DE19534228A1

DE19534228A1 - Kathodenstrahlröhre mit einer Feldemissionskathode

Info

Publication number: DE19534228A1
Application number: DE19534228A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Gassler; Horst Lenz; Norbert Schulz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Thales Electron Devices GmbH
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 1997-03-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einer Feldemissionskathode.

Eine Feldemissionskathode mit einer Mehrzahl von Emissi onsspitzen ist beispielsweise aus der DE-AS 11 09 274 be kannt, insbesondere für Gleichrichter oder als Elektronen quelle für ein elektrooptisches System.

In der DE-AS 12 90 632 ist eine Feldemissionskathode in Form einer Spitze oder Schneide für eine Kathodenstrahl röhre, insbesondere in Oszillographen beschrieben, bei welcher die Kathodenlebensdauer durch einen geschichteten Aufbau der Emissionsfläche erhöht werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vorteil haften Aufbau für eine Kathodenstrahlröhre mit einer Feldemissionskathode anzugeben.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre zeigt neben dem bei den bekannten Feldemissionskathoden bereits erwähnten Vorteil des Wegfalls einer bei gebräuchlichen Kathodenstrahlröhren erforderlichen Kathodenheizspannung insbesondere die günstigen Eigenschaften:

- geringe elektrische Kapazitäten, vor allem zwischen Kathode und erstem Steuergitter
- sehr gute Strahlqualität infolge eines gleichmäßi gen laminaren Elektronenstroms
- gegenüber geheizten Kathoden wesentlich höhere Strahlströme bei gleichen Abmessungen
- vernachlässigbare Empfindlichkeit gegen Ausfall einzelner Kathodenspitzen.

Für die Technologie des eigentlichen Arrays der Mehrzahl von Emitterelementen und des ersten Gitters, welcher über die modulierbare Spannung gegen die Kathode eine Intensitätsmodulation des Strahlstroms ermöglicht, kann auf die umfangreichen Erfahrungen mit ähnlichen Kathodenaufbauten aus sogenannten Field Emission Displays (FED) für Flachbildschirme zurückgegriffen werden, die u. a. in Electronics Weekly vom 19. Okt. 1994 unter dem Titel "Call in the FEDs" beschrieben sind. Im Unterschied zu diesen FED ist bei der vorliegenden Erfindung das gesamte Kathodenfeld einheitlich elektrisch angesteuert. Auch das erste Steuergitter, dessen Blendendurchbrüche die Anordnungsstruktur der Kathodenspitzen wiederholt, ist auf einheitlichem Potential. Nachfolgende Gitter mit jeweils nur einer großen Blendenöffnung bündeln die zahlreichen Teilströme von den einzelnen Emitterelementen zu einem einheitlichen Elektronenstrahl. Eine Bilderzeugung auf einem Anodenschirm erfolgt durch Fokussierung und Ablenkung dieses einheitlichen Elektronenstrahls in an sich bekannter Weise.

Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar in Projektionsröhren, hochauflösenden Monitoren, Feinpunktröhren, Filmdokumentationsröhren, Head-Up-Displays, Helmet-Mounted-Displays und ähnlichen Kathodenstrahlröhren.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge hend veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre,

Fig. 2 einen kathodenseitigen Ausschnitt aus Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 skizzierten, nicht maßstäblichen Aufbau einer Kathodenstrahlröhre ist eine Feldemissionskathode FK mit einer Mehrzahl von Emitterelementen E vorgesehen. Den Emitterelementen E steht in geringem Abstand eine Feldelektrode (Gate) F mit einer Lochblendenstruktur gegenüber. Die Emitterelemente sind alle elektrisch miteinander und mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden. Die gesamte Feldelektrode liegt auf einheitlichem elektrischem Potential.

Die Emitterelemente sind flächig in vorzugsweise regelmäßiger Anordnung auf der Feldemissionskathode FK angeordnet und sind vorteilhafterweise in der Form von Kreiskegeln ausgeführt. Die Blendenstruktur der Feldelektrode F wiederholt die Anordnung der Emitterelemente E, so daß jedem Emitterelement eine Blendenöffnung BF gegenübersteht. Die Blendenöffnungen sind vorzugsweise kreisförmig.

Durch Anlegen einer gegenüber den Emitterelementen E der Feldemissionskathode FK positiven Feldspannung U_g an die Feldelektrode F werden aus den Emitterelementen Elektronen gelöst, welche überwiegend als Elektronenteilströme durch die Blendenöffnungen BF der Feldelektrode hindurchtreten. Die Elektronen aller Teilströme werden in dem durch die Blendenöffnung BS des Steuergitters 5 hindurchgreifenden Beschleunigungsfeld des ersten Anodengitters A1, welches mit einer gegenüber den Emitterelementen und der Feldelektrode positiven Spannung U_a1 beaufschlagt ist, beschleunigt und dabei durch das abstoßende Feld des mit einer gegenüber den Emitterelementen negativen Steuerspannung U_s beaufschlagten Steuergitters S zu einem einheitlichen Elektronenstrahl gebündelt. Der Elektronenstrahl tritt durch die Blendenöffnung BA1 des ersten Anodengitters A1 hindurch und durchläuft in Strahlrichtung nachfolgend Fokussier- und Ablenkeinrichtungen, beispielsweise einen Fokussierzylinder Z und ein im Bereich eines zweiten Anodengitters A2 gebildetes Linsenfeld sowie das Ablenkfeld eine magnetischen Ablenkspule M. Die Fokussiereinrichtungen bilden die zwischen Steuergitter S und erstem Anodengitter A1 bewirkte Einschnürung (crossover) des Elektronenstrahls in üblicher Weise in die Ebene des Leuchtschirms L ab. Die Ablenksysteme erlauben eine zweidimensionale Bilddarstellung. Für Fokussierung und Ablenkung können herkömmliche elektrische und/oder magnetische Systeme eingesetzt werden.

Wesentlich an der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre ist der kathodennahe Aufbau, der in Fig. 2 detaillierter dargestellt und vorstehend bereits weitgehend beschrieben ist.

Die Dichte der Emitterelemente in der Fläche der Feldemissionskathode FK liegt vorteilhafterweise höher als 10³/mm², vorzugsweise höher als 10⁴/mm². Die Emitterelemente sind vorzugsweise auf einer kreisförmigen Fläche in gleichmäßiger Verteilung angeordnet. Die Größe der Blendenöffnung BS des Steuergitters ist vorteilhafterweise kleiner als die Fläche der Emitterelementanordnung. Vorzugsweise liegt der Durchmesser der Blendenöffnung BS zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,8-fachen des Durchmessers der Fläche der Emitterelementanordnung. Der Durchmesser der Blendenöffnung des ersten Anodengitters ist vorzugsweise größer als der Durchmesser der Blendenöffnung BS des Steuergitters.

Zur Intensitätsmodulation des Elektronenstrahls kann insbesondere die Spannung U_g zwischen Feldelektrode F und Emitterelementen E oder die Steuerspannung U_s zwischen Steuerelektrode S und Emitterelementen E variiert werden. Vorzugsweise werden beide Spannungen gleichzeitig variiert nach einer vorgebbaren Kennlinie.

Claims

1. Kathodenstrahlröhre mit einer Feldemissionskathode, die eine Mehrzahl von Emitterelementen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung nach den Emitterele menten eine Feldelektrode, ein erstes Steuergitter, ein erstes Anodengitter sowie in Fokussier- und Ablenksystem für einen Elektronenstrahl folgen, wobei

- alle Emitterelemente gemeinsam angesteuert sind,
- die Feldelektrode eine Blendenstruktur mit je ei ner Blendenöffnung zu jedem Emitterelement auf weist und mit einer gegen die Emitterelemente po sitiven Spannung beaufschlagt ist,
- das erste Steuergitter mit einer gegen die Emitte relemente negativen Spannung beaufschlagt ist und nur eine für alle Emitterelemente strahlbündelnde zentrale Blendenöffnung aufweist,
- das erste Anodengitter mit einer gegen die Emitte relemente positiven Spannung beaufschlagt ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Intensitätsmodulation des Elektronenstrahls die Spannung des Steuergitters gegen die Emitterelemente variiert wird.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Intensitätsmodulation des Elektronenstrahls die Spannung der Feldelektrode gegen die Emitterelemente variiert wird.

4. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Blendenöffnung des Steuergitters kleiner als die Fläche der Anordnung der Emitterelemente ist.