопа. Приклади конкретного виконання емісійної системи Приклад 1. В якості пластини 1 взята прямокутна пластинка з ситалу або кераміки товщиною 0,25мм і габаритами 18´6мм 2. Контактні площадки 3 розміром 3´1,5мм 2 напилені методом катодного розпилювання танталу або вольфраму. Таким же методом нанесений шар, утворюючий смужку 6. Товщина покриття - 3мкм. Ширина смужки 6 рівна 2мм. Діаметр вольфрамових ниток 2 рівен 50мкм. Матеріал ниток - сплав ΒΡ-20-Γ 2-50. Розмір емітера 5, виконаного в вигляді прямокутної таблетки - 0,6´0,6´0,2мм 3 (матеріал таблетки - сплав lr-Се, з добавками вольфраму і гафнію). Діаметр отвору в пластині - 0,5мм. Таким же діаметр отвору вибрано в прискорюю чому електроді 7 для зручності стикування з ним емісійної системи. Емісійна система, виконана по прикладу 1, має слідуючі характеристики: - час готовності - 0,7 секунди, - максимальний струм кожного променя - 2мА; - споживана потужність кожним підігрівником - 1,2Вт, - нестабільність запірної напруги з часом - 10тис. годин. Приклад 2. В якості пластини 1 взята прямокутна пластинка з кераміки 22ХС товщиною 0,3мм і габаритами 18´6мм 2. Контактні площадки розміром 3,5´1,5мм 2 напилені методом анодного розпилювання сплаву Mo-W. Таким же методом нанесений шар, утворюючий смужку 6. Товщина покриття 5мкм. Ширина смужки 6 рівна 2мм. Діаметр вольфрамових ниток із сплаву ВР-20-Г 2 рівен 50мкм. Розмір емітера 5, виконаного в вигляді прямокутної таблетки, - 0,8´0,8´0,17мм 3. Матеріал таблетки - інтерметалічний сплав Іr5Се з незначними добавками вольфраму і гафнію. Діаметр отвору в пластині і прискорюючому електроді - 0,635мм. Емісійна система, виконана по прикладу 2, має слідуючі характеристики: - час готовності - 1 секунда, - максимальний струм кожного променя > 2мА; - споживана потужність кожним підігрівником - 1,3Вт, - нестабільність запірної напруги - < 10%, - термін роботи системи (розрахунковий) - 15тис.год. Розглянуті емісійні системи будуть мати найдоцільніше застосування в широкофоматних кольорових кінескопах, де потрібні великі значення максимальних струмів кожного променя для забезпечення значних яскравостей свічення екрана при збереженні високої стабільності запірної напруги. Використання в них нових високоефективних метало сплавних катодних матеріалів забезпечить довгий термін служби таких кінескопів без спаду світлотехнічних характеристик.