DE2626284A1

DE2626284A1 - Flache gluehkathode

Info

Publication number: DE2626284A1
Application number: DE19762626284
Authority: DE
Inventors: Torao Aozuka; Shoichi Muramoto; Hideaki Nakagawa; Akira Nakayama; Takehisa Natori; Akio Ohkoshi; Koichiro Sumi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-06-11
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1976-12-23
Also published as: FR2314579B1; AT363563B; JPS5732457B2; NL7606364A; FR2314579A1; JPS51147171A; CA1072169A; SE411274B; BE842834A; AU1470476A; ES448829A1; GB1553902A; ATA428576A; AU501060B2; IT1067807B; US4069436A; SE7606653L

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-B MÜNCHEN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN SteinsdorfstraBe 10

Dr. r.r. not. W. KÖRBER * ^m) ^>296eM Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 2 β 2 6 2 8 Λ

11. Juni 1976

SONY Corporation

7-35 Kitashinagawa-6 -chonie Shinagawa-ku

Tokyo/Japan

Patentanmeldung

Flache Glühkathode

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Glühkathodenkonstruktionen und insbesondere auf eine verbesserte flache Glühkathode, welche auf einem Trägermaterial oder Substrat gebildet ist, wobei die Gefahr einer Beschädigung des Substrates, die durch Wärmespannung darin verursacht wird, wesentlich herabgesetzt wird.

Glühkathodenkonstruktionen werden bei verschiedenen Vakuum- und Gasröhreneinrichtungen verwendet. Obwohl viele dieser Einrichtungen mit dem Aufkommen der Halbleitertechnologie ersetzt worden sind, werden nichtsdestoweniger Glühkathodenkonstruktionen als Elektronenquelle bei Kathodenstrahlröhren, Elektronenstrahlspeicherröhren und anderen Elektronenstrahl-

609852/07S7

einrichtungen verwendet. Eine typische Glühkathodenkonstruktion, welche bei solchen Einrichtungen und insbesondere bei Kathodenstrahlröhren verwendet werden, kann in einer Elektronenschleuder- oder Elektronenstrahlerzeugeranordnung eingebaut sein, welche aus verschiedenen Steuer- und Beschleunigungsgittern gebildet ist, wobei ausgestrahlte Elektronen in ein Strahlenbündel gebildet werden, um ein Target oder Fangelektrode abzutasten. Im allgemeinen enthält eine solche Glühkathodenkonstruktion ein Metallrohr oder eine Metallhülse, die mit einer Metallstirnwand versehen ist. Die äußere Oberfläche dieser Stirnwand, d.h., die von dem Inneren der Hülse weggerichtete oder abgewandte Oberfläche, ist mit thermionischem oder thermischem oder Glühelektronenemissionsmaterial versehen, wie z.B. einem überzug solchen Materials, wobei Elektronen ohne weiteres davon ausgestrahlt werden, wenn der überzug auf eine zweckmäßige Temperatur erhitzt wird. Die erforderliche Wärme wird durch einen Faden erzeugt, der innerhalb der Metallhülse angeordnet ist, wobei der Faden mit Heizstrom versorgt wird, um somit die erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten, wodurch Elektronenemission von dem Elektronenemis sionsüberzug erfolgt.

Diese Art von Glühkathodenkonstruktionen, insbesondere, wenn sie bei einer Farbkathodenstrahlröhre vorgesehen sind, die bei Farbfernsehempfängern verwendet wird, ist verhältnismäßig schwierig einzubauen, wofür besonders ausgebildete Fachleute notwendig sind. Infolgedessen hat eine derartige Glühkathodenkonstruktion zu höheren Herstellungskosten und niedriger Produktivität bei der Herstellung von Kathodenstrahlröhren geführt. Die Metall-

609852/0767

hülse der Kathodenkonstruktion ist beispielsweise im allgemeinen durch eine keramische Scheibe oder Platte gestützt, die wiederum innerhalb eines schalen- oder becherförmigen Steuergitters angeordnet ist, wobei die keramische Scheibe und die Kathodenkonstruktion, insbesondere innerhalb des Gitters derart angeordnet sind, daß der Elektronenemissionsüberzug von der Stirnwand des Gitters um einen vorbestimmten Abstand liegt.

Um demgemäß die Probleme der Herstellung und des Einbaues derartiger Glühkathodenkonstruktionen nach dem Stand der Technik zu überwinden und somit die Gesamtherstellungskosten herabzusetzen, ist· eine flache Glühkathode vorgeschlagen worden. Diese vorgeschlagene Kathodenkonstruktion ist mit einem Isoliersubstrat versehen, auf welchem eine Schicht aus Widerstandsstromleitmaterial vorgesehen ist, um somit das Heizelement für die Kathode zu bilden. Ein Teil dieses Heizelementes ist mit einer Schicht aus Isoliermaterial überzogen, worauf eine Schicht aus Elektronenemissionsmaterial auf zumindest einen Teil der Isolierschicht angebracht wird. Somit werden die Metallhülsen und der Heizfaden innerhalb der Hülse, welche bisher typisch für die Glühkathodenkonstruktionen nach dem Stand der Technik waren, weggelassen. Diese flache Kathodenkonstruktion soll vorzugsweise so dünn wie möglich hergestellt werden. Demgemäß soll das Substrat sehr dünn sein, um somit den Energie- oder Kraftverbrauch des Kathodenheizelementes und auch die Zeit herabzusetzen, welche erforderlich ist, daß das Elektronenemissionsmaterial ausreichend erhitzt wird, um Elektronen auszustrahlen. Falls jedoch das Substrat dünner hergestellt wird, so entsteht leider

609852/0767

eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß es bricht oder auf andere Weise beschädigt wird, und zwar infolge der örtlichen Wärmespannung darin. Das Heizelement wird dann, wenn das Kathodenheizelement in einem verhältnismäßig lokalisierten Bereich vorgesehen ist, um somit die Wärme, welche auf den Elektronenemissionsüberzug angewandt wird, zu lokalisieren, ein Temperaturgefälle zwischen dem lokalisierten Heizbereich im Substrat und beispielsweise Außenumfangsbereichen des Substrates, welche viel kühler sind, entstehen. Dieses Temperaturgefälle erzeugt eine Wärmespannung im Substrat, und zwar einer Art, die zum Bruch, insbesondere am Perimeter des Substrates, führen kann.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer verbesserten flachen Glühkathode, durch welche die zuvor genannten Probleme und Nachteile vermieden werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer flachen Glühkathodenkonstruktion, wobei die Gefahr eines Bruches oder einer anderen Beschädigung von Bestandteilen dieser Konstruktion infolge Wärmespannungen herabgesetzt wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kathodenkonstruktion, welche verhältnismäßig einfach und billig herstellbar ist und verhältnismäßig einfach und nicht kostspielig - beispielsweise in einer Kathodenstrahlröhre eingebaut werden kann.

609852/0767

-s- 2826284

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Kathodenkonstruktion, welche auf ihre Arbeitstemperatur rasch erhitzt werden kann, um somit eine minimale Verzögerung zwischen der Zeit, zu welcher die Kathode mit Energie versorgt bzw. erregt wird, und der Zeit zu erzielen, zu welcher Elektronen davon ausgestrahlt werden.

Verschiedene weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden näheren Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche ersichtlich.

Erfindungsgemäß wird eine verbesserte flache Glühkathodenkonstruktion vorgesehen, welche ein Substrat, mindestens ein Halbheizelement, das am Substrat zur Erzeugung zumindest eines im wesentlichen lokalisierten Wärmebereichs, ein Unter- oder Hilfsheizelement, das auf dem Substrat vorgesehen ist, um einen Heizbereich im wesentlichen zu bilden, wobei sich der lokalisierte Wärmebereich innerhalb des umgrenzten oder bestimmten Heizbereiches befindet, sowie ein Kathodenelement aufweist, das- am lokalisierten Bereich vorgesehen ist und Elektronenemissionsmaterial enthält, so daß Elektronen daraus ausgestrahlt werden, wenn der lokalisierte Bereich auf eine Arbeitstemperatur erhitzt wird.

Die nachfolgende nähere Beschreibung , welche beispielsweise erfolgt, wird am besten im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verstanden; darin zeigen:

609852/0787

Figur 1: Eine Schnittdraufsicht einer typischen Kathodenkonstruktion nach dem Stand der Technik;

Figur 2: eine Draufsicht einer Ausfuhrungsform einer mittelbar erhitzten flachen Glühkathodenkonstruktion;

Figur 3: eine Schnittansieht entlang den Linien· 3-3 der Figur 2;

Figur 4: eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer mittelbar erwärmten flachen Glühkathodenkonstruktion;

Figur 5: eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer mittelbar erhitzten flachen Glühkathodenkonstruktion ;

Figur 6: eine perspektivische Ansicht einer Kathodenstützkonstruktion für eine flache Glühkathode;

Figur 7: eine Schnittansicht der Kathodenstützkonstruktion gemäß Figur 6 in Kombination mit einer Gitterelektrode;

Figur 8: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer unmittelbar erhitzten flachen Glühkathode; und

Figur 9: eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 der Figur 8-

609852/0767

Bevor die verbesserte,erfindungsgemäße flache Glühkathode beschrieben wird, wird Bezug auf Figur 1 genommen, worin eine typische Kathodenkonstruktion nach dem Stand der Technik gezeigt ist. Als ein Verwendungszweck derselben kann die Kathodenkonstruktion bei einer Farbkathodenstrahlfernsehbildröhre derart verwendet werden, nach welcher sie gesonderte Rot-, Grün- und Blaukathoden aufweist. Diese Rot-, Grün- und Blaukathoden sind mit entsprechenden Metallhülsen 3R, 3G und 3B versehen, wovon jede einen Heizfaden 2 aufnehmen kann und wovon jede eine Stirnwand 4 aufweist, die aus Metall hergestellt und mit einer Schicht aus thermionischem Elektronenemissionsmaterial überzogen ist. Die entsprechenden Hülsen 3R,· 3G und 3B sitzen innerhalb der öffnungen 7 R, 7G und 7B, die in einer keramischen Stützscheibe 6 vorgesehen sind, wobei diese Konstruktion innerhalb eines schalen- oder becherförmigen Steuergitters G 1 angeordnet ist. Das schalen- bzw. becherförmige Gitter G 1 ist aus einem Metalleiter gebildet, der eine Stirnwand 5 aufweist, die mit öffnungen 8 R, 8G und 8B fluchtrecht mit den Elektronenemissionsüberzügen der entsprechenden Rot-, Grün- und Blaukathoden versehen ist. Um die Kathoden in einer vorbestimmten Entfernung von den öffnungen 8R, 8G und 8B des Steuergitters G 1 richtig zu halten, ist ein Abstandshalter 9 zwischen der oberen Oberfläche der Stützscheibe 6 und der Innenoberfläche der SbLrnwand 5 des Gitters Gl vorgesehen. Ein kreisringförmiges Halteglied· 30, wie z.B. eine Verriegelungsunterlagscheibe ■ 30, ist innerhalb des schalen- oder becherförmigen Gitters Gl angeordnet, um somit die Stützscheibe 6 und den Abstandshalter 9 gegen die Stirnwand 5 anzudrücken.

609852/0767

Die Kathodenstützkonstruktion ist somit innerhalb des Gitters Gl fest in Stellung verriegelt, so daß jeder der Elektronenemissionsüberzüge der entsprechenden Rot-, Grün- und Blaukathoden in einem vorbestimmten Abstand von den Öffnungen 8R, 8G und 8B in der Stirnwand 5 richtig steht.

Obwohl in Figur 1 nicht gezeigt, sind Stützungen oder Stifte als Halterungen auf der Scheibe 6 vorgesehen, um entsprechende Hülsen· 3R,· 3G und 3B genau zu halten, wobei zusätzlich Fäden 2 an Heizstützgliedern, welche ebenso auf der Scheibe 6 angeordnet sind, verschweißt sind.

Abschirmungsplattenteile 1, wie z.B. eine zylindrische Abschirmung, trennen oder schirmen benachbarte Kathoden voneinander ab, um somit Einstreuung bzw. Über- oder Nebensprechen oder Nebenwiedergabe dazwischen, welche auf gegenseitige Interferenz zurückzuführen ist, auf ein Minimum herabzusetzen. Wie gezeigt, können diese Abschirmungs- oder Abschirmplattenglieder 1 an der Innenoberfläche der Stirnwand 5 des Gitters Gl befestigt sein, und von der Stirnwand herabhängen.

Wie aus der in Figur 1 dargestellten Konstruktion ersichtlich ist, erfordert die Kathode nach dem Stand der Technik, wenn als Bestandteil einer Farbkathodenstrahlbildröhre hergestellt und eingebaut, eine große Anzahl von Teilen für den Einbau, was zu verhältnismäßig niedriger Produktivität und zu hohen Herstellungskosten führt. Die Vorteile der automatischen Herstellung können ebenso nicht voll ausgenutzt werden,

609852/0767

so daß besonders gut ausgebildete Fachleute erforderlich sind.

Diese Nachteile werden durch die flache Glühkathodenkonstruktion derart, die bei den bevorzugten Ausführungsformen gemäß Figuren 2-9 gezeigt ist, überwunden. Bezugnehmend auf Figur 2, welche eine Draufsicht einer Ausführungsform einer flachen Glühkathode darstellt, und auf Figur 3, welche eine Schnittansicht entlang der Linien 3 -3 der Figur 2 ist, ist ersichtlich, daß die flache Glühkathode 21 aus einem Isoliersubstrat 10 besteht, welches ein Heizelement 11 darauf aufweist. Das Heizelement ist aus einem Streifen aus Widerstandsstromleitmaterial gebildet, wie z.B. Wolfram mit Thorium und/oder Rhenium, das hohe Arbeitstemperaturen erzeugen kann, wenn mit einem Heizstrom erregt. Das Heizelement 11 kann durch herkömmliche Auftragsmethoden oder nach anderen Methoden gebildet sein, wobei das Heizelement auf dem Isoliersubstrat 10 vorgesehen ist.

Das Heizelement 11 hat Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B, welche den entsprechenden Rot-, Grün- und Blaukathoden zugeordnet sind. Jedes Hauptheizelement 12 ist aus einem Widerstandsstromleiter 11 gebildet, der in Serpentinenform angeordnet ist und eine verhältnismäßig hohe Dichte hat, um somit die notwendige Hitze zu erzeugen, um das Elektronenemissionsmaterial jeder der Rot-, Grün- und Blaukathoden zu aktivieren. Somit erzeugt jedes der Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B einen im wesentlichen lokalisierten Wärmebereich.

609852/0767

Das Heizelement 11 enthält auch ein Unter- bzw. Hilfsheizelement 13, das aus dem Widerstandsstroraleiter gebildet und um den Perimeter des Substrats 10 herum angeordnet ist. Wenn erregt bzw. mit Energie versorgt wird, bildet das Unter bzw. Hilfsheizelement 13 einen Heizbereich, der im wesentlichen innerhalb des Perimeters des Substrats 10 liegt. Wie ersichtlich, ist die Wärme, die durch dieses Unter- bzw. Hilfsheizelement erzeugt wird, geringer als die lokalisierte Wärme, die durch die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B erzeugt wird.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 sind die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B und das Unterbzw. Hilfsheizelement 13 sämtlich in Reihe geschaltet. Diese Reihenheizkonstruktion ist zwischen die Heizstromspeiseklemmen 19a und 19b geschaltet. Die Klemmen 19a und 19b sind typisch mit Leiterstiften verbunden, welche sich unterhalb des Substrats 10 erstrecken, wie am besten in Figur 3 gezeigt. Wie aus Figur 2 ersichtlich, strömt somit der beispielsweise der Klemme 19b zugeführte Heizstrom durch das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 in der Nähe der unteren Kante des Substrats 10 und dann durch das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 in der Nähe der linken Kante des Substrats, durch das Hauptheizelement 12R zum Hauptheizelement 12G und dann zum Hauptheizelement 12B und von dort durch das Unterbzw. Hilfsheizelement 13 in der Nähe der rechten Kante des Substrats 10 und durch das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 in der Nähe der oberen Kante des Substrats zur Klemme 19a. Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungselement 13 umschreibt bzw. umkreist das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 im wesentlichen die

609852/0767

lokalisierten Bereiche, worin die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B angeordnet sind.

Eine Schicht aus Isoliermaterial 14, wie z.B. einem keramischen Werkstoff oder Aluminiumoxyd, ist über dem Substrat 10 vorgesehen. Die entsprechenden Rot-, Grün- und Blaukathoden 15R, 15G und 15B sind dann auf jedem lokalisierten Bereich gebildet, der durch die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B gebildet ist. Die Kathoden sind im wesentlichen ähnlich, wobei z.B. die Kathode 15R auf einer Schicht aus leitfähigem Material 16R gebildet ist, das mit dem Hauptheizelement 12R fluchtet, einer Metallschicht 17R, welche auf der leitfähigen Schicht 16R vorgesehen ist, und einem Überzug aus Elektronenemissionsmaterial 18R, das auf dem Metallstück 17R vorgesehen ist. Die leitfähigen Schichten 16R, 16G bzw. 16B weisen einen kreisförmigen Abschnitt 16S auf,den isolierten Hauptheizelement 12R, 12G und 12B und leitende Teile oder Zuteilungen 16R auf, um die entsprechenden leitfähigen Schichten mit den Klemmen 2OR, 2OG und 2OB und verbinden, die entlang des Perimeters des Substrats 10 vorgesehen sind. Die leitfähigen Schichten 16R, 16G und 16B können ggf. mit Nickel plattiert werden, um somit ihre Leitfähigkeit zu verbessern.

Die Metallschichten 17R, 17G und 17B können auf den entsprechenden leitfähigen Schichten vorgesehen werden, indem eine dünne Schicht aus Nickel aufgetragen wird, welcher einige Reduziermittel, wie z.B. Wolfram und Magnesium, zugegeben werden, worauf die aufgetragene Metallschicht mit Gold zugelötet wird. Herkömmliche

609852/0767

Verdampfungsmethoden können als eine Alternative verwendet werden, um die Metallschichten 17R, 17G und 17B auf den leitfähigen Schichten 16R bzw. 16G und 16B zu bilden. Als eine weitere Alternative können diese Metallschichten gebildet werden, indem ein leitfähiger Anstrich verwendet wird. Wie ersichtlich, können auch andere typische technische Methoden zum Bilden der Metallschichten 17R, 17G und 17B auf den leitfähigen Schichten 16R, 16G und 16B verwendet werden.

Die Elektronenemissionsüberzüge 18R, 18G und 18B sind auf den Metallschichten 17R, 17G und 17B gebildet,und zwar durch Aufschreichen oder Aufsprühen eines Pastengemisches eines einzigen oder mehrfachen Barium-, Strontium- und Kalziumkarbonats, eines Bindemittels, wie z.B. Nitrozellulose, und eines Lösungsmittels, wie z.B. Äthylacetat. Andere Elektronenemissionsüberzüge können ggf. verwendet und auf den Metallschichten 17R, 17G und 17B mit anderen herkömmlichen technischen Methoden gebildet werden.

Die Klemmen 2OR, 20G und 2OB, die durch die Leiter 16λ mit den leitfähigen Schichten 16R, 16G und 16B verbunden sind, können mit entsprechenden Steuerspannungen zur Steuerung der entsprechenden Rot-, Grün- und Blaukathoden versorgt werden.

Im Arbeitszustand erzeugt der durch die entsprechenden Halbheizelemente 12R, 12G und 12B fließende Heizstrom lokalisierte Wärmebereiche. Falls das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 momentan weggelassen wird, so erzeugen die lokalisierten erhitzten Bereiche ein Temperatur-

609852/0767

gefälle von den Bereichen der maximalen Wärme auf diejenigen Abschnitte des Substrates 10, welche kühler sind. Wie in Figur 2 gezeigt, wird also ein Temperaturgefälle von dem mittleren Abschnitt des Substrates 10 erzeugt, d.h. von den lokalisierten erhitzten Bereichen, die durch die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B gebildet sind, nach außen in Richtung auf den Perimeter des Substrates. Dieses Temperaturgefälle im Substrat 10 führt zur Wärmespannung, welche einer Streck- oder Zugspannung analog ist. Obwohl das Substrat 10 gute Eigenschaften in bezug auf die Zusammenziehungs- oder Verengungsspannung zeigt, d.h. das Substrat kann verhältnismäßig hohe Zusammenziehungs- oder Verengungsspannungen widerstehen, kann es jedoch einer vergleichbaren Streck- oder Zugspannung nicht widerstehen, Wenn die flache Kathode 21 sich im Arbeitszustand befindet, kann daher die Wärmespannung, die im Substrat 10 durch die große Hitze erzeugt wird, welche durch die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B erzeugt wird, zum Bruch oder zur Rißbildung im Substrat führen, insbesondere entlang des Perimeters und der Kanten desselben. Diese Gefahr einer Beschädigung des Substrates 10 wird vermieden, indem das Unterbzw. Hilfsheizelement 13 so angeordnet wird, daß es die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B umschreibt oder umkreist. Das Unter- bzw. Hilfsheizelement umschreibt oder bildet einen Heizbereich, der, wie gezeigt, die Temperatur an den anderen Teilen oder am Perimeter des Substrates 10 erhöht. Dies wiederum reduziert das Temperaturgefälle zwischen den lokalisierten erhitzten Bereichen, welche durch die Hauptheizelemente und die Außenabschnitte des Substrates

609852/0767

gebildet werden. Gleichzeitig mit der Herabsetzung
dieses Temperaturgefalles wird auch die Wärmespannung im Substrat 10 entsprechend reduziert; d.h., die Wärmeausdehnung des mittleren Abschnittes des Substrates in bezug auf die äußeren Abschnitte desselben wird reduziert, wenn der Perimeter des Substrates 10 erhitzt wird. Dies hat die Wirkung der Erzeugung einer Zusammenziehungsspannung, um der Streck- oder Zugspannung
infolge der lokalisierten erhitzten Bereiche entgegenzuwirken. Die Wirkung der Zusammenziehungsspannung wird normalerweise von dieser Richtung erzielt. Da die Zusammenziehungsspannung von dem Perimeter des Substrates 10 in Richtung auf den mittleren Abschnitt desselben
als angewandt betrachtet werden kann, ist daher die Wirkung dieser Zusammenziehungsspannung im wesentlichen
entlang des Kreisumfanges des Substrates zu beobachten. Dies wirkt der Streck— oder Zugspannung infolge der
Wärmespannung in dem Substrat entgegen und reduziert
daher im wesentlichen die Möglichkeit eines Bruches
oder einer Rißbildung im Substrat entlang seiner Kanten.

Infolge dieser Herabsetzung der Wärmespannung im Substrat 10 kann das Substrat verhältnismäßig dünn hergestellt werden, wie z.B. in der Größenordnung von
Q,l - O_r2 mm in Dickendimension, während das Heizelement 11 so hergestellt werden kann, daß es eine große Wärmemenge erzeugt. Das Heizelement 11 kann daher aus Wolfram hergestellt sein. Die Zuverlässigkeit und die lange Betriebslebensdauer der dargestellten flachen
Glühkathode sind somit verbessert. Auch das Heizvermögen ist erhöht, während die Zeit, die für die Elektronen-

609852/0787

emission erforderlich ist, wenn einmal das Kathodenheizelement erregt ist, herabgesetzt wird.

Bei der soeben unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform sind die Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B und das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 sämtlich in Reihe geschaltet. Bei einer Alternativaus führungs form, wie in Figur 4 gezeigt, sind die Hauptheizelemente und das Unter- bzw. Hilfsheizelement sämtlich parallelgeschaltet. Da jedoch die Hauptheizelemente innerhalb des Heizbereiches angeordnet sind, der durch das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 gebildet ist, wird die Wärmespannung im Substrat 10 herabgesetzt, wie zuvor erwähnt. Bei der Ausführungsform nach Figur 4, bei welcher das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 entlang des Perimeters des Subtrates 10 vorgesehen ist, wird somit die Gefahr eines Bruches oder einer Rißbildung im Subtrat 10 wesentlich reduziert.

Bei einer weiteren Ausführungsform einer flachen Glühkathode, wie in Figur 5 gezeigt, ist das ganze Heizelement 11 gleichmäßig in Serpentinenform auf im wesentlichen dem ganzen Substrat vorgesehen. Das ganze Heizelement kann aus demselben Widerstandsstromleiter von einem Endabschnitt bis zum anderen gebildet sein. Von diesem ganzen Heizelement 11 können drei Mittelabschnitte als Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B betrachtet werden. Der Rest kann als das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 betrachtet werden. Dies hat die Wirkung der Erhöhung der Wärme in dem Heizbereich, der durch das Unter- bzw. Hilfsheizelement umgrenzt bzw.

609852/0767

gebildet ist; d.h. zusätzlich zur Erhitzung von lediglich dem Perimeter oder dem Außenabschnitt des Substrates 10, wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 4, erhitzt das Unter- bzw. Hilfsheizelement gemäß Figur 5 auch die inneren Abschnitte des Substrates. Da das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 am Substratat IO gleichmäßig ist, wird das Temperaturgefälle aus den lokalisierten Bereichen weiter reduziert. Da jedoch das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 gemäß der Ausführungsform der Figur 5 mehr Wärme erzeugt, als durch das Unter- bzw. Hilfsheizelement bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform erzeugt wird, ist ersichtlich, daß eine größere Heizkraft den Klemmen 19a und 19b zugeführt werden rauß. D.h. der Heizstrom, welcher diesen Klemmen bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 zugeführt wird, ist größer als jener, der bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform zugeführt wird. Nichtsdestoweniger ist die Ausführungsform gemäß Figur 5 wirksam, die Gefahr eines Bruches des Substrates 10 wirksam, welcher durch Wärmespannung darin verursacht werden würde.

Ein Beispiel einer Stützkonstruktion für die flache Glühkathode, die zuvor beschrieben wurde, wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 erörtert. Die Stützkonstruktion 31 besteht aus einem rahmenförmigen Abstandhalter 22 einer vorbestimmten Dicke t mit einer Vielzahl von Haltevorsprüngen oder Halterungen 26a, 26b, 26c und 26d, die sich in den offenen Bereichsabschnitt derselben erstrecken und die Kathodenkonstruktion 21 aufnehmen und stützen können. Ein rahmenförmiges Halteglied 23 kann mit dem Abschnitthalter 22 zusammenarbeiten

609852/0767

und enthält auch die Haltevorsprünge 29a, 29b, 29c,... 29h, welche sich in den inneren Bereich des Haltegliedes 23 erstrecken. Die Haltevorsprünge 26 und 29 auf dem Abstandshalter 22 bzw. das Halteglied 23 haben die Funktion, die Kathode 21 entlang des Perimeters der Kathodenkonstruktion festzuhalten und die Kathode zuverlässig zu halten.

Der Rahmen 27 des Haltegliedes 23 ist auch mit Schenkeln 3OA und 3OB versehen, welche sich vom Rahmen 27, im wesentlichen wie gezeigt, erstrecken. Der Abstandshalter 22 und das Halteglied 23 sind so geformt oder haben solche Umrisse, daß sie in das schalen- bzw. becherförmige Gitter 21, wie in Fugur 7 gezeigt, eingesetzt werden können. Die Außenoberfläche des Abstandshalters 22 kann mit der Innenoberfläche der Stirnwand 5 des Gitters 21 in Kontakt kommen, wobei die Schenkel 3OA und 3OB, welche sich vom Rahmen 27 des Haltegliedes 23 erstrecken, am Gitter verschweißt werden können. Da der Abstandshalter 22 eine vorbestimmte Dicke t hat, sind die Elektronenemissionsüberzüge 18R, 18G und 18B der Kathoden 15R, 15G und 15B von der Wand 5 um den vorbestimmten Abstand d angeordnet. Die von diesen Rot-, Grün- und Blaukathoden ausgestrahlten Elektronen kommen daher durch die öffnungen 8R, 8G und 8B hindurch, die in der Stirnwand 5 des Gitters Gl vorgesehen sind.

Bei dem Einbau der Kathode 21 in ihre Stützkonstruktion 31, werden der Abstandshalter 21 und das Halteglied 23 miteinander befestigt, beispielsweise durch Punktschweißung, sobald diese entsprechenden Teile zweckmäßig ausgerichtet werden. Die Haltevorsprünge 29a 29h, welche am Rand 27 des Haltegliedes 23 vorgesehen sind, sind vorzugsweise noch nicht in die in Figur 6

609852/0767

gezeigte Form gebogen; die erstrecken sich vielmehr von dem Rahmen 27 nach außen, so daß die Kathode 21 auf die Haltevorsprünge 26a ... 26d des Abstandshalters 22 richtig angebracht werden können. Sobald die Kathode 21 so eingesetzt ist, werden die Haltevorsprünge 29a ... 29h so gebogen, daß sie die Kathode 21, wie in Figur 6 gezeigt, ergreifen und richtig in Stellung bringen. Dies richtet die Kathoden 15R, 15G und 15B aus, um somit in bezug auf die Öffnungen 8R, 8G und 8B des Gitters Gl zweckmäßig nebeneinander angeordnet zu sein. Dann wird die Stützkonstruktion 21, worin die Kathode 21 zweckmäßig gestützt ist, in das Gitter Gl eingesetzt, wie zuvor beschrieben, wird die obere Oberfläche des AbStandshalters 22 in Berührung mit der Innenoberfläche der Stirnwand 5 des Gitters Gl eingedrückt, wobei die Schenkel 3OA und 3OB, die sich vom Rand 27 erstrecken, mit dem Gitter verscheißt werden.

Da die Kathode 21 durch die Haltevorsprünge 26a ... 26d und 29a ... 29h im wesentlichen in Punktberührung am Außenumfang der Kathode gestützt ist, wird die Menge der von der Kathode 21 auf die Stützkonstruktion 31 übertragene Wärme reduziert.

Bei den zuvor unter Bezugnahme auf die Figuren 2,4 und 5 beschriebenen Ausführungsformen wurde angenommen, daß die Kathodenkonstruktionen der mittelbar erhitzten Bauart gehören. Eine weitere Ausführungsform einer flachen Glühkathodenkonstruktion ist in den Figuren und 9 gezeigt, wobei sie aus einer Konstruktion der unmittelbar erhitzten Art betrachtet werden kann. D.h. bei der unmittelbar erhitzten Kathode ist die Iso-

609852/0767

lierschicht 14, welche zuvor aus jeder der Kathoden von Heizelementen trennend gezeigt wurde, weggelassen. Wie in den Figuren 8 und 9 gezeigt, sind die Hauptheizelemente 12R und 12G und 12B an gesonderten Stellen auf dem Substrat 10 vorgesehen. Metallschichten 17R, 17G und 17B sind unmittelbar auf den Heizelementen 12R, 12G und 12B vorgesehen, wobei, wie zuvor, Elektronenemissionsüberzüge 18R, 18G und 18B an die entsprechenden Metallschichten angebracht werden. Das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 ist im wesentlichen entlang des Perimeters des Substrates 10 vorgesehen, um somit einen Heizbereich zu bilden, im wesentlichen in der Art und zu demselben Zweck, wie zuvor beschrieben.

Jedes Hauptheizelement 12R, 12G und 12B ist mit Heizstromspeiseklemmen oder Stiften 32R, 32G und 32B elektrisch verbunden. Das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 ist mit den Heizstromspeiseklemmen 33a und 33b elektrisch verbunden. Wie gezeigt, sind somit die Hauptheizelemente und die Unter- bzw. HLlfsheizelemente unabhängig voneinander verbunden. Nichtsdestoweniger ist die Funktion des Unter- bzw. Hilfsheizelementes 13, die Wärmespannung im Substrat 10 zu reduzieren, wodurch die Möglichkeit einer Beschädigung des Substrates wesentlich herabgesetzt wird.

Öffnungen oder Schlitze 34 sind im Substrat 10 vorgesehen, welche (nicht gezeigte) Abschirmteile aufnehmen können, um die benachbarten Kathoden 15R, 15G und 15B voneinander zu trennen, um somit Nebenwiedergabe zu vermeiden, die durch die gegenseitige Interferenz verursacht wird.

609852/0767

Die unabhängigen Verbindungen der entsprechenden Hauptheizelemente 12R, 12G und 12B und des Unter- bzw. Hilfsheizelementes 13, wie in Figur 8 gezeigt, können ggf. durch die Reihenschaltungen derart ersetzt werden, die zuvor unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der Figuren 2 erörtert wurden oder durch eine Parallelschaltung, wie in Figur 4 gezeigt. Bei einer weiteren Abwandlung der Ausführungsform nach Figur 8 kann das Unter- bzw. Hilfsheizelement 13 gleichmäßig am Substrat 10 in der beispielsweise in Figur 5 gezeigten Form vorgesehen sein. Die unmittelbar erhitzte Kathodenkonstruktion nach den Figuren 8 und 9 kann selbstverständlich durch die Kathodenstützkonstruktion 39 der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Art gestützt werden.

Während die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurde, ist ohne weiteres ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen in bezug auf Form und Einzelheiten von dem Durchschnittsfachmann innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche vorgenommen werden können, welche als sämtliche derartige Abwandlungen und Änderungen enthaltend ausgelegt werden sollen.

609852/0767

Claims

Patentansprüche

1./ Flache Glühkathode, die ein Substrat aufweist, wobei eine Hauptheizeinrichtung auf dem Substrat vorgesehen ist, um zumindest einen im wesentlichen lokalisierten Wärmebereich zu erzeugen, und mit einer Kathodeneinrichtung, die am besagten zumindest einen lokalisierten Bereich angebracht ist und Elektronenemissionsmaterial aufweist, gekennzeichnet durch eine Unter- bzw. Hilfsheizeinrichtung, die auf dem Substrat um den besagten lokalisierten Bereich herum vorgesehen ist, um im wesentlichen einen Heizbereich zu umgrenzen bzw. zu bilden.

Flache Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Hauptheizeinrichtung eine Vielzahl von Hauptheizelementen aufweist, wovon jedes aus Widerstandsstromleitern gebildet ist, die angeordnet sind, eine vorbestimmte Wärme zu erzeugen, um das Elektronenemissionsmaterial zu aktivieren, und daß die Unter- bzw. Hilfsheizeinrichtung angeordnet ist, um das Temperaturgefälle zu verringern, die durch die Hauptheizeinrichtung erzeugt wird.

Flache Glühkathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter- bzw. Hilfsheizeinrichtung einen Widerstandsstromleiter aufweist, der so angeordnet ist, daß er im wesentlichen die besagten Hauptheizelemente umschreibt bzw. umkreist.

609852/0767

4. Flache Glühkathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptheizelemente in Reihe geschaltet sind und daß der besagte umschreibende
oder umkreisende Widerstandsstromleiter mit den
Hauptheizelementen in Reihe geschaltet ist.

5. Flache Glühkathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kauptheizelemente parallelgeschaltet sind und daß der umschreibend bzw. umkreisende Widerstandsstromleiter mit den Hauptheizelementen
parallelgeschaltet ist.

6. Flache Glühkathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine vorbestimmte Form
aufweist und daß der umschreibende bzw. umkreisende Widerstandsstromleiter den Perimeter des Substrates im wesentlichen bestimmt oder bildet.

7. Flache Glühkathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptheizelemente unabhängig voneinander und von dem umschreibenden oder umkreisenden Widerstandsstromleiter verbunden sind.

8. Flache Glühkathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter- bzw. Hilfsheizeinrichtung einen Widerstandsstromleiter aufweist bzw. aus diesem Leiter besteht, der im wesentlichen gleichmäßig auf dem Substrat angeordnet ist.

9. Flache Glühkathode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsstromleiter in Serpentinenform angeordnet ist.

609852/07 67

10. Flache Glühkathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsstromleiter eines Hauptheizelementes in Serie geschaltet und in Serpentinenform angeordnet sind.

11. Flache Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodeneinrichtung eine Schicht aus Isoliermaterial aufweist, welche auf der Hauptheizeinrichtung liegt, und daß mindestens ein Metallelement auf der Isolierschicht vorgesehen ist, die in besagtem zumindest einem lokalisierten Wärmebereich vorgesehen ist, und daß ein Überzug aus Elektronenemissionsmaterial auf dem besagten zumindest einem Metallelement vorgesehen ist.

12. Flache Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodeneinrichtung zumindest ein Metallelement auf der Hauptheizeinrichtung aufweist, die in besagtem zumindest einem lokalisierten Wärmebereich vorgesehen ist und daß ein Überzug aus Elektronenemissionsmaterial auf dem besagten zumindest einem Metallelement vorgesehen ist.

13. Flache Glühkathode, mit einem Isoliersubstrat, einer Vielzahl von Heizelementen, die auf dem Substrat vorgesehen sind, wovon jedes einen Widerstandsstromleiter aufweist, angeordnet in Serpentinenform, um einen entsprechenden lokalisierten Wärmebereich zu erzeugen, wobei die lokalisierten Wärmebereiche die Tendenz zeigen, ein Temperaturgefälle zu erzeugen, welchen von den lokalisierten Bereichen in Richtung auf den Perimeter des Substrates gerichtet ist, wodurch eine Wärmespannung entlang des Perimeters

609852/0767

des Substrates gebildet ist und mit einer Vielzahl von Kartonkathodenteilen, die an entsprechenden lokalisierten Wärmebereiciien vorgesehen sind, wobei das Kathodenglied Elektronenemissionsmaterial enthält, das auf die Wärme anspricht, gekennzeichnet durch eine unter- bzw. Hilfsheizeinrichtung, die auf dem Substrat vorgesehen ist und erregt werden kann, um das Temperaturgefälle herabzusetzen.

14. Flache Glühkathodenkonstruktion, welche mit einem Gitterteil zusammenarbeiten kann, und mit einer Kathodeneinrichtung, die an besagtem zumindest einem lokalisierten Bereich vorgesehen ist, und Elektronenemissionsmaterial aufweist, gekennzeichnet durch eine Unter- bzw. Hilfsheizeinrichtung, die auf dem Substrat um den besagten lokalisierten Bereich herum vorgesehen ist, um im wesentlichen einen Heizbereich zu bilden, einen rahmenförmigen Abstandshalter einer vorbestimmten Dicke, welche eine Anzahl von Haltevorsprüngen aufweist, die sich in den Rahmen nach innen erstrecken, um das Substrat zu stützen, und durch eine rahmenförmige Halteeinrichtung mit einer Vielzahl von Haltevorsprüngen, die mit den Haltevorsprüngen des Abstandshalters zusammenarbeiten, um das Substrat zwischen sich festzuklemmen, wobei der Abstandshalter und die Halteeinrichtung in ein schalen- bzw. becherförmiges Gitter eingesetzt werden können, so daß die Kathodeneinrichtung bzw. die Kathodenteile in einem vorbestimmten Abstand von einer Stirnwand des Gitters angeordnet sind.

Der Patentanwalt

609852/0767