DE3245167C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kathodenaufbau gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ein solcher Kathoden­ aufbau ist aus der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 23 954/1972 bekannt. Die Heizelemente weisen dabei einen schraubenförmigen Wolframdraht und eine den Wolframdraht umschließende, gesinterte Isolierschicht aus Aluminiumoxyd auf. Die Außenfläche des Heizelements ist im wesentlichen von der Kathodenbuchse umgeben. Bei der Herstellung wird zunächst die Kathodenbuchse in Form einer Muffe von rechteckigem Querschnitt geformt, wobei der Innenraum der Muffe so gestaltet wird, daß ein Spiel verbleibt, wenn die Heizelemente in die Muffe eingesetzt sind. Anschließend wird die Muffe durch einen Preßstempel zwischen den zwei Heizelementen zusammengedrückt.

Dabei überlappt die Kathodenbuchse die Außenflächen der Heizelemente und berührt diese. Dies führt zu thermischen und mechanischen Kopplungen zwischen den Heizelementen und der Kathodenbuchse, die wesentlich verstärkt werden. Nachteilig ist es jedoch, daß es zwischen dem Wolframdraht und der Aluminiumoxyd-Isolier­ schicht zu einer Reaktion kommt, was die Lebensdauer des Kathodenaufbaus deutlich verkürzt. Ein weiterer Nachteil besteht in dem verhältnismäßig großen Platzbedarf, der bei einer Farbfernsehröhre mit allgemein engem Hals nicht vorhanden ist. Farbfernseh­ röhren mit In-line-Elektronenkanone erfordern jedoch einen kleinen Halsdurchmesser.

Aus der DE-OS 29 38 248 ist ein Heizelement für eine indirekt geheizte Kathode bekannt, bei dem der schraubenförmig gewickelte Draht des Heizelements so ausgebildet ist, daß er einen eng gewickelten Abschnitt und einen weiter gewickelten Abschnitt aufweist. Dadurch soll vor allem während der Aufheizphase möglichst nahe an der Kathodenkappe viel Wärmeenergie freigesetzt und so die Temperaturverteilung über die Kathodenrohrlänge erheblich verbessert werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kathodenaufbau zu schaffen, der in eine Farbfernsehröhre mit engem Hals einsetzbar ist und der eine schnell startende Kathode mit langer Lebensdauer schafft.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einem Kathodenaufbau der eingangs genannten Art dessen kennzeichnende Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kathodenaufbaus;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kathodenaufbau nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Kathodenaufbaus nach Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Elektronenkanone mit dem Kathodenaufbau;

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt durch ein Heiz­ element eines anderen Ausführungsbeispiels;

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt durch einen Kathodenaufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Kathodenaufbau 20 mit einem Kathodenhalter 21 in Form eines etwa ellipti­ schen Zylinders mit zwei zueinander parallelen Flächen, der aus Fe-Ni-Co Legierung von 0,15 mm Dicke hergestellt ist. Zwei Anschlußstifte 22 sind an einer Innenwand des Katho­ denhalters 21 angebracht und ein Paar von Kathodenbuch­ sen 23, die ein wärmeleitendes Teil bilden, wird von dem Kathodenhalter 21 von Trägern 26 getragen, die an die Innenwand des Kathodenhalters 21 angeschweißt sind. Heiz­ elemente 27 sind jeweils in eine Kathodenbuchse 23 einge­ setzt und mit den Enden an die Anschlußstifte 22 ange­ schweißt oder angelötet. Eine Metallscheibe 28 ist an den Kathodenbuchsen 23 angebracht und eine Elektronen emittie­ rende Schicht 29 ist auf der Metallscheibe 28 vorgesehen.

Man erkennt aus den Fig. 2 und 4, daß jeder Anschluß­ stift 22 einen Zylinder 30 aufweist, der mit dem Katho­ denhalter 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 µm und eine Länge von 3 mm. Auf der Innen- und der Außenfläche der Kathoden­ buchse 23 ist eine geschwärzte Schicht gebildet. Die Ka­ thodenbuchsen 23 sind in einer Ebene senkrecht zur Ach­ se Z einer Elektronenkanone angeordnet und miteinander an Kontaktpunkten 66 verschweißt oder verlötet. Die Elektro­ nenkanone wird weiter unten näher erläutert. Die Kathoden­ buchsen 23 werden durch ein Paar Stützelemente 26 an ihren Endbereichen symmetrisch in bezug auf die Achse Z der Elektronenkanone abgestützt. Die anderen Enden der Stützelemente 26 sind mit der Innenwand des Kathodenhal­ ters 21 verschweißt oder verlötet. Jedes Heizelement 27 weist einen schraubenförmigen Wolframdraht 32 und eine den Wolframdraht 32 umgebende Isolierschicht 33 aus Alumi­ niumoxid auf. Das Heizelement 27 ist in die Kathodenbuch­ se 23 eingesetzt und die Enden des Wolframdrahts 32 sind jeweils mit einem Ende der leitenden Stifte 31 an Löt­ punkte 35 elektrisch angeschlossen. Die anderen Enden der leitenden Stifte 31 sind an eine Stromquelle angeschlos­ sen. Die Metallscheibe 28 besteht aus Nickel. Sie enthält hauptsächlich eine sehr geringe Menge von Reduziermitteln und besitzt einen Durchmesser von 1,3 mm sowie eine Dicke von 0,04 mm.

Auf der Metallscheibe 28 ist eine Elektronen emittieren­ de Schicht 29 vorgesehen. Die Metallscheibe 28 ist auf beide Kathodenbuchsen 23 aufgebracht, und zwar auf deren Oberseiten und ist mit diesen an zwei oder vier Punk­ ten 40 am Umfang der Metallscheibe 28 verschweißt oder verlötet. Der Mittelpunkt der Metallscheibe 28 fluchtet mit der Achse Z der Elektronenkanone. Zwischen den Katho­ denbuchsen 23 und der Mitte der Metallscheibe 28 ist ein Freiraum S gebildet.

Anhand von Fig. 5 wird im folgenden eine In-line-Elektro­ nenkanone für eine Farbfernsehröhre beschrieben, welche den erfindungsgemäßen Kathodenaufbau verwendet.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine In-line-Elektronen­ kanone, 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 hindurchtritt und ist mit Befestigungsfortsätzen in Glasperlen 42 befe­ stigt. Andere, nicht dargestellte Gitterelektroden sind ebenfalls in den Glasperlen 42 im Abstand zueinander in Richtung der Elektronenkanonenachse befestigt. Ferner sind drei Kathodenstützplatten 44 durch ihre zugehörigen Befestigungsteile 43, 45 in den Glasperlen 42 befestigt und es sind drei zylindrische Kathodenträger 46 durch Schweißen oder Löten an den Kathodenstützplatten 44 angebracht.

Je ein erfindungsgemäßer Kathodenaufbau wird in die Katho­ denträger 46 eingesetzt. Die Zwischenräume zwischen der ersten Gitterelektrode 41 und den Elektronen emittieren­ den Schichten 29 werden auf vorgegebene Werte unter Zu­ hilfenahme eines Luftmikrometers eingestellt. Anschlie­ ßend 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 Vor­ teile. Zunächst wird die Verschlechterung der Elektronen emittierenden Schicht 29 wesentlich reduziert. Dies er­ gaben praktische Vergleichsversuche mit einem erfindungs­ gemäßen Kathodenaufbau und einem bekannten Kathodenaufbau. Beide Kathodenaufbauten waren in Elektronen­ kanonen 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 erfin­ dungsgemäße Aufbau eine deutlich längere Lebensdauer als der Stand der Technik hat. Gemäß Erfindung ist ferner die Metallscheibe 28 mit den Kathodenbuchsen 23 nur an weni­ gen Punkten 40 verschweißt oder verlötet und es ist ein Freiraum S zwischen den Kathodenbuchsen 23 und dem Mit­ telteil der Metallscheibe 28 gebildet. Dadurch diffun­ dieren in den Kathodenbuchsen 23 enthaltenes Chrom und Wolfram sowie Sauerstoff, der aus der Reaktion von Alumi­ niumoxid der Isolierschicht 33 mit dem Wolframdraht 32 stammt, nicht wesentlich in die Metallscheibe 28. Da­ durch wird die Elektronen emittierende Schicht 29 deut­ lich weniger als beim Stand der Technik verunreinigt. Insbesondere wird die Elektronen emittierende Schicht 29 nicht in ihrem Mittelbereich verunreinigt.

Zweitens kann eine Elektronenkanone für eine Farbfernseh­ röhre unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kathodenauf­ baus kompakt gebaut werden. Bei der bevorzugten Ausfüh­ rung der Erfindung ist der Kathodenhalter 21 im allgemei­ nen elliptisch. Wenn er in die In-line-Elektronenkanone eingesetzt und parallel zu seiner Hauptachse ausgerichtet wird, dann kann die In-line-Elektronenkanone schmal ge­ macht werden. Insbesondere fällt bei dem Ausführungsbei­ spiel die Hauptachse der Kathodenbuchse 23 mit der des Kathodenhalters 21 zusammen. Dies trägt weiter zur Minia­ turisierung der Elektronenkanone bei und minimiert den Halsdurchmesser der Farbfernsehröhre.

Drittens arbeitet der erfindungsgemäße Kathodenaufbau schnell. Die Metallscheibe 28 wird nicht nur durch ther­ mische Leitung über die Kontaktpunkte zwischen der Metall­ scheibe 28 und dem thermisch leitenden Teil erwärmt, sondern auch durch die Wärmestrahlung von dem thermisch leitfähigen Teil. Dadurch wird die Metallscheibe 28 schnell geheizt. Für eine Farbfernsehröhre mit dem oben­ erwähnten Kathodenaufbau erscheint somit ein Bild etwa 1,8 Sek. nach Einschalten der Kathodenheizung. Ein weite­ rer Grund für das schnelle Starten liegt darin, daß nach dem Anlegen einer Spannung an die Kathodenheizung die Temperatur der Kathodenbuchse 23 von deren Mittelbereich an zunimmt und die Metallscheibe 28 wird schnell er­ wärmt, bis die Elektronen emittierende Schicht 29 heiß genug ist, um Elektronen auszusenden (Thermionen). An­ schließend steigt die Temperatur der Metallscheibe 28 nicht übermäßig an, obgleich die Heizung fortgesetzt wird. Beide Enden der Kathodenbuchse 23 sind nämlich of­ fen, und Wärme kann schnell abgegeben werden. Die Metallscheibe 28 wird somit auf einer konstanten, vorgegebenen Temperatur gehalten. Ferner sind die Innen- und Außenflä­ chen der Kathodenbuchse 23 geschwärzt. Daher ist die Wärmeabsorption der Kathodenbuchse 23 groß und die Über­ tragungsgeschwindigkeit von Wärme an die Metallscheibe 28 ist schnell. Dadurch arbeitet auch der Kathoden­ aufbau schnell. In einem stationären Zustand ist die Wärmeverteilung groß und die Metallscheibe 28 wird daran gehindert, eine übermäßig hohe Temperatur zu erreichen.

Viertens berührt die Heizung nicht die Metallscheibe 28. Spritzer von der Heizung bleiben an der Kathodenbuchse 23 hängen, jedoch nicht an der Metallscheibe. Dadurch wird die Elektronen emittierende Schicht 29 vor Verunreinigungen bewahrt, die durch eine Reaktion mit Spritzmaterial her­ vorgerufen werden würde.

Fünftens ist die Metallscheibe 28 mit der Kathoden­ buchse 23 lediglich an seinen Umfangsbereichen ver­ schweißt oder verlötet. Obgleich das Schweißelektrodenma­ terial, beispielsweise Kupfer, an der Metallscheibe 28 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 Heiz­ draht und der elektrische Kontakt zwischen dem Heizdraht und der Kathodenbuchse 23 geringer.

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

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein schraubenförmig gewickelter Heizdraht 55 im Mittelbe­ reich einen dicht gewickelten Abschnitt 56 aufweist, der der Metallscheibe 28 zugeordnet ist. Der Heizdraht 55 ist somit ein Draht mit sogenannter veränderlicher Stei­ gung. Ein Kathodenaufbau mit dieser Art Heizdraht kann die Temperatur des Metallsubstrats 28 schneller erhöhen als ein bekannter Heizdraht bei gleicher Spannung. Da­ durch wird das Schnellstarten noch weiter verbessert.

Die Metallscheibe 28 kann außerdem tellerförmig mit einem Absatz zwischen dem Randbereich und dem Mittelbe­ reich sein, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Das Metallsubstrat 28 ist mit den Kathodenbuchsen 23 am Rand­ bereich 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.

Ferner kann die Form des Kathodenhalters 21 auf eine Zy­ linderform mit nicht kreisförmigem Querschnitt abgewan­ delt werden, also beispielsweise ein Zylinder mit recht­ eckigem Querschnitt oder ein Quader sein, obgleich ein elliptischer Zylinder als Ausführungs­ beispiel beschrieben wurde. Ferner können vier Anschluß­ stifte 22 für die einzelnen Enden der Heizdrähte vorgese­ hen sein. Die Anschlußstifte werden dann an einer Seite des Kathodenhalters 21 zusammengefaßt.

Claims (6)

1. Kathodenaufbau für eine Elektronenstrahlröhre mit:

• a) einem Kathodenhalter (21),
• b) einem Paar parallel zueinander angeordneter und auf dem Kathodenhalter (21) montierter Kathoden­ buchsen (23) aus Metall, von denen jede einen schraubenförmig gewickelten Draht enthält, der ein Heizelement (27) bildet,
• c) einer Metallscheibe (28) mit einer ersten und einer zweiten Fläche, die in bezug auf die Katho­ denbuchsen (23) derart angeordnet ist, daß die Scheibenebene parallel zur Längsachse beider Kathodenbuchsen (23) verläuft, und die auf ihrer zweiten Fläche einen Elektronen emittierenden Bereich (29) aufweist,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• d) die Kathodenbuchsen (23) besitzen hohlzylindrische Gestalt und sind längs ihrer Außenmantelflächen miteinander verschweißt oder verlötet, und
• e) die erste Fläche der Metallscheibe (28) ist an die metallischen Kathodenbuchsen (23) derart angeschweißt, daß ein Freiraum (S) zwischen dem Mittelabschnitt der ersten Fläche und den metal­ lischen Kathodenbuchsen (23) gebildet ist.

2. Kathodenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenbuchsen (23) auf ihren Flächen mit ge­ schwärzten Schichten versehen sind.

3. Kathodenaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallscheibe (28) tellerförmig ist.

4. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schraubenförmig gewickelte Draht (55) einen eng gewickelten Abschnitt (56) und einen weiter gewickelten Abschnitt aufweist.

5. Kathodenaufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eng gewickelte Abschnitt (56) des schraubenförmig gewickelten Drahts (55) in der Nähe der Metallscheibe (28) liegt.