DE3245167A1

DE3245167A1 - Kathodenaufbau fuer eine fernsehroehre

Info

Publication number: DE3245167A1
Application number: DE19823245167
Authority: DE
Inventors: Toshiharu Yokohama Higuchi; Syouji Yokosuka Kanagawa Nakayama; Yukio Hiratsuka Kanagawa Takanashi; Touro Yokohama Kanagawa Yakabe
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-12-11
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1983-06-23
Also published as: DE3245167C2; US4524296A; KR860001672B1; JPS58100329A; GB2127617B; KR840003141A; GB2127617A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Kathodenaufbau für eine Elektronenröhre, insbesondere einen schnellstartenden Kathodenaufbau für eine Farbfernsehröhre.

Figur 1 zeigt einen bekannten, schnellstartenden Kathodenaufbau, der beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 23954/1972 beschrieben ist. Dort sind Heizelemente 1 in eine Kathodenbuchse 2 eingesetzt und eine Elektronen emittierende Schicht 3 ist auf der Oberseite 4 der Kathodenbuchse 2 vorgesehen. Das Heizelement .weist einen schraubenförmigen Wolframdraht 7 und eine den Wolfrarndraht 7 umschließende, gesinterte Isolierschicht 8 aus Aluminiumoxid auf. Die Außenfläche des Heizelements 1 ist im wesentlichen von der Kathodenbuchse 2 umgeben. Zunächst wird die Kathodenbuchse 2 in Form einer Muffe von rechteckigem Querschnitt gemäß Figur 2 geformt, wobei ein Innenraum der Muffe, so gestaltet ist, daß ein Spiel verbleibt, wenn die Heizelemente>1> in die Muffe eingesetzt sind. Anschließend wird in einem Preßformschritt eine Formvorrichtung 10 in die durch einen Pfeil 11 angedeutete Richtung bewegt, um die -obige Beziehung zwischen Kathodenbuchse 2 und den Heizelementen 1 herzustellen.

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Bei dieser bekannten Kathodenanordnung überlappt die Kathodenbuchse die Außenflächen der Heizelemente und berührt diese. Dadurch werden . eine thermische und eine· mechanische' Kopplung zwischen den Heizelementen und der Kathodenbuchse wesentlich verstärkt. Schwierigkeiten, die durch Spalte zwischen den Teilen auftreten, sind ausgeschaltet und es wird ein hoher Heizwirkungsgrad erzielt. Der bekannte Kathodenaufbau ist daher für schnellstartende Kathoden äußerst zweckmäßig. Er hat jedoch gewisse andere, wesentliche Nachteile, die im folgenden erläutert werden.

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Erstens erfolgt eine Reaktion in der Form W + Al 0

WO + Al (worin m und η qanze Zahlen sind) zwischen dem mn·

Wolframdraht und der Aluminiumoxid-Isolierschicht. In dem

erhaltenen W 0 enthaltener Sauerstoff diffundiert in die mn .

Kathodenbuchse und reagiert mit der Elektronen emittierenden Schicht, was zu einem sogenannten Gasdotierungs-Phänomen führt. Als Folge davon wird die Lebensdauer des Kathodenaufbaus sehr deutlich verkürzt..

IQ Zweitens hat eine Farbfernsehröhre im allgemeinen einen •engen Hals mit kleinem Durchmesser..Der bekannte Kathodenaufbau kann im Durchmesser jedoch nicht klein oder eng hergestellt werden.. Bei Farbfernsehröhren mit in-line-Elektronenkanone ist es jedoch wichtig, daß ein kleiner Halsdurchmesser erzielt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kathodenaufbau zu schaffen, der in eine Farbfernsehröhre mit engem Hals einsetzbar ist, der schnell startet und der eine lange Lebensdauer hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Kathodenauf baus ;
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Figur 2 eine Seitenansicht eines bekannten Kathodenaufbaus während eines Herstellungsschritts;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kathodenaufbau;

Figur 4 eine Draufsicht auf Figur 3;

den Kathodenaufbau nach

Figur'5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Figur 4; ■

Figur 6 eine Seitenansicht des Kathodenaufbaus nach Fi^ gur 3;

Figur 7 einen Schnitt durch eine Elektronenkanone mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaufbau;

Figur 8 eine perspektivische Ansicht eines Trägerteils, für ein anderes Ausführungsbeispiel;

Figur 9 eine perspektivische Ansicht eines Trägerteils für ein weiteres Ausführungsbeispiel;

Figur 10 einen vergrößterten Schnitt durch ein Heiz-· element eines anderen Ausführungsbeispiels; ■

• Figur 11 einen vergrößerten Schnitt durch ein Metallsubstrat eines weiteren Ausführungsbeispiels; und

Figur 12 eine perspektivische Ansicht eines Metallsubstrats und einer Kathodenbuchse eines weiteren

Ausführungsbeispiels.

Die Figuren 3, 4, 5 und 6 zeigen einen Kathodenaufbau 20 mit einem Kathodenhalter 21 in Form eines etwa elliptisehen Zylinders mit zwei zueiander parallele Flächen, der aus Fe-Ni-Co Legierung von 0,15 mm Dicke hergestellt ist. Zwei Anschlußstifte 22 sind an einer Inne.nwand des Kathodenhalters. 21 angebracht und ein Paar von Kathoden.buchsen 23, die ein wärmeleitendes Teil bilden, wird von dem Kathodenhalter 21 von Trägern 26 getragen, die an die

Innenwand des Kathodenhalters 21 angeschweißt sind. Heizelemente 27 sind jeweils in eine Kathodenbuchse 23 eingesetzt und mit den· Enden an die Anschlußstifte 22 angeschweißt oder angelötet. Ein Metallsubstrat 28 ist an den Kathodenbuchsen 23 angebracht und eine Elektronen emittierende Schicht 29 ist auf dem Metallsubstrat 28 vorgesehen.

Man erkennt aus den Figuren 4 und 6, daß jeder Anschlußstift 22· einen Zylinder 30 aufweist, der mit dem Kathodenhalter verschweißt oder verlötet ist. Ein leitender Stift 31 ist in den Zylinder- 30 eingesetzt und mit diesem durch ein Isoliermaterial 36 verbunden, beispielsweise durch Adhäsionsglas. Die Kathodenbuchse 23 ist · aus Ni-Cr-W Legierung hergestellt und hat einen Durchmesser von 0,8 mm, eine Dicke von 15- ,um und eine Länge von 3 mm. Auf der Innen- und der Außenfläche der Kathodenbuchse 23 ist eine geschwärzte Schicht gebildet. Die Kathodenbuchsen 23 sind in einer Ebene senkrecht zur Achse ■Z einer Elektronenkanone angeordnet und miteinander an Kontaktpunkten 66 verschweißt oder verlötet. Die Elektronenkanone wird weiter unten näher, erläutert. Die Kathodenbuchsen 23 werden durch ein Paar Stützelemente 26 an ihren Endbereichen symmetrisch in bezug auf die Achse Z der Elektronenkanone abgestützt. Die anderen Enden der

²^ Stützelemente 26 sind mit der. Innenwand des Kathodenhalters 21 verschweißt öder verlötet. Jedes Heizelement 27 weist einen schraubenförmigen Wolframdraht 32 und eine den.Wolframdraht 32 umgebende Isolierschicht 32 aus Aluminiumoxid auf. Das Heizelement 27 ist in die Kathodenbuch-

'30 se 23 eingesetzt und die Enden des Wolframdrahts 32 sind jeweils mit einem Ende der leitenden Stifte 31 an Lötpunkte 35 elektrisch angeschlossen. Die anderen Enden der leitenden Stifte 31 sind an eine Stromquelle angeschlossen. Das Metallsubstrat 28 ist eine Metallscheibe aus Nickel, die hauptsächlich eine sehr geringe Menge von

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Reduziermitteln umfaßt und einen Durchmesser von 1,3 mm sowie eine Dicke von 0,04 mm hat.

Auf dem Metallsubstrat 28 ist eine Elektronen emittierende Schicht 29 vorgesehen. Das Metallsubstrat 28 ist auf beide Kathodenbuchsen 23 aufgebracht, und zwar auf deren Oberseiten und ist mit diesen an zwei oder vier Punkten 40 am Umfang des Metallsubstrats 28 verschweißt oder verlötet. Der Mittelpunkt des Metallsubstrats 28 fluchtet τι it der Achse Z der Elektronenkanone. Zwischen den Kathodenbuchsen 23 und der Mitte des Metallsubstrats 28 ist ein Freiraum S gebildet.

Anhand von.Figur 7 wird im folgenden eine in—line-Elektronenkanone für eine Farbfernsehröhre beschrieben, welche den erfindungsgemäßen Kathodenaufbau verwendet.

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch eine in-1ine-Elektronenkanone, der durch eine Ebene senkrecht zur Elektronen-Strahlrichtung geführt ist und von der Kathodenseite in Richtung auf die Gitterelektroden betrachtet wird. Eine erste Gitterelektrode 41 weist drei Öffnungen R, G und B auf, durch die je ein Elektronenstrahl hiridurchtritt und ist mit Befestigungsfortsätzen in Glasperlen 42 befestigt. Andere, nicht dargestellte Gitterelektroden sind ebenfalls in den Glasperlen 42 im Abstand zueinander in Richtung der Elektronenkanonenachse befestigt. Ferner sind drei Kathodenstutzplatten 45 durch ihre zugehörigen BefestigungsteiIe 45 in den Glasperlen 42 befestigt und es sind drei zylindrische Kathodenträger 46 durch Schweißen oder Löten an den Kathodenstutzplatten 44 angebracht.

Je ein erfindungsgemäßer Kathodenaufbau wird in die Katho-35. denträger 46 eingesetzt. Die Zwischenräume zwischen der

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ersten Gitterelektrode 41 und den Elektronen emittierenden Schichten 29 werden auf vorgegebene Werte unter Zuhilfenahme eines Luftmikrometers eingestellt. Anschließend wird der Kathodenhalter 21 mit dem zylindrischen Kathodenträger 46 an der Seitenwand verschweißt und ist dadurch in der Elektronenkanone befestigt.

Der erfindungsgemäße Kathodenaufbau hat zahlreiche Vorteile. Zunächst wird die Verschlechterung der Elektronen emittierenden Schicht-29 wesentlich reduziert. Dies ergaben praktische Vergleichsversuche mit einem erfindungsgemäßen Kathodenaufbau und einem bekannten Kathodenaufbau nach Figur 1. Beide Kathodenaufbauten waren in Elektronenkanonen für Farbfernsehröhren eingesetzt.. Das Verhältnis von restlicher Emission nach 3000 Prüfstunden wurde unter Annahme ■ einer Anfangsemission ' von 100 % gemessen. Die erfindungsgemäße Ausführung zeigte etwa 80 %, während der Stand der Technik etwa 60 % ergab, so daß der erfindungsgemäße Aufbau eine deutlich längere Lebensdauer als der Stand der Technik hat. Gemäß Erfindung ist ferner das Metallsubstrat 28 mit den Kathödenbuchsen 23 nur an wenigen Punkten 40 verschweißt oder verlötet und es ist ein Freiraum S zwischen den . Kathodenbuchsen 23' und dem Mittelteil des Metallsubstrats 28 gebildet. Dadurch diffundieren in den Kathodenbuchsen 23 enthaltenes Chrom und Wolfram sowie Sauerstoff, der, aus der Reaktion von Aluminiumoxid der Isolierschicht 33 mit dem Wolframdraht 32 stammt, nicht wesentlich in das Metallsubstrat 28. Dadurch wird die Elektronen emittierende Schicht 29 deutlieh weniger als beim Stand der Technik verunreinigt. Insbesondere wird die Elektronen emittierende Schicht 29 nicht in ihrem Mittelbereich verunreinigt.

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Zweitens kann eine Elektronenkanone für. ein Farbfernsehröhre unter . Verwendung des erfindungsgemäßen Kathodenaufbaus kompakt gebaut werden. Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Kathodenhalter· 21 im allgemeinen elliptisch. Wenn er in die in-line-Elektronenkanone eingesetzt und parallel zu seiner Hauptachse ausgerichtet wird, dann kann die in-line-Elektronenkanone schmal gemacht werden. Insbesondere fällt bei dem Ausführungsbeispiel die Hauptachse der Katho.denbuchse 23 mit der des Kathodenhalters 21 zusammen. Dies- trägt weiter zur Miniaturisierung der Elektronenkanone bei .und minimiert den Halsdurchmesser der Farbfernsehröhre.

Drittens arbeitet der erfindungsgemäße Kathodenaufbau

schnell. Das Metallsubstrat 28 wird nicht nur durch thermische Leitung über die Kontaktpunk_te zwischen dem Metallsubstrat 28 und dem thermisch leitenden Teil erwärmt, sondern auch durch die Wärmestrahlung von' dem thermisch leitfähigen Teil. Dadurch wird das Metallsubstrat 28 schnell geheizt. Für eine Farbfernsehröhre mit dem oben erwähnten Kathodenaufbau erscheint somit ein Bild etwa 1,8 see nach Einschalten der Kathodenheizung. Ein weiterer Grund ■ für "das schnelle Starten liegt d'arin, daß nach dem Anlegen einer Spannung an die Kathodenheizung die Temperatur der Kathodenbuchse 23 von deren Mittelbereich an zunimmt und das Metall'substrat 28 wird schnell erwärmt, bis die Elektronen emittierende Schicht 29 heiß genug ist, um Elektronen .auszusenden. (Thermionen). Anschließend steigt die Temperatur des Metallsubstrats 28 ' nicht übermäßig an, obgleich die Heizung fortgesetzt wird. Beide Enden der Kathodenbuchse 23 sind nämlich offen und Wärme kann schnell abgegeben werden. Das Metallsubstrat 28 wird somit auf einer konstanten, vorgegebenen Temperatur gehalten. Ferner sind die Innen- und Außenflächen der Kathodenbuchse 23 geschwärzt. Daher ist .die'

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Wärmeabsorption der Kathodenbuchse 23 groß und die Übertragungsgeschwindigkeit, von Wärme an das Metallsubstrat 28 ist schnell. Dadurch arbeitet auch der Kathodenaufbau schnell. In einem stationären Zustand ist die Wärmeverteilung groß.und das Metall substrat 28 wird daran gehindert, eine übermäßig hohe Temperatur zu erreichen.

Viertens berührt die Heizung nicht das Meta'llsubstrat 28. Spritzer von der Heizung bleiben an der Kathodenbuchse 23 hängen, jedoch nicht am Metallsubstrat. Dadurch wird die Elektronen emittierende Schicht 29 vor Verunreinigungen bewahrt, die durch eine Reaktion mit Spritzmaterial hervorgerufen werden würde.

Fünftens ist das' Metallsubstrat 2-8 mit der Kathodenbuchse 23 lediglich an seinen Urnf angsbere ichen verschweißt oder verlötet. Obgleich das Schweißelektrodenmaterial, beispielsweise Kupfer,· an dem Metallsubstrat ?8 klebt, beschädigt es nicht die Elektronen emittierende Schicht 29.

Sechstens kann der Preßformschritt für die Herstellung der Kathodenbuchse nach dem Einsetzen der Heizelemente weggelassen werden. Dadurch ist die Öffnung für den Heizdraht und der elektrische Kontakt zwischen dem Heizdraht und der Kathodenbuchse 23 geringer.

Siebentens sind die Kathodenbuchsen 23 symmetrisch in bezug auf die Achse Z der Elektronenkanone angeordnet. Thermische Verformungen der Teile beeinflußt somit kaum den Spalt zwischen der Elektronen emittierenden- Schicht 29 . und der ersten Gitterelektrode 41, da solche thermischen Verformungen durch Rotationsbewegungen absorbiert werden.

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Die Figuren 8 und 9'zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung. Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel verwendet stufenartige Stützelemente 26 zum Abstützen der Kathodenbuchsen 23. Figur 8 zeigt jedoch ein U-förmiges Stützelement 50, während Figur 9 ein V-förmiges Stützelement 51 darstellt.

Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein schraubenförmig gewickelter Heizdraht 55 im Mittelbereich einen dicht gewickelten Abschnitt 56 aufweist, der dem Metallsubstrat 28. zugeordnet ist. Der Heizdraht 55 ist somit ein Draht mit sogenannter veränderlicher Steigung. Ein Kathodenaufbau mit dieser Art Heizdraht kann die Temperatur des Metallsubstrats 28 schneller erhöhen als ein bekannter Heizdraht bei gleicher Spannung. Dadurch wird das Schnellstarten noch weiter verbessert.

Das Metallsubstrat 28 kann außerdem tellerförmig mit ■ einem Absatz zwischen dem Randbereich und dem Mittelbereich sein, wie dies in Figur 11 dargestellt ist. Das Metallsubstrat 28 ist mit den Kathodenbuchsen 23 am Randbereich 60 verschweißt. Dieser Aufbau hat einen langen Weg zwischen dem verschweißten Teil und 'dem Mittelteil der Elektronen emittierenden Schicht 29. Dadurch kann man eine lange Lebensdauer erwarten. Außerdem kann das ther- , misch leitfähige Teil als eine einzelne Kathodenbuchse 64 gemäß Figur 12 geformt sein. In dieser Ausführung weist ein Metal 1 substrat 62 Fortsätze 63 auf, die einen Zwischenraum zwischen der Kathodenbuchse 64 und dem Metallsubstrat 62 bilden. Das Metallsubstrat 62 ist mit der Kathodenbuchse 64 an den Fortsätzen 63 verschweißt. Diese Ausführungsform ist leicht zu montieren, da sie weniger Teile aufweist. Sie kann außerdem die Leistungsaufnahme reduzieren. Ferner hat sie eine lange Lebensdauer, da ein langer Weg zwischen dem geschweißten Teil und. dem Mittelteil in der Elektronen emittierenden Schicht gegeben ist.

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Ferner kann die Form des Kathodenhalters 21 auf eine Zylinderform mit nicht kreisförmigem Querschnitt abgewandelt werden, also beispielsweise ein Zylinder mit rechteckigem Querschnitt oder mit anderen Worten ein Q.uader sein, obgleich ein elliptischer Zylinder als Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Ferner können vier Anschlußstifte 22 für die, einzelnen Enden der Heizdrähte vorgesehen sein. Die Ansch lußst'if te werden dann an einer Seite des Kathodenhalters 21 zusammengefaßt. -

Claims

Patentansprüche

Kathodenaufbau für eine Elektronenröhre mit einem wärmeleitenden Teil, einer Heizung für. das wärmeleitende Teil und mit einem Elektronen emittierenden Element,, das auf dem Kathodenaufbau montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallstubstrat (28) mit einer ersten Seite an dem wärmeleitenden Teil (23) derart befestigt ist, daß ein Freiraum (S) zwischen einem Mittelteil des Metallsubstrats (28) und dem wärmeleitenden Teil (23) gebildet ist und daß das Elektronen emittierende Element (29) auf einer zweiten Seite des Metallsubstrats (28) montiert ist.

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2. Kathodenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Teil (23) mindestens eine Metallbuchse aufweist und daß die Heizung einen gewickelten Draht umfaßt, der in der Metallbuchse angeordnet ist.
3. Kathodenaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat (28) in einem Mittelabschnitt der Metallbuchse angeordnet ist.
4. Kathodenaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Teil ein Paar von Metallbuchsen (23) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, daß das Metallsubstrat (28) mit beiden Metallbuchsen (23) verschweißt ist und daß die Heizung zwei schraubenförmig gewickelte Drähte umfaßt, die je in eine der Metallbuchsen (23) eingesetzt sind.
5. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die' Metallbuchsen (23) auf ihren Flächen mit geschwärzten Schichten versehen sind.
6. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da-' durch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat (28) tellerförmig ist.
7. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode ein Rohrteil mit länglichem Querschnitt aufweist, dessen Hauptachse parallel zur Achse der Metallbuchsen (23) verläuft.

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8. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung einen schraubenförmig gewickelten Draht (55) mit einem eng gewickelten Abschnitt (56) und mit weiter gewiekelten Abschnitten aufweist.
9. Kathodenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eng gewickelte Abschnitt (56) des schraubenförmig gewickelten Drahts (55) in der Nähe des Metallsubstrats (28) liegt.
10. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das wärmeleitende Teil tragenden Stützelemente (26) symmetrisch zu einer Achse angeordnet sind, die senkrecht zu der zweiten Seite des Metallsubstrats (28) verläuft und den Mittelpunkt der zweiten Seite des Metallsubstrats (28) enthält.
11. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Montage des Kathodenaufbaus in einer Elektronenkanone.