DE19630200A1 - Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Kathodenstrahlröhre ist beispielsweise be­ kannt aus der DE 30 10 807 A1 WO ein keramischer Ring als Trägerkörper eine ebene Fläche und gegenüberliegend eine kegelstumpfförmige Vertiefung aufweist. Eine erste ebene Gitterelektrode ist auf der ebenen Seite und eine zweite Gitterelektrode auf der gegenüberliegenden Seite des Trä­ gerkörpers befestigt, wobei die zweite Gitterelektrode mit einem Kegelstumpfabschnitt in die Vertiefung ragt. Der Trägerkörper weist eine zentrale Öffnung auf, in welcher sich die beiden Gitterelektroden mit koaxial ausgerichteten Strahlöffnungen gegenüberste­ hen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahlröhre anzugeben, deren Gitteranordnung kostengünstig mit hoher Präzision auch bei kleinen Abmes­ sungen herstellbar ist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un­ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die bei der Gitteranordnung der erfindungsgemäßen Katho­ denstrahlröhre zum Einsatz kommenden Teile sind mit hoher Präzision kostengünstig herstellbar und zu der verbundenen Anordnung zusammensetzbar. Die verbundene Gitteranordnung ist kompakt, mechanisch stabil und einfach handhabbar und kann außerhalb der Röhre zusammengesetzt und geprüft wer­ den. Die Distanzglieder gewährleisten die hochgenaue Ein­ haltung vorgegebener gegenseitiger Gitterelektrodenab­ stände ohne gesonderte Justiermaßnahmen. Durch Überdeckun­ gen vermeidende Gestaltung und Anordnung der Gitterelek­ troden und ggf. anderer leitender Schichten und Elemente kann zudem eine besonders kapazitätsarme Gitteranordnung für Kathodenstrahlröhren mit sehr hoher Steuersignalfre­ quenz erreicht werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschau­ licht. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Gitteranordnung einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre

Fig. 2 bevorzugte Ausführungsformen von Gitterelektroden

Fig. 3 weitere Beispiele vorteilhafter Gestaltung und An­ ordnung von Gitterelektroden

Die in Fig. 1 skizzierte Gitteranordnung zeigt einen be­ vorzugten Anwendungsfall der Erfindung in einer Kathoden­ strahlröhre mit einem ersten Gitter mit einer Gitterelek­ trode G1 und einem zweiten Gitter mit zwei getrennten, in Strahlrichtung Z aufeinander folgenden Gitterelektroden G21 und G22. Die Gitter dienen zur Fokussierung und Inten­ sitätsteuerung des von einer Kathode K emittierten Elek­ tronenflusses. Aufbau und Befestigung der Kathode über eine Kathodenhülse W und Trägerplatte T in Halterungen H sind in verschiedener Form bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.

Die Gitterelektroden sind als ebene Bleche oder Metallfo­ lien mit einer Dicke von typischerweise 0,05 mm bis 0,5 mm ausgebildet. Die mittlere Gitterelektrode G21 ist von Git­ terelektrode G22 durch ein Distanzglied S2 und von der Gitterelektrode G1 durch ein Distanzglied S1 getrennt und gegen diese elektrisch isoliert. Die Distanzglieder sind als Ringscheiben mit kreisförmiger Innenöffnung OD ausge­ führt. Die Distanzglieder bestehen vorzugsweise aus Kera­ mik, insbesondere Al₂O₃-Keramik und sind mit den Gitter­ elektroden fest verbunden. Als Verbindungstechnik wird vorteilhafterweise Löten eingesetzt. Die Schichtenfolge von abwechselnd metallischer Elektrode und keramischem Di­ stanzglied ist vorteilhafterweise nach beiden Seiten durch weitere keramische Glieder in Form von Ringscheiben S0 und S3 abgeschlossen, die gleichfalls mit den Gitterelektroden G1 bzw. G22 verlötet sind.

Die Distanzglieder S1, S2 und die weiteren keramischen Glieder S0 und S3 weisen nicht notwendigerweise, aber vor­ zugsweise gleiche Durchmesser dD der kreisförmigen Innen­ öffnungen auf. Die Gitterelektroden weisen jeweils eine zentrale Strahlöffnung OS auf. Die Durchmesser der Strahl­ öffnungen sind im Regelfall nicht einheitlich für alle Gitterelektroden und mit Werten von 0,1 bis 0,7 mm klein gegenüber den Durchmessern dD der Distanzglieder, die ty­ pischerweise im Bereich von 1 mm bis 5 mm liegen. An den Gitterelektroden sind nach außen weisende Anschlußfahnen A1 bzw. A21 bzw. A22 vorgesehen.

Die Gitterelektroden bestehen vorteilhafterweise aus einem Material, das einen ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffi­ zienten besitzt wie das Material der Distanzglieder. Bei­ spielsweise bestehen die Distanzglieder aus Al₂O₃-Keramik und die Gitterelektroden aus Molybdän, Titan oder aus ei­ ner Legierung mit der Bezeichnung FeNi42. Als Material für die Distanzglieder und die weiteren Ringglieder S0, S3 ist auch Quarz mit einer gegenüber Al₂O₃-Keramik niedrigeren Dielektrizitätskonstante im Hinblick auf eine Verringerung der Gitterkapazität vorteilhaft.

Die Dicken der Distanzglieder S1, S2 bestimmen im wesent­ lichen den gegenseitigen Abstand der Gitterelektroden. Die Dicken der Distanzglieder liegen typischerweise im Bereich von 0,05 mm bis 1,0 mm. Die verschiedenen Distanzglieder S1, S2 besitzen im Regelfall unterschiedliche Dicken. Für den gegenseitigen Abstand der Gitterelektroden ist eventuell noch die Dicke von Lotschichten zwischen Distanzglied und Gitterelektroden zu beachten und bei der Dimensionierung mit zu berücksichtigen. Bei der bevorzugten Verwendung von Lot in Form von zwischen die Distanzglieder und die Gitte­ relektroden zu legenden Lötfolien ist von einer Dicke der Lotschichten von typischerweise 5 µm bis 40 µm auszugehen. Alternativ zur Verwendung von Lötfolien können auch die Oberflächen von Gitterelektroden und Distanzgliedern (so­ wie den zusätzlichen Ringgliedern S0, S3) mit lötgeeigne­ ten Beschichtungen versehen werden. Andere Techniken, bei welchen die Materialien der Gitterelektroden (und Ring­ glieder) und der Distanzglieder so aufeinander abgestimmt sind, daß eine feste Verbindung ohne Zwischenmaterial her­ stellbar ist, sind gleichfalls vorteilhaft geeignet. Bei­ spielsweise kann aus kupferhaltigen Molybdänblechen bei hohen Temperaturen Kupfer zur Blechoberfläche diffundieren und dort eine feste Verbindung mit der Keramik der Di­ stanzglieder bewirken.

Für die Herstellung der verbundenen Gitteranordnung aus Gitterelektroden G1, G21, G22, Distanzgliedern S1, S2 und zusätzlichen Ringgliedern S0, S3 werden die einzelnen vor­ gefertigten Elemente ggf. unter Zwischenfügen von Lötfo­ lien gestapelt. Vorzugsweise sind die Gitterelektroden zu­ vor mit den Strahlöffnungen versehen und mittels einer Zentrierlehre, z. B. einem Dorn, können die verschiedenen Gitterelektroden mit koaxialer Ausrichtung der Strahlöff­ nungen justiert werden. Die Elemente des Stapels werden durch Erhitzen miteinander verlötet und ergeben eine kom­ pakte, mechanisch stabile und leicht handhabbare Gitteran­ ordnung, die mit den übrigen Komponenten des Strahlerzeu­ gungs- und Fokussierungssystems, insbesondere der Katho­ denanordnung verbunden wird. Die Einhaltung eines wichti­ gen Abstands der ersten Gitterelektrode G1 von der Kathode kann durch eine separate Vormontage und Justierung einer Kathodenbaugruppe mit Kathodenhülse w, Trägerplatte P, Haltungen H und Abstandsring R gewährleistet werden.

Eine Gitteranordnung mit kreisscheibenförmigen Gitterelek­ troden G1, G21, G22 zeigt wegen der großen gegenüberste­ henden Flächen und der geringen Elektrodenabstände eine relativ hohe Kapazität zwischen den Gitterelektroden, die sich bei Aussteuerung eines oder mehrerer dieser Gitter mit einem hochfrequenten Steuersignal ungünstig auf die maxi­ male Signalfrequenz auswirkt. Zur Verringerung der Gitter­ kapazität werden die Gitterelektroden vorteilhafterweise so strukturiert und angeordnet, daß sich eine möglichst geringe Überdeckung der Elektrodenflächen ergibt.

Die in Fig. 2 (A) und (B) skizzierten vorteilhaften Bei­ spiele für eine Gestaltung von Gitterelektroden zu einer verbundenen Anordnung mit drei Gitterelektroden G1, G21, G22 wie im Beispiel. Nach Fig. 1 weisen jeweils ein Mittel­ teil M um die Strahlöffnung OS auf, das vorzugsweise eine im wesentlichen kreisförmige Kontur zeigt und dessen Durchmesser im Bereich des Durchmessers der Innenöffnung OD des Distanzgliedes S liegt und von diesem vorzugsweise um weniger als 30% abweicht. Das Mittelteil ist über einen steuersignalführenden Abschnitt U der Gitterelektrode mit der Anschlußfahne A verbunden. Im Beispiel nach Fig. 2 (A) ist der Durchmesser des Mittelteils größer als der der Innenöffnung OD, so daß das Mittelteil an seinem gesamten Umfang zwischen zwei benachbarte Distanzglieder bzw. zu­ sätzliche Ringglieder S reicht und dort gehalten ist. Bei dem in Fig. 2 (B) skizzierten Beispiel ist der Durchmesser des Mittelteils kleiner als die Innenöffnung OD. Das Mit­ telteil ist dann über den Abschnitt U und ggf. eine oder mehrere sich bis in den Bereich zwischen die Glieder S er­ streckende Haltelaschen L gehalten. Der Verbindungsab­ schnitt U nimmt weniger als ein Drittel-Kreissegment der Fläche zwischen den Gliedern S ein und kann insbesondere für die Funktion der Signalzuführung auch wesentlich schmäler sein. In den nicht von der Gitterelektrode bean­ spruchten Flächenbereichen zwischen den Gliedern S sind weitere Elemente N angeordnet, welche dieselbe Dicke be­ sitzen wie die der Abschnitt U der Gitterelektrode. Diese weiteren Elemente N erfüllen die mechanische Funktion der festen Verbindung der Glieder S bei Gewährleistung der Parallelausrichtung verbundener Glieder S und sind zu die­ sem Zweck vorzugsweise aus demselben Material wie die Git­ terelektrode. Zur Vermeidung unerwünschter kapazitiver Verkopplungen verschiedener Gitterelektroden sind die Git­ terelektroden, die weiteren Elemente N sowie eine ggf. vorhandene Lotschicht in der Ebene senkrecht zur Strahlachse in elektrisch gegeneinander isolierte Teilbe­ reiche strukturiert mit dem Ziel geringer Gitterkapazität. Für geeignete Strukturen sind eine Vielzahl von Möglich­ keiten denkbare wobei auch jeweils noch die mechanischen Eigenschaften und die Handhabbarkeit bei der Herstellung Berücksichtigung finden können. Wesentlich ist, daß sich die Gitterelektroden in Richtung parallel zur Strahlachse Z möglichst wenig unmittelbar überdecken und andere Lei­ terstrukturen keine oder nur geringe gemeinsame Über­ deckungen mit verschiedenen Gitterelektroden zeigen. Die Überdeckungen der Elektroden im Bereich um die Strahlöff­ nungen sind aus elektrisch funktionalen Gründen unvermeid­ bar und bewirken eine Mindestkapazität der Gitteranord­ nung.

Die in Fig. 2 (A) und (B) skizzierte Ausgestaltung der Gitterelektroden und der zusätzlichen Elemente N mit einer in drei Kreisringsegmente unterteilten leitenden Schicht zwischen zwei isolierenden Gliedern S ermöglicht den Ein­ satz weitgehend gleicher Strukturen in den drei Gitter­ elektrodenebenen der Anordnung nach Fig. 1, die sich dann lediglich in der Schichtdicke und der Weite der Strahlöff­ nungen zu unterscheiden brauchen, wobei die Verbindungsab­ schnitte der Gitterelektroden in den verschiedenen Ebenen jeweils um 120° gegeneinander verdreht angeordnet sind. Es resultiert eine einfach aufbaubare mechanisch stabile An­ ordnung mit sehr geringer Gitterkapazität.

In Fig. 3 sind aus der Vielzahl von geeigneten Strukturen der Leiterschichten weitere Beispiele für in drei Leitere­ benen ähnliche Strukturierungen skizziert. In der Ausfüh­ rung nach Fig. 3(A) sind die einzelnen Gitterelektroden in Form von Kreisringen und schmalen radialen Zuleitungs­ stegen zwischen Anschlußfahne und Mittelteil ausgeführt, wobei eine geringe Überdeckung dadurch erreicht wird, daß die Kreisringe unterschiedliche Radien besitzen und die radialen Zuleitungsstege winkelversetzt ausgerichtet sind. Die Ausführung nach Fig. 3(B) sieht für die Gitterelek­ troden wiederum schmale Zuleitungsstege zwischen An­ schlußfahnen und Mittelteilen und zusätzlich je zwei Hal­ telaschen zu jedem Mittelteil vor. Die verschiedenen Git­ terelektroden sind so gegeneinander verdreht angeordnet, daß weder die Zuleitungsstege noch die Haltelaschen Über­ deckungen aufweisen. Die mechanische Stabilität kann er­ höht werden durch an den Zuleitungsstegen unterbrochene elektrisch isolierte Kreisringe.

Die Ausführung nach Fig. 3(C) kann aus der Ausführung nach Fig. 2 abgeleitet werden, indem statt der sich über einen weiten Radiusbereich erstreckenden Segmente von je­ weils ca. 120 Grad schmälere Kreisringe realisiert und die Verbindungsabschnitte U zu Verbindungsstegen verschlankt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die im einzelnen skizzierten Beispiele beschränkt, sondern im Rahmen des fachmännischen Könnens in einer Vielzahl von Ausführungsformen realisier­ bar. Insbesondere ist die Anzahl der Gitterelektroden va­ riabel. Die Außenkontur der verbundenen Anordnung ist nicht notwendig kreisförmig und Distanzglieder und Gitter­ elektroden können unterschiedliche Außenkonturen aufwei­ sen.

Claims (11)

1. Kathodenstrahlröhre mit einer Gitteranordnung, die mehrere über mindestens ein nichtleitendes Zwischenglied verbundene metallische Gitterelektroden umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektroden als ebene Blech­ teile und das oder die Zwischenglieder als Distanzglieder in Form von Ringscheiben mit planparallelen Flächen ausge­ bildet sind.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Distanzglieder aus Keramik bestehen.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzglieder kreisring­ förmig ausgebildet sind.

4. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Innenöff­ nungen der Distanzglieder groß sind gegenüber den Durch­ messern der Strahlöffnungen in den Gitterelektroden.

5. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektroden jeweils ein Mittelteil mit zentraler Strahlöffnung ein Anschluß­ teil aufweisen.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mittelteil ungefähr die Abmessung der Innenöffnungen der der Gitterelektrode benachbarten Di­ stanzglieder besitzt.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mittelteil kleiner als die Innenöffnun­ gen der Distanzglieder ist und mindestens eine zwischen die benachbarten Distanzglieder reichende Haltelasche auf­ weist.

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mittelteil an seinem gesamten Umfang zwischen die Distanzglieder reicht.

9. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenflächen der Git­ terelektroden außer in einem Mittelteil um den Elektronen­ strahl nicht überlappen.

10. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis Ansprüche 9, dadurch gekennzeichnet, daß in nicht von den Gitterelektroden beanspruchten Bereichen zwischen den Di­ stanzgliedern zusätzlich elektrisch isolierte Blechseg­ mente gleicher Dicke wie die Gitterelektroden eingefügt sind.

11. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Gitterelektroden und ggf. zusätzlich eingefügte Blechsegmente mit den Distanzglie­ dern verlötet sind.