DE2614368A1

DE2614368A1 - Gluehkathode

Info

Publication number: DE2614368A1
Application number: DE19762614368
Authority: DE
Inventors: Torao Aozuka; Shoichi Muramoto; Akira Nakayama; Akio Ohkoshi; Koichiro Sumi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1976-10-21
Also published as: IT1058750B; US4053807A; FR2306521B1; NL7603551A; ATA243076A; BE840322A; AU499602B2; AU1250476A; JPS5524646B2; FR2306521A1; SE409385B; CA1045670A; JPS51115765A; ES446661A1; SE7603981L; GB1528687A; AT346919B

Description

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It 3590

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Glühkathode

Die Erfindung betrifft allgemein eine Glühkathode und insbesondere eine solche» die für eine Elektronenröhre wie eine Kathodenstrahlröhre und dergleichen geeignet ist.

Es· ist bekannt, eine indirekt beheizte Glühkathode als Kathode einer Kathodenstrahlröhre zu verwenden. Z.B. ist die Kathode, die in der Trinitron-Farbkathodenstrahlröhre bzw. einer dreistrahligen Kathodenstrahlröhre mit einem einzigen Strahlerzeugersystem verwendet wird, aus drei Kathodenhülsen 3R, 3G und 3B gebildet, von denen jede ein·Heizelement 2 hat und die in einem kapseiförmigen ersten Gitter G- angeordnet sind, das für die drei Kathodenhülsen 3R, 3G und 3B z.B. in horizontaler Richtung gemeinsam ist, wie Fig. 1 zeigt. Die jeweiligen Kathodenhülsen 3R, 3G und 3B sind an ihrem einen Ende, das einer Endplatte 5 des Gitters G₁ zugewandt ist, mit Kappen 4 bedeckt, die als das Grundmaterial der Kathode dienen, und ein Kathodenmaterial 4.. ist auf die obere Oberfläche jeder Kappe 4 aufgeschichtet, um eine thermische Emissionsfläche zu bilden. Die Kathodenhülsen

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ORIGINAL INSPECTED

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3R, 3G und 3B verlaufen durch öffnungen 7R, 7G und 7B, die in einer Keramikgrundplatte 6 ausgebildet sind, die in das Gitter G₁ eingesetzt ist und ihre Glühemissionsflächen liegen drei öffnungen 8R, 8G und 8B gegenüber, die in der Endplatte 5 des Gitters G.. ausgebildet sind. Die Kathodenhülsen 3R, 3G und 3B werden von Stiften (nicht gezeigt) getragen, die an der Grundplatte 6 in Vorsprüngen (nicht gezeigt) sitzen und die Heizelemente 2 werden derart getragen, daß die Enden des jeweiligen Heizelements 2 an zwei entsprechenden Auflagen (nicht gezeigt) angeschweißt sind, die an der Grundplatte 6 ausgebildet sind. Die Grundplatte 6, die die jeweiligen Kathodenhülsen 3R, 3G und 3B und die jeweiligen Heizelemente 2 trägt, ist in dem Gitter G₁ gegenüber der Endplatte 5 des Gitters G₁ durch einen Abstandshalter 9 angeordnet und an dem Gitter G₁ durch eine Halterung 10 befestigt.

Um zu vermeiden, daß die Thermionen, die von den jeweiligen Kathoden emittiert werden, miteinander vermischt werden und ein Übersprechen verursachen, sind zwei Abschirmplatten bzw. eine zylindrische Abschirmplatte 1 an der Innenseite der Endplatte 5 befestigt, um die Glühemissionsteile der jeweiligen Kathodenhülsen 3R, 3G und 3B zu isolieren.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist die bekannte, indirekt beheizte Glühkathode aus mehreren Teilen hergestellt, so daß der Zusammenbau der Teile schwierig ist. Insbesondere bei einer Farbkathodenstrahlröhre, bei der mehrere Elektronenstrahlen notwendig sind bzw. mehrere Kathoden vorhanden sind, ist dadurch die Produktivität viel geringer.

Um die vorherigen Nachteile der bekannten Kathode zu vermeiden, wurde eine Kathode mit Laminatstruktür vorgeschlagen, die mittels einer sog. Dickfilm-Druckschaltungstechnik hergestellt wird, bei der ein Heizelement und eine Kathode

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aufeinanderfolgend auf eine Grundplatte aufgeschichtet werden. Jedoch hat die bekannte Kathode in Laminatstruktur eine geringe Zuverlässigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Glühkathode zu schaffen, die von den Nachteilen der bekannten Kathode frei ist und die bei verbesserter Zuverlässigkeit in Laminatstruktur aufgebaut ist.

Durch die Erfindung wird eine Glühkathode geschaffen, die eine Keramikgrundplatte, eine Heizschicht, die aus Wolfram besteht und auf die Keramikgrundplatte aufgeschichtet ist, eine Keramikisolierschicht, die auf die Keramikgrundplatte aufgeschichtet ist und die Heizschicht bedeckt, eine Kathodenzuleitungsschicht, die aus Wolfram besteht und auf die Keramikisolierschicht aufgeschichtet ist, eine Grundmetallschicht, die auf die Kathodenzuleitungsschicht aufgeschichtet ist, und ein Kathodenmaterial aufweist, das auf die Grundmetallschicht aufgeschichtet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen vergrößerten Querschnitt einer bekannten Kathode,

Figur 2 eine vergrößerte Aufsicht eines Beispiels der Kathode gemäß der Erfindung, und

Figur 3 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 2.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird nun ein Beispiel der Glühkathode gemäß der Erfindung beschrieben. Das in den Figuren gezeigte Beispiel ist eine Glühkathode zur Erzeugung von drei Elektronenstrahlen bzw. eine Kathode für eine Trinitron-Farbkathodenstrahlröhre. Auf einer Grundplatte 10 aus Keramik, z.B. AluminiumoxLd ,ist eine Heizschicht 11 aus einem Streifen aus Wolfram aufgebracht. Die Heizschicht 11 ist auf die

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Keramikgrundplatte 10 in einem Wellenmuster aufgebracht und erzeugt Joulesche Wärme, wenn ein Strom durch sie fließt. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist die Heizschicht 11 auf die Keramikgrundplatte 10 derart aufgeschichtet, daß die Dichte der gewellten Heizschicht 11 an z.B. drei Teilen 11R, 11G und 11B der Grundplatte 10 hoch ist. Wenn der Heizschicht 11 ein Strom zugeführt wird, werden die drei Teile 11R, 11G und 11B im Vergleich zu den anderen Teilen der Grundplatte 10 örtlich stark erhitzt. Bei diesem Beispiel ist nur eine streifenförmige Heizschicht 11 verwendet, um die dicht gewellten Teile 11R, 11G und 11B auf der Grundplatte 10 zu erhitzen und ihre beiden Enden dienen als Stromzufuhranschlüsse, es ist jedoch möglich, daß die dicht gewellten Teile 11R, 11G und 11B aus getrennten, streifenförmigen Heizschichten gebildet sind, wobei die Heizschichten, die die dicht gewellten Teile 11R, 11G und 11B bilden, parallelgeschaltet sind und die Enden der jeweiligen Heizschichten als Stromzufuhranschlüsse dienen. Letzterer Fall kann im Hinblick auf eine gleichmäßige Erhitzung geeignet sein.

Im vorherigen Falle ist die Heizschicht 11 aus Wolfram hergestellt, jedoch kann die Heizschicht 11 aus Wolfram einen Zusatz aus Thrium und/oder Rhenium haben.

Eine Isolierschicht 12 aus Keramik, z.B.Aluminiumoxid,wird dann auf die Grundplatte 10 aufgebracht und bedeckt die Heizschicht 11 und drei Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B werden auf die Isolierschicht 12 an isolierten Stellen aufgebracht. Jede der jeweiligen Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B wird mit einer scheibenförmigen Platte 13S versehen, die über den dicht gewellten Teilen 11R, 11G und 11B der Heizsehicht 11 angeordnet sind, sowie eine Zuleitung 131, die sich von der scheibenförmigen Platte 13S zu den Seiten der Isolierschicht 12 erstreckt.

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Die Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B sind mit Nickel plattiert, um nötigenfalls ihre elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.

Auf die scheibenförmigen Platten 13S der jeweiligen Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B sind Grundmetallschichten 14R, 1 AG und 14B aufgebracht und auf die Grundmetallschichten 14R, 14G und 14B sind Kathodenmaterialien 15R, 15G und 15B aufgebracht, um drei Kathodenelemente 16R, 16G und 16B zu bilden, die als Glühemissionsquellen dienen.

Öffnungen 17 sind in der Keramikisolierschicht 12 und der Grundplatte 10 zwischen den Kathodenelementen 16R und 16G und zwischen den Kathodenelementen 16G und 16B ausgebildet. Die öffnungen 17 werden dazu verwendet, Abschirmungen (nicht gezeigt) darin einzusetzen, die dazu dienen, das übersprechen von Thermionen zu vermeiden, die von den jeweiligen Kathodenelementen 16R, 16G und 16B emittiert werden.

Anschlußstifte 18a und 18b werden in die Keramikgrundplatte 10 in elektrischem Kontakt mit den beiden Enden der Feizschicht 11 eingesetzt und dienen als Anschlüsse, an die eine Spannung angelegt wird, um die Heizschicht 11 zu erhitzen. Auch werden Anschlußstifte 19R, 19G und 19B an der Keramikgrundplatte 10 in elektrischem Kontakt mit den Enden der Zuleitungen 131 der KathodenZuleitungsschichten 13R, 13G und 13B befestigt, die als Anschlüssen dienen, über die die jeweiligen Kathodenelemente 16R, 16G und 16B angelegt

Um die Glühkathode der Erfindung mit der zuvor beschriebenen Konstruktion herzustellen, wird zuerst ein Rohmaterial zur Herstellung der Keramikgrundplatte 10 hergestellt. Dieses Rohmaterial wird wie folgt hergestellt: Die folgenden Materialien

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Aluininiumoxidpulver (Al-O^-Pulver) 94 Gewichtsprozent

SiO₂ 4,5 Gewichtsprozent

MgO 0/9 Gewichtsprozent

CaO 0,6 Gewichtsprozent

werden mit einem organischen Lösungs- und Bindemittel gemischt, um eine Mischung bzw. eine Paste herzustellen, die dann durch Extrusion durch Rollen oder durch Gießen zu einer Folie geformt wird. Auf der so erhaltenen nicht gesinterten bzw. sog. grünen Aluminiumoxidkeramikfolie wird die zuvor beschriebene Heizschicht 11 durch das Druckverfahren in dem vorbestimmten Muster gebildet, wie zuvor beschrieben wurde.

Das Aufbringen der Heizschicht 11 auf die Keramikgrundplatte 10 wird derart durchgeführt, daß Wolframpulver und wenigstens Thorium oder Rhenium (zuvor erwähnt) als Zusatz in Form einer einfachen Substanz oder einer Legierung mit einem Bindemittel wie Wasserglas oder dergleichen zur Bildung einer Paste gemischt werden, und daß dann diese Paste im Siebdruckverfahren auf die Keramikgrundplatte 10 aufgebracht wird.

Auf die nicht gesinterte Keramikgrundplatte 10 mit der Heizschicht 11 darauf wird eine Paste, die durch Mischen von Aluminiumoxidpulver mit einem Bindemittel hergestellt wird, zur Bildung einer nicht gesinterten bzw. sog. grünen Keramikisolierschicht aufgedruckt.

Dann wird eine Paste, deren Zusammensetzung gleich der der Paste ist, die für die Heizschicht 11 verwendet wird, auf die nicht gesinterte Keramikisolierschicht 12 zur Bildung der Kathodenzuleitungsschicht 13R, 13G und 13B aufgedruckt.

In der nicht gesinterten Keramikgrundplatte 10 und der nicht gesinterten Keramikisolierschicht 11 werden an den Stellen Öffnungen ausgebildet, wo die Anschlußstifte 18a, 18b, 19R, 19G und 19B eingesetzt werden.

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Dann werden die nicht gesinterte Keramikgrundplatte 10 und die nicht gesinterte Keramikisolierschicht 12 gesintert und danach werden die organischen Bindemittel, die in den jeweiligen Teilen enthalten sind, entfernt.

Nötigenfalls werden die jeweiligen Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B anschließend mit Nickel plattiert. Danach werden darauf die Grundmetallschichten 14R, 14G und 14B gebildet. Die Grundmetallschichten 14R, 14G und 14B können z.B. dadurch gebildet werden, daß eine dünne Schicht aus einer Mischung aus Nickel und einem Reduktionsmittel wie Wolfram, Magnesium oder dergleichen als Zusatz hergestellt und dann die hergestellte dünne Schicht auf die Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B zusammen mit Gold aufgebracht oder die dünne Schicht auf die Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B durch Aufdrucken, Verdampfen oder dergleichen direkt aufgebracht wird.

Danach wird eine Paste, bestehend aus den jeweiligen Karbonaten von Barium, Strontium und Kalzium, einem Bindemittel und einem Lösungsmittel im Siebdruckverfahren oder durch Aufblasen auf die jeweiligen Grundmetallschichten 14R, 14G und 14B aufgebracht, um darauf die Kathodenmaterialien 15R, 15G und 15B zu bilden.

Danach wird eine geeignete Wärmebehandlung durchgeführt, um unnötiges Bindemittel, lösungsmittel und dergleichen zu entfernen, die in den Grundmetallschichten 14R, 14G und 14B und in den Kathodenmaterialien 15R, 15G und 15B enthalten sind, und um auch die Oxide von Barium, Strontium., Kalzium usw. in den Kathodenmaterialien 15R, 15G und 15B zu bilden.

Anschließend werden die Anschlußstifte 18a, 18b, 19R, 19G und 19B in der Keramikgrundplatte 10 und der Keramikiso-

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lierschicht 12 eingesetzt und mit den beiden Enden der Heizschicht 11 und einem Ende der jeweiligen Zuleitung 131 durch Löten verbunden.

Bei der Glühkathode der Erfindung, die in der obigen Weise aufgebaut ist,sind die Heizschicht 11, die auf der Keramikgrundplatte 10 gebildet und mit der Keramikisolierschicht 12 überzogen ist, und die Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B aus Wolfram gebildet, deren Wärmeexpansionskoeffizient etwa gleich dem des Aluminiumoxidkeramikmaterials ist, das die Keramikgrundplatte 10 und die Keramikisolierschicht 12 bildet, so daß die Wärmeverformung der Kathodenstruktur, die durch Temperaturzunähme oder -abnähme hervorgerufen werden kann, während die Kathode betrieben oder nicht betrieben wird, wirksam verhindert werden kann, so daß die Kathodenstruktur hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit verbessert und ihre Lebensdauer verlängert wird.

Außerdem wird bei der Erfindung Wolfram, das eine Reduktionsfunktion gegenüber den Kathodenmaterialien hat, als Material für die jeweiligen Kathodenzuführungsleitungen 13R, 13G und 13B verwendet, so daß das Wolfram selbst die Funktion der Grundmetalle in der Kathodenstruktur ausführen kann. Dies bedeutet, daß während der langen Benutzung der Kathodenstruktur ein Teil von Wolfram in den jeweiligen Kathodenzuführungsschichten 13R, 13G und 13B in die Oberfläche der Kathodenstruktur bzw. des Kathodenmaterials diffundiert und seine Reduktion unterstützt und damit seinen Glühemissionswirkungsgrad über eine lange Zeitdauer begünstigt und auch die Glühemissionsdauer der Kathodenstruktur verlängert.

Wenn Thorium und Rhenium den Materialien der Heizschicht 11 und der Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B zugesetzt werden, kann verhindert werden, daß die jeweiligen

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Schichten zu Partikelschichten werden, wenn sie durch die Wärme während der Sinterung oder die Wärme, die im Betrieb erzeugt wird, erhitzt werden und daher in den jeweiligen Schichten eine Störung auftritt, die die Eigenschaften der Kathodenstruktur ändert. Da außerdem Thorium und Rhenium gleich Wolfram eine Reduktionsfunktion des Kathodenmaterials haben, werden sie in das Kathodenmaterial diffundiert und damit kann die gleiche Wirkung, die zuvor beschrieben wurde, während einer langen Benutzungsdauer erreicht werden.

Bei der Erfindung bestehen die Heizschicht 11 und die Kathodenzuleitungsschichten 13R, 13G und 13B aus Wolfram, so daß es möglich ist, diese Schichten zu sintern, nachdem sie auf die nicht gesinterte Keramikgrundplatte 10 und die nicht gesinterte Keramikisolierschicht 12 aufgebracht wurden. Durch diese Behandlung wird sichergestellt, daß die Schichten an der Keramikgrundplatte 10 und der Keramikisolierschicht 12 zwangsläufig und in ausreichender molekularer Bindung haften.

Bei der zuvor beschriebenen Erfindung sind die Keramikgrundplatte 10 und die Keramikisolierschicht 12 als Laminate aufgebaut, so daß die mechanische Festigkeit der gesamten Kathodenstruktur im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden kann.

Da die Kathodenstruktur der Erfindung als dicke Laminatkonstruktion aufgebaut ist, wie zuvor erwähnt wurde, können eine Anzahl von Kathodenteilen ebenso wie die vorherigen drei Kathodenteile gleichzeitig hergestellt werden und daher ermöglicht es die Erfindung, diese in Massenproduktion herzustellen, so daß ihre Kosten stark verringert werden können.

Die vorherige Beschreibung erfolgte für den Fall, daß die Erfindung auf die Herstellung einer Kathodenstruktur

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mit drei Kathodenelementen 16R, 16G und 16B für ein dreistrahliges Elektronenstrahl-Erzeugersystem angewandt wird, es ist jedoch ersichtlich# daß die Erfindung auch zur Herstellung von mehr als drei Kathodenelementen oder eines einzigen Kathodenelements verwendet werden kann.

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Claims

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Ansprüche

Glühkathode, gekennzeichnet durch eine Keramikgrundplatte, eine Heizschicht aus Wolfram auf der Keramikgrundplatte, eine Keramikisolierschicht, die auf die Keramikgrundplatte aufgebracht ist und die Heizschicht bedeckt, eine Kathodenzuleitungsschicht aus Wolfram, die auf die Keramikisolierschicht aufgebracht ist, eine Grundmetallschicht, die auf die Kathodenzuleitungsschicht aufgebracht ist, und ein Kathodenmaterial, das auf die Grundmetallschicht aufgebracht ist, wobei die Heizschicht, die Keramikisolierschicht, die Kathodenzuleitungsschicht, die Gründmetallschicht und das Kathodenmaterial ein Kathodenelement bilden.
2. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschicht und die Kathodenzuleitungsschicht aus einem Material aus Wolfram mit Thorium und/oder Rhenium als Zusatz bestehen.
3. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikgrundplatte und die Keramikisolierschicht aus Aluminiumoxidkeramik bestehen.
4. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmetallschicht aus einem Material aus Nickel mit einem Zusatz einer geringen Menge eines Reduktionsmittels besteht.
5. Glühkathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel aus Wolfram oder Magnesium besteht.
6. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenmaterial aus wenigstens einem der Stoffe

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Bariumoxid, Strontiumoxid und Kalziumoxid besteht.
7. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzuleitungsschicht aus einer Scheibe und einer von dieser ausgehenden Zuleitung besteht, und daß die
Grundmetallschicht auf dieser Scheibe angeordnet ist.
8. Glühkathode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Kathodenelemente auf der Keramikgrundplatte.
9. Glühkathode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzuleitungsschicht der Kathodenelemente aus
einer Scheibe und einer von dieser ausgehenden Zuleitung besteht, wobei der Zuleitung eine Signalspannung zugeführt wird.
10. Glühkathode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzuleitungsschichten der Kathodenelemente
elektrisch getrennt sind.

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