DE2627418A1

DE2627418A1 - Kathode fuer elektronenstrahlerzeugungseinrichtung

Info

Publication number: DE2627418A1
Application number: DE19762627418
Authority: DE
Inventors: Praveen K Jariwala
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1977-01-13
Also published as: IT1068976B; US4000435A; FR2315167A1; CA1046126A; JPS522373A; NL7605761A

Description

Dipl.-ing. Peter-C. Sroka

Dr.-ing. Ernst Strafmann 0 R 0 7 / IR

Patentanwälte

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 16. Juni 1976

Westinghou.se Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Kathode für Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kathode für Kathodenstrahl-Erzeugungseinrichtungen für Kathodenstrahlröhren, insbesondere für F ar b f er ns ehb i ldr öhr en.

Das Elektronenstrahlraster einer Farbfernsehbildröhre wird dadurch erzeugt, daß ein mit einer Emmissionsschicht versehenes Kathodenglied indirekt erhitzt wird, um eine Elektronenemmission zu erzeugen, die auf eine Hochspannungsanode hin beschleunigt wird. Um dieses mit der Emmissionsschicht versehene Glied auf eine stabile Betriebstemperatur, bei der die Elektronenemmission ein stabiles Rasterbild bildet, zu erhitzen, ist eine bestimmte begrenzte Zeit erforderlich. Diese begrenzte Erhitzungszeit ist für die Verzögerungszeit verantwortlich, die zwischen dem Einschalten eines Fernsehgerätes und dem Entstehen eines sichtbaren Bildes auf der Schirmfläche auftritt. Diese Aufwärmzeit lag bisher typischerweise in der Größenordnung von 2o bis 30 Sekunden.

Die Verzögerungszeit für die Bilddarstellung wurde bisher dadurch möglichst klein gemacht, daß die Kathodenheizung ununterbrochen betrieben wurde, um so die Kathode der Elektronenstrahl-

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Erzeugungseinrichtung auf Betriebstemperatur oder doch nahe der Betriebstemperatur zu halten, selbst wenn das Fernsehgerät abgeschaltet ist. Dieses Merkmal weist den Nachteil auf, daß es hinsichtlich des Energieverbrauchs unökonomisch ist, außerdem ergibt sich dadurch in gewisser Weise ein Sicherheitsrisiko.

Es ist erstrebenswert, nach dem Einschalten des Fernsehgerätes die Aufheizung der Kathode auf Betriebstemperatur und die Erzeugung eines sichtbaren Bildes in einer so kurzen Zeit wie möglich zu erreichen. Ein Lösungsversuch zur Schaffung von sehr schnell sich aufheizenden Kathoden bestand darin, den elektronenemittierenden Teil der Kathode von dem Rest der Kathodenstruktur sowie von der Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtungsstruktur thermisch zu isolieren, um so die Wärmeverluste des erhitzten Teils der Kathode möglichst klein zu machen. Dies bedeutet jedoch die Herstellung von verhältnismäßig komplizierten Kathoden, die nicht nur in der Herstellung teuer sind, sondern auch Isolatorabstandeinrichtungen zwischen dem emittierenden Kathodenteil und der Stützstruktur notwendig machen.

In der US-Patentschrift 3 333 138 ist eine andere schnell sich aufheizende Kathode beschrieben worden, die die Notwendigkeit einer isolierenden Abstandeinrichtung beseitigt. Mehrere dünne leitende Stützstreifen verbinden die Kathodenkappe mit der Kathodenstützröhre. Diese Struktur ist jedoch in der Herstellung schwierig, da es notwendig ist, diese dünnen Stützstreifen richtig auszurichten und zu verbinden, da sie die Kathodenkappe genau in vorbestimmter Stellung relativ zu den Steuerelektroden der Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung halten müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kathode für eine Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung zu schaffen, die sich sehr schnell aufheizt, aber die oben geschilderten Schwierigkeiten bei der Herstellung nicht aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch genannten Merkmale gelöst.

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Auf diese Weise wird eine Kathode für die Elektronenstrahl-ErZeugungseinrichtung einer Farbfernsehbildröhre geschaffen, die bereits innerhalb von 6 Sekunden ein sichtbares Raster erzeugt. Die Lösung der Aufgabe geschieht in der Weise, daß eine im wesentlichen röhrenförmige leitende Kathodenbüchse vorgesehen wird, die an einem Ende mittels einer leitenden Kathodenanschlußöse gehalten wird, die wiederum von einem leitenden Kathodenstützglied gehalten wird, wobei das freie Ende der Kathodenbüchse mit einer becherförmigen Kathodenkappe versehen ist, die eine elektronenemittierende Beschichtung auf ihrer äußeren Endoberfläche besitzt. Die Endoberfläche befindet sich in einer vorbestimmten Entfernung von einer becherförmigen Steuergitterelektrode, die eine Elektronenstrahlöffnung besitzt, die zur zentralen Längsachse der Kathodenbüchse ausgerichtet ist. Eine mit einer Isolierbeschichtung versehene Kathodenheizspirale ist innerhalb der Kathodenbüchse nahe dem Kathodenkappenende angeordnet. Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, daß die emittierend beschichtete Kathodenkappe eine verminderte Masse und die isolatorbeschichtete Kathodenheizspirale ein großes Verhältnis von Gewicht zu Länge besitzt und mit einer geschwärzten Oberflächenbeschichtung zur Erhöhung der Immissionsfähigkeit versehen ist, um die Kathodenkappe schnell auf eine stabile Betriebstemperatur aufzuheizen.

Auf diese Weise wird eine Kathode für die Elektronenstrahler-Erzeugungseinrichtung geschaffen, die eine außerordentlich schnelle Aufheizcharakteristik besitzt, so daß in ungefähr 6 Sekunden ein sichtbares Raster erzeugt wird. Die Struktur der Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtungskathode ist ähnlich zu bekannten Kathoden, die insgesamt aus Metall hergestellt sind. Die emittierend beschichtete Kathodenkappe wird am Ende der metallischen Kathodenbüchse sicher festgehalten, wobei das Kathodenheizelement innerhalb der Kathodenbüchse angeordnet ist. Die schnelle Aufheizzeit wird dadurch erreicht, daß die emittierend beschichtete Kathodenkappe von verminderter Masse ist, und auch dadurch, daß die isolatorbeschichtete Kathoden-

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heizspirale, die innerhalb der Kathodenbüchse nahe der Kathodenkappe angeordnet ist, ein hohes Verhältnis von Gewicht zu Länge aufweist. Die Beschichtung auf der Kathodenheizung ist gedunkelt, um deren Wärme-Emissionsfähigkeit zu erhöhen, damit die Kathode schnell auf eine stabile Betriebstemperatur gebracht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der nur aus einer Figur bestehenden Zeichnung dargestellt ist.

In der Zeichnung ist nur ein Teil der Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung dargestellt, insbesondere sind nur der Kathodenteil und die Steuergitterelektrode gezeigt. Das Kathodenstützglied 12 ist ein leitendes Teil, das das leitende Kathodenauge 14 hält, in dem eine im wesentlichen röhrenförmige Kathodenbüchse 16 eingepaßt und gehalten wird. Das Kathodenstützglied 12 befindet sich in einer festen Stellung, um das Auge 14 und die.Kathodenbüchse 16 in vorbestimmter Beziehung zu der Steuergitterelektrode 18 zu halten, die ein im wesentlichen c-förmiges Glied mit einer zur Zentralachse der Kathodenbüchse 16 ausgerichteten Durchbrechung 20 ist. Alle oben genannten Elemente sind herkömmlich. Die zur schnellen Aufwärmeigenschaft dienenden Elemente sind das gewählte Heizelement 22, das innerhalb der Kathodenbüchse nahe dem Kathodenkappenende angeordnet ist. Die Kathodenkappe selbst ist auf einem Ende der Kathodenbüchse montiert und stellt ein im wesentlichen c-förmiges Glied dar, das auf der Kathodenbüchse aufgedrückt·ist und mittels Punktschweißung daran befestigt sein kann.

Die Kathodenheizspirale ist eine doppelt gewendelte Spirale aus gewöhnlich Wolfram-Rhenium-Draht, wobei ein Nenndurchmesser von 1,8 mm gewählt wird. Die Körperlänge der Spule beträgt etwa 2,3 mm. Die unbeschichtet sich erstreckenden Leitungen 26 für die Doppel-Wendel sind mit eingeführten Stiften verbunden, die die elektrische Leistung für das Heizelement liefern. Die Wendel selbst besteht aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,049 mm und die gebildete Doppel-Wendel besitzt ein Leiter-

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gewicht von etwa 4,2 mg. Das Gewicht der beschichteten Wendel beträgt etwa 10,5 mg. Eine Aluminium-Oxyd-Isolatorbeschichtung wird günstigerweise auf dem Draht vorgesehen. Diese Isolatorbeschichtung aus im wesentlichen Aluminium-Oxyd wird durch Ablagerung einer dünnen Wolframschicht soweit abgedunkelt, daß die Körperfarbe zu dem für hohe Wärme-Emission gewünschten Grau geändert wird. Das Gewicht der beschichteten Heizwendel beträgt somit etwa 10,5 mg, während die Wendellänge etwa 2,3 mm beträgt, so daß sich ein sehr großes Verhältnis von Gewicht zu Länge ergibt, das typischerweise etwa 4,56 mg pro mm/Länge beträgt. Dieses Verhältnis von Gewicht zu Länge für die schnell aufheizende Heizerwendel ist etwa zweimal so groß wie das Verhältnis von Gewicht zu Länge für herkömmliche Heizwendeln. Die Körperfarbe der Wendelbeschichtung ist ein dunkles Grau, das auf der Grauskala einen Wert von 53 aufweist, wenn man mit der Einrichtung "True Color Type 42D-1OOO" mißt, die von der Firma Neotec Instrument Company vertrieben wird. Die Kathodenheizwendel wird so ausgeführt, daß sie mit einer Spannung von 6,3 V und einem Strom von 230 mA arbeitet, so daß der Leistungseingang für die Heizwendel 1,45 W beträgt. Für ein Gesamtgewicht von 10,5 mg für die isolatorbeschichtete Wendel bedeutet dies einen Leistungseingang von 0,138 W pro mg.

Die Kathodenkappe 24 unterscheidet sich von einer herkömmlichen Kathodenkappe dadurch, daß die Dicke des Materials von etwa 0,1 auf 0,07 mm vermindert wurde. Noch wichtiger ist, daß die Länge der Beine 28 der c-förmigen Kathodenkappe von etwa 2,8 mm auf etwa 0,89 mm vermindert wurde. Die Kathodenstruktur 16 ist die gleiche wie bei herkömmlich verwendeten Kathoden und besitzt typischerweise eine Länge von etwa 8,1 mm. Somit beträgt das Verhältnis von Kathodenbüchsenlänge zu Kathodenkappenlänge etwa 9,15, während bei herkömmlicher Konstruktion dieses Verhältnis bei etwa nur 2,9 liegt. Die Kathodenbüchse, wie schon erwähnt, ist eine herkömmliche Büchse, die gewöhnlich etwa 0,05 mm Wanddicke besitzt. Die verminderte Wanddicke der Kathodenkappe beträgt vorzugsweise 0,07 mm und das Verhältnis von Kathodenbüchsenwanddicke zu Kappenwanddicke ist bei der vorzugsweisen Form

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etwa 0,7. Die Kathodenkappe 24 ist so ausgeführt, daß sie auf das Ende der Kathodenbüchse paßt und von der Steuergitterelektrode einen genau festgelegten Abstand besitzt. Es wurde ermittelt, daß eine vollständig aus Metall bestehende Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtungskathode gemäß der vorliegenden Erfindung sehr schnell auf eine stabile Betriebstemperatur gelangt und innerhalb von etwa 6 Sekunden nach Beginn des Heizstromes ein sichtbares Raster erzeugt.

Patentansprüche;

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Claims

Kathode für Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung, bestehend aus einer im wesentlichen röhrenförmigen elektrisch leitenden Kathodenbüchse, die an einem Ende von einem leitenden Kathodenauge gehalten ist, das wiederum von einem leitenden Kathodenstützglied getragen wird, wobei das freie Ende der Kathodenbüchse eine becherartige Kathodenkappe besitzt, die auf dem Ende der Büchse aufgesetzt ist und auf ihrer äußeren Endfläche eine elektronenemittxerende Beschichtung aufweist, wobei die Endfläche von einer becherförmigen Steuerelektrode einen bestimmten Abstand besitzt, und wobei die Steuergitterelektrode eine Elektronenstrahlöffnung besitzt, die zu der zentralen Längsachse der Kathodenbüchse ausgerichtet ist, und mit einer innerhalb der Kathodenbüchse nahe dem Kathodenkappenende angeordneten, mit einer Isolation beschichteten Kathodenheizwendel, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierend beschichtete Kathodenkappe (24) eine verminderte Masse und die isolatorbeschichtete Kathodenheizwendel (22) ein hohes Verhältnis Gewicht zu Länge besitzt, und daß die Heizwendel (22) mit einer abgedunkelten Oberflächenbeschichtung versehen ist, um deren Ausstrahlung zu erhöhen und die Kathodenkappe (24) schnell auf eine stabile Betriebstemperatur aufzuheizen.

Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Heizwendel (22) ein Verhältnis von Gewicht zu Länge von ungefähr 4,5 mg/mm besitzt.

Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge der Kathodenbüchse (16) zur Länge der Kathodenkappe (24) etwa 9 beträgt, und daß das Verhältnis der Dicke von Kathodenbüchse (16) zur Dicke der Kathodenkappe (24) etwa 0,7 beträgt.

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