NL194952C - Elektronenbundel-opweksysteem met hoge-stroom kathode. - Google Patents

Description

1 194952

Elektronenbundel-opweksysteem met hoge-stroom kathode

De uitvinding heeft betrekking op een elektronenbundel-opweksysteem met minstens een kathode-inrichting welke gebouwd is als een hoge-stroomkathode, en minstens een roosterelektrode welke een cirkel-5 symmetrisch gebied omvat dat zich evenwijdig aan het emissieoppervlak van de kathode-inrichting uitstrekt en een elektronendoorgangsopening omvat.

Een dergelijk systeem is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US-A-4.954.745.

Kathode-inrichtingen met stroomdichtheden tot 10 A/cm2 zijn al lange tijd bekend, en worden wijd verbreid gebruikt om microgolven te leveren. Significant in dergelijke kathode-inrichtingen, die in deze 10 aanvrage hoge-stroom of opslagkathoden worden genoemd, is een poreuze, gesinterde metalen schijf, waarin een barium-strontium mengsel is ingebed. Als gevolg van de stoomdruk van de aardalkalimetalen wordt één laag gevormd op het oppervlak van het gesinterde deel, die het uitvoerwerk vermindert onder invloed van de temperatuur, en dienovereenkomstig een hoge elektronen-emissie produceert. Werk-temperaturen van ongeveer 1100°C zijn echter vereist om de hoge elektronenstraal-dichtheid tot 10 A/cm2 15 te bereiken. De levensduur van dergelijke hoge-stroomkathoden wordt niet beïnvloed door de verhoogde werktemperaturen en de hoge emissiedichtheid, zodat, zoals in de praktijk is aangetoond, werktijden van maximaal 100.000 uur met dergelijke hoge-stroomkathoden gemakkelijk kunnen worden bereikt.

In aanvulling op het beschreven type hoge-stroomkathoden zijn andere kathode-inrichtingen bekend, die stroomdichtheden tot 0,5 A/cm2 leveren bij werktemperaturen van ongeveer 900°C. Dergelijke kathode-20 inrichtingen bestaan in wezen uit een kleine nikkelen buis, met een speciale lichtelektronen-emitterende oxidelaag, bijvoorbeeld een barium-oxidelaag, aan de zijde die tegenover de anode ligt. Het toepassingsgebied van dergelijke kathode-inrichtingen is de beeldbuistechnologie, zowel aan de ontvang- als aan de zendzijde. Om te verhinderen dat de elektronen, die vanuit de emissielaag in een vacuüm op de respectieve werktemperatuur worden gestroomd, de kathode als een wolk omringen, wordt een anode aangebracht op 25 afstand van het kathodeoppervlak, waardoor de uitgezonden elektronen zich versnellen in de richting van de anode. Om de hoeveelheid elektronen te regelen die in de richting van de anode worden versneld, wordt een speldegat-opening geplaatst op een afstand van het emissieoppervlak van de kathode in de richting van de anode, die negatief is geladen ten opzichte van de kathode. Hoe hoger de negativiteit van de stuur-stroom tussen de kathode en het speldegat-opening of de Wehnelt-cilinder (modulaire elektrode), hoe 30 minder elektronen door het speldegat-opening heen kunnen gaan. Volledigheidshalve moet er op worden gewezen dat bijvoorbeeld televisie-beeldbuizen andere elektroden in de richting van de anode hebben om de elektronenbundel te vormen, en de combinatie van kathode-inrichting, speldegat-opening en elektroden wordt in de beeldontvang- en reproductietechnologie een elektronenstraal-opweksysteem genoemd. Hoewel een goede scherpte met conventionele televisie-beeldbuizen door middel van het hierboven beschreven 35 elektronenstraal-opweksysteem kan worden bewerkstelligd, is het noodzakelijk om de scherpte ten behoeve van tekst-reproductie en HDTV-bedrijf te verbeteren. Dit is in het bijzonder noodzakelijk voor buizen van groot formaat, inclusief het 16 x 9 formaat.

Zoals de hiertoe uitgevoerde voorbeeldberekeningen hebben aangetoond, zou - zoals gemakkelijk te zien Is - de scherptewinst alleen kunnen worden verkregen door de conventionele kathode-inrichting te 40 vervangen door een hoge-stroomkathode-inrichting. Een dergelijke inrichting wordt beschreven in het hierboven reeds genoemde octrooischrift US-A-4.954.745, waarbij de roosterelektrode vlakbij de hoge-stroomkathode een elektronendoorlatend gebied bevat dat voornamelijk volledig parallel met het emissieoppervlak verloopt. Uit dit octrooischrift Is de aanhef van conclusie 1 afgeleid. Indien een hoge-stroomkathode voor de straalopwekking wordt gebruikt, vereist dit echter een verandering in de constructie 45 van het systeem als de spanning van het rooster 2 binnen een verantwoord gebied van 800 tot 1000 volt moet worden gehouden. Deze veranderingen bestaan eruit dat, in tegenstelling tot conventionele kathode-inrichtingen, de afstand tussen de kathode en het rooster (speldegat-opening) verminderd moet worden tot 40 tot 60 pm. Het is verder noodzakelijk om de dikte van het rooster 1 in het doorgangsgebied van de elektronen te verminderen tot 30 tot 70 pm. Terwijl het relatief gemakkelijk is om de afstand van het rooster 50 aan de kathode bij te stellen, is het vormen van een doorgangsgebied in het rooster met een dikte van 30 tot 70 pm buitengewoon moeilijk gebleken. Het vormen van een dergelijk dun rooster 1 is op zich niet een probleem, maar veeleer het behouden van de thermische stabiliteit van een dergelijk dun rooster onder de invloed van de werktemperatuur. De laatstgenoemde is in het bijzonder kritisch bij hoge-stroomkathoden die werken bij temperaturen tot 1100°C. Zoals is aangetoond door tests van de aanvrager veroorzaakt in het 55 bijzonder het temperatuureffect tijdens de verwarmingsfase mechanische spanningen en vervormt het dunne doorgangsgebied, wanneer het wordt gevormd door een folie die aan een ontvangdeel is bevestigd. Zelfs het bekende natuurkundige principe van een gerekte trommel, waarvan de spanning werd gedrukt door het 194952 2 dunne doorgangsgebied kort voor het lasproces te verhitten, mislukte, omdat er geen uniform temperatuur-niveau in het ontvangdeel kon worden bereikt als gevolg van de goede warmte-overdracht in de bevestigingen van het dunne-doorgangsgebied. Ook in dit geval was het resultaat een onsystematische boiling van het dunne-doorgangsgebied. Evenmin waren pogingen succesvol om het doorgangsgebied te vormen met 5 een gewenste dikte van 30-70 pm door stampen of persen, omdat het niet mogelijk was om een uniforme diepte van het doorgangsgebied te vormen, zoals voor hoge-stroomkathoden is vereist.

Er bestaat nog steeds een behoefte aan een elektronenbundel-opweksysteem met een hoge-stroomkathode, waarvan de roosterelektrode vlakbij het emissie-oppervlak van de hoge-stroomkathode, ook bij temperatuurinvloeden, zijn verkregen vorm behoudt.

10 De doelstelling wordt bereikt met een in de eerste alinea genoemd elektronenbundel-opweksysteem, met het kenmerk, dat het gebied van de roosterelektrode zich op een nabije afstand van de kathode-inrichting bevindt en waarvan de rand aansluit op een cirkelsymmetrisch mantelvlak, welk vlak een hoek α vormt met de binnenkant van het gebied en het vlak dus daarmee gericht is naar het emissieoppervlak, waarbij hoek α groter is dan 95° en kleiner is dan 175°, en de roosterelektrode verder een randstuk omvat dat met het 15 andere einde van het mantelvlak is verbonden, dat het randstuk zich in de richting van het gebied uitstrekt en een hoek van 90° plus of min 10°C met het vlak van het gebied maakt.

Verrassend genoeg was het met deze hoedvormige configuratie van het doorgangsgebied in het rooster 1 mogelijk een stabiele inrichting van hoge-stroomkathode en rooster 1 te bereiken.

Als, overeenkomstig conclusie 2, het gedeelte van de rooster-elektrode dat door het gebied, het 20 mantelvlak en het randstuk wordt gevormd, is gemaakt in de vorm van een inzetstuk en is geplaatst en verbonden in een opening van de rooster-elektrode, heeft dit het voordeel dat een zeer rendabele oplossing wordt bewerkstelligd vanwege de afzonderlijke productie van inzetstuk en roosterontvanger. Het laatste geldt in het bijzonder wanneer minstens het gedeelte van de rooster-elektrode dat het gebied, het mantelvlak en het randstuk vormt, is diepgetrokken. En dit vooral, wanneer het doorgangsgebied uit metalen folie 25 bestaat in de vorm van een inzetstuk.

Het is zeer voordelig voor de thermische stabiliteit van het doorgangsgebied van het rooster 1, wanneer, volgens conclusie 5, minstens de gedeelten van de roosterelektrode die het gebied, het mantel en het randstuk omringen, gemaakt zijn van een materiaal dat een zeer lage uitzettingscoëfficiënt in het temperatuurgebied tot ongeveer 400°C heeft. Een dergelijk materiaal, dat is aangegeven in conclusie 6, is 30 een hooggelegeerd nikkelstaal met 20 tot 55% nikkel.

Uit het Duitse Offenlegungsschrift DE-OS 2.538.346 is bekend een elektronenbundel-opweksysteem met minstens een kathode-inrichting, en minstens een rooster-elektrode welke een cirkelsymmetrisch gebied omvat dat zich evenwijdig aan het emissieoppervlak van de kathode-inrichting uitstrekt en een elektronen-doorgangsopening omvat, waardoorheen de elektronen gaan die door de kathode-inrichting zijn uitgezon-35 den, dat het gebied van de roosterelektrode zich op een nabije afstand van de kathode-inrichting bevindt en waarvan de rand aansluit op een cirkelsymmetrisch mantelvlak, welk vlak een hoek α vormt met de binnenkant van het gebied en het vlak dus daarmee gericht is naar het emissieoppervlak, waarbij hoek α ongeveer 135° is, en de rooster-elektrode verder een randstuk omvat dat met het andere einde van het mantelvlak is verbonden. De in het Duitse Offenlegungsschrift beschreven inrichting is vrijwel identiek aan 40 de inrichting van conclusie 1, doch het betreft hier geen hoge-stroomkathode en bovendien is het randstuk ook anders uitgevoerd.

Figuur 1 is een schematische doorsnede door een elektronenbundel-opweksysteèm;

Figuur 2 is een schematische doorsnede door een rooster 1 van een elektronenbundel-opweksysteem; 45 Figuur 3 is een schematische doorsnede door een ander elektronenbundel-opweksysteem;

Figuur 4 is een schematische doorsnede door een inzetstuk; en

Figuur 5 is een schematische doorsnede door een ander inzetstuk.

Figuur 1 illustreert een elektronenbundel-opweksysteem 10, dat wordt gevormd door een kathode-inrichting 50 11 en een eerste elektrode 12. De kathode-inrichting 11, die de feitelijke opslagkathode 13, de kathodebuis 14, de buisvormige houder 15 en de vasthoudelementen 16 omvat, is een hoge-stroomkathode. In het beschreven configuratievoorbeeld heeft de hoge-stroomkathode 13 een straal-stroomdichtheid van 5 A/cm2 bij een werktemperatuur van 1100°C. Deze hoge-stroomkathode 13 is aangebracht en vastgemaakt in een vasthoudbuis 17. Het doorgangsgebied voor de elektronen die door de kathode 13 worden uitgezonden is 55 op 40 pm van het emissie-oppervlak van de feitelijke opslagkathode 13 geplaatst, die van de kathodebuis 14 is afgewend. Dit doorgangsgebied heeft de vorm van een inzetstuk 18, en is aan het ontvangdeel 19 van de elektroderooster 12 bevestigd. Het ontvangdeel 19, dat in het weergegeven configuratievoorbeeld een

Claims (6)

1. Elektronenbundel-opweksysteem met minstens een kathode-inrichting welke gebouwd is als een 50 hoge-stroomkathode, en minstens een roosterelektrode welke een cirkelsymmetrisch gebied omvat dat zich evenwijdig aan het emissieoppervlak van de kathode-inrichting uitstrekt en een elektronendoorgangsopening omvat, met het kenmerk, dat het gebied (23) van de roosterelektrode (12) zich op een nabije afstand van de kathode-inrichting (11) bevindt en waarvan de rand aansluit op een cirkelsymmetrisch mantelvlak (24), welk vlak een hoek α vormt met de binnenkant van het gebied (23) en het vlak dus daarmee gericht is naar het 55 emissieoppervlak (21), waarbij hoek α groter is dan 95° en kleiner is dan 175°, en de roosterelektrode verder een randstuk (26) omvat dat met het andere einde van het mantelvlak (24) is verbonden, dat het randstuk (26) zich in de richting van het gebied (23) uitstrekt en een hoek van 90° plus of min 10°C met het 194952 4 vlak van het gebied (23) maakt.

2. Elektronenbundel-opweksysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gedeelte van de rooster-elektrode (12) dat door het gebied (23), het mantelvlak (24) en het randstuk (26) wordt gevormd, als een inzetstuk (18) is gevormd, dat in een opening van de rooster-elektrode (12) is geplaatst en daarmee is 5 verbonden.

3. Elektronenbundel-opweksysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de diameter van het emissie-oppervlak (21) van de hoge-stroomkathode (11) tussen 0,5 en 1,5 mm is.

3 194952 dikkere wand dan het inzetstuk heeft vanwege de productiestabiliteit, is via een keramische schijf 20 met de vasthoudbuis 17 verbonden. Het inzetstuk 18 is diepgetrokken van een folie van een hoognikkelgehalte-staal met 36% nikkel, en heeft een wanddikte van ongeveer 45 pm. Dit inzetstuk 18 bestaat uit een gebied 23, dat evenwijdig aan het emissie-oppervlak 21 van kathode 13 loopt welke een opening 22 bevat door de 5 doorgang van de elektronen, een mantelvlak 24 dat grenst aan het gebied 23 en dat een hoek α van 135° vormt met de binnenkant 25 van het gebied 23, en een randstuk 26, dat met het vrije einde van het mantelvlak 24 is verbonden, en dat zich uitstrekt in de richting van het gebied 23 en hiermee een hoek van 90° vormt. Een flens 27 is gevormd aan het vrije einde van het randstuk 26, waarbij het inzetstuk 18 met een laser aan het ontvangdeel 19 is gelast.

10 Een dergelijk elektronenbundel-opweksysteem kan worden gebruikt als een kathode-rooster 1 inrichting in televisie-beeldbuizen met hoge straal-stroomafgiftes (tot 10 A/cm2), zonder het risico dat de vereiste werktemperatuur tot 1100°C het zeer dunne rooster 1 in het elektronen-doorgangsgebied 22 zal beïnvloeden. In het configuratievoorbeeld dat hier is beschreven, is de diameter van het emissie-oppervlak 21 van de 15 opslagkathode 13 0,75 mm, om te waarborgen dat verdampend kathode-materiaal geen van de openingen imhet rooster 12, of in een van de volgende roosters (niet weergegeven) afsluit. Volledigheidshalve moet er in dit verband op worden gewezen dat verscheidene van de kathode/rooster 1 inrichtingen die in figuur 1 zijn getoond en zich bijvoorbeeld in hetzelfde vlak bevinden gebruikt kunnen worden voor het leveren van een televisiebeeld.

20 Figuur 2 is eenvoudigweg een verdere ontwikkeling van het eerste elektroderooster 12 dat in figuur 1 is getoond. In dit geval is het inzetstuk 18 niet één stuk, zoals in figuur 1, maar bestaat uit twee gedeelten, waarbij het gebied 23 en het mantelvlak 24 één gedeelte vormen, en het randstuk 26 en de flens 27 het andere gedeelte van het inzetstuk 18 vormen. Op de overgang van het mantelvlak 24 en het randstuk 26 worden de twee individuele gebieden aan elkaar gelast zodat ze een inzetstuk 18 vormen. In het 25 configuratievoorbeeld dat in figuur 2 is weergegeven, is de hoek α tussen het mantelvlak 24 en het gebied 23 153°. Figuur 3 toont een andere inrichting overeenkomstig figuur 1. In aanvulling op een verschillend type bevestiging van de hoge-stroomkathode-inrichting 11, verschilt deze configuratie vooral van die in figuur 1 doordat het ontvangdeel 19 niet met de hoge-stroomkathode-inrichting zelf is verbonden. Hierdoor kan de 30 kathode ten opzichte van het elektrode-rooster 12 of de andere roosters (niet weergegeven) op zeer eenvoudige wijze worden bijgesteld. Figuur 3 toont ook het inzetstuk 18 bestaande uit twee gedeelten. Figuur 4 toont een doorsnede door een deel van het inzetstuk 18 dat bestaat uit het gebied 23 en het mantelvlak 24, die wordt gebruikt in inzetstukken bestaande uit twee delen (zie de figuren 2 en 3). De hoek α tussen het gebied 23 en het mantelvlak 24 is hier 125°.

35 Figuur 5 toont het diepgetrokken folie-inzetstuk 18, zoals dat is gebruikt in de vorm van één stuk in figuur 1. Dit inzetstuk 18, dat is diepgetrokken van een hoog-nikkel-gehalte staal nu met 20% nikkel, heeft een constante wanddikte van 50 pm. Tenslotte moet er op worden gewezen dat de hoek in grote mate afhangt van het materiaal dat wordt gebruikt voor het doorgangsgebied in het elektroderooster 12 en de overheersende werktemperatuur. Bij 40 temperaturen die lager dan 1100° zijn, zou de hoek a bijvoorbeeld kleiner kunnen worden gemaakt. Zoals hierboven is aangegeven, is een voorkeurs-toepassingsgebied van deze hoge-stroomkathode-inrichting de beeldontvang- en reproductietechnologie, omdat deze zware eisen stelt aan de thermische stabiliteit van de elektrode-inrichting 12, vanwege de beelduitvoer die door de elektronenbundel wordt geleverd. 45

4. Elektronenbundel-opweksysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat minstens het gedeelte van de elektrode (12) dat door het gebied (23), het mantelvlak (24) en het randstuk 10 (26) wordt gevormd, diepgetrokken is.

5. Elektronenbundel-opweksysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat minstens de gedeelten van de rooster-elektrode (12) dat het gebied (23), het mantelvlak (24) en het randstuk (26) omvatten, zijn gemaakt van een materiaal met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt in het temperatuurgebied tot ongeveer 400°C.

6. Elektronenbundel-opweksysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het materiaal een hoog-gelegeerd nikkelstaal met 20 tot 55% nikkel is. Hierbij 4 bladen tekening