DE3708686A1 - Vorratskathode, insbesondere geeignet fuer kathodenstrahlroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf thermionische Kathoden und insbesondere auf Abgabe- oder Vorratskathoden der Reservoirbauart die insbesondere in Vorrichtungen wie beispielsweise Kathodenstrahlröhren verwendet werden können, die eine hohe Stromdichte benötigen, d. h. Stromdichten von mehr als 10 Amper pro Quadratzentimeter Kathodenoberfläche. Die erfindungsgemäße Kathodeanordnung ist vorteilhafterweise zum Gebrauch in Farbkathodenstrahlröhren (CRTs) geeignet.

Der relevanteste Stand der Technik, der dem Anmelder bekannt ist, sei durch die US-PS 41 65 473 repräsentiert. In dieser Patentschrift wird von der Firma Varian Associates, Inc., Palo Alto, California, eine verbesserte Kathode beschrieben, die eine Abgabekathode aufweist, welche eine poröse Metallmatrix umfaßt, die aus einer kompakt gemachten Mischung aus Wolfram­ und Iridiumteilchen besteht, und zwar imprägniert mit einem geschmolzenen Barium-Aluminat und anderen Erdalkalioxyden die der Matrix zugegeben werden können. Die in dem genannten Patent beschriebene Kathodenstruktur ist ganz offensichtlich in erster Linie für den Gebrauch in Mikrowellenelektronen­ röhrenanwendungsfällen gedacht die für den Betrieb mit kontinuierlicher Welle wie beispielsweise in einem Klystron­ verstärker geeignet sind.

Das genannte Patent beschreibt in seinem Abschnitt über den Stand der Technik verschiedene Versuche zur Erzeugung von Kathoden die in der Lage sind hohe Stromdichten zu erzeugen und es wird darauf hingewiesen, daß die Stromdichtengrenze für solche Versuche des Standes der Technik ungefähr 3 Amper pro Quadratzentimeter Kathodenoberfläche betrug. Ferner zeigt das Patent eine Struktur die in der Lage ist, mindestens 10 Amper pro Quadratzentimeter Kathodenoberfläche zu erzeugen auf welche Weise ein signifikanter Leistungsanstieg insbesondere bei sehr hohen Frequenzen für die Verwendung in Mikrowellen­ vorrichtungen erfolgte.

Die Vorrats- oder Abgabekathode des genannten Patentes war in erster Linie für spezielle Mikrowellenröhren vorgesehen, die im allgemeinen sehr kostspielig sind. Daher waren die hohen Herstellungskosten solcher Kathoden zur in Rede stehenden Zeit kein Nachteil. Abgabekathoden die mehr als 10-20 Dollar in der Herstellung kosten wurden als nicht zu teuer für die Anwendung in Mikrowellenröhren angesehen, da die Mikrowellenröhren mehrere Tausend Dollar kosten können. Andererseits sind thermionische Kathoden für Kathodenstrahlröhren der Art wie sie in Computer-Terminals und Displays und in manchen TV-Monitoren verwendet werden stets als kostenempfindlich wegen des hohen Volumens und dem starken Wettbewerb dem das Fertigprodukt ausgesetzt ist, in welches die Kathoden eingebaut sind. In Folge dessen waren die für solche kostenempfindlichen Anwendungsfälle von Kathodenstrahlröhren verwendeten Kathoden im allgemeinen solche die aus einer Isolator-Halbleiteroxydkathodenkombination bestehen, die nicht in der Lage ist Stromdichten von mehr als 1 Amper pro Quadratzentimeter Kathodenoberfläche zu liefern, was aber für die relativ niedrige Stromdichten benötigenden Anwendungsfälle solcher CRT-Vorrichtungen ausreichend war.

Da beträchtliche Verbesserungen auf dem Gebiet der Computer­ technik die sich insbesondere auf die Anzeige- oder Display­ anwendungsfälle beziehen und auch andere Fortschritte auf dem Gebiet der Kathodenstrahlröhrenanwendungsfälle schufen Nachfrage nach einer Kathode zur Verwendung in Kathoden­ strahlröhren die in der Lage sind hohe Stromdichten von 10 Amper pro Quadratzentimeter oder mehr zu liefern, wodurch die Herstellung einer Kathode der Abgabebauart (Dispenser-Bauart) eine außerordentlich erwünschte Elektronenstrahlquelle für neuere Kathodenröhrenanwendungsfälle wurde. Die Herstellungs­ kosten solcher Abgabekathoden sind jedoch noch immer ungefähr eine Größenordnung höher als dies auf dem Gebiet der einem starken Wettbewerb ausgesetzten kostenempfindlichen Kathodenstrahlröhrenindustrie möglich ist.

Es besteht somit ein Bedürfnis für eine Kathode der Abgabebauart die in der Lage ist die oben erwähnten Stromdichten zu liefern, die aber für nur annähernd 1/10 der Herstellungskosten hergestellt werden kann, wie dies für die bekannten Abgabekathoden mit hoher Stromdichte der Fall ist. Es gibt daher praktisch zwei Arten von Stand der Technik mit dem die Erfindung verglichen werden kann. Einerseits der Stand der Technik für die kostspieligen Abgabekathoden, ein Stand der Technik der im wesentlichen für die Anwendung in Kathodenstrahlröhren ungeeignet ist wegen der Kostenempfindlichkeit des Endprodukts. Andererseits gibt es konventionelle Kathoden die bislang in Kathodenstrahlröhren verwendet wurden, und zwar wegen ihrer relativ niedrigen Kosten, wobei aber solche Kathoden nicht in der Lage sind die hohen Stromdichten zu liefern wie sie für die heutigen Kathodenstrahlröhren benötigt werden.

Der letztgenannte Stand der Technik, d. h. Kathoden die konventioneller Weise in Kathodenstrahlröhren verwendet wurden, benutzen ein Nickel-Substrat mit einer Verunreinigung von Magnesium oder Silitium als Aktivatoren, wobei eine Schicht aus Bariumoxyd, Kalziumoxyd oder Strontiumoxyd aufgebracht ist und zwar in der Form von Karbonaten, wobei während der Herstellung die Zerlegung in Oxyde erfolgt. Unglücklicherweise ist die Elektronenemission für solche konventionellen Kathodenstrahlröhren viel zu begrenzt für die heutigen Anwendungsfälle, weil die Elektronenemission von einem Halbleitermaterial induziert wird und um die Stromdichte solcher Materialien zu erhöhen benötigt man eine extrem hohe Spannung. Wenn solche hohen Spannungen länger als einen Impuls lang angelegt werden, so ergibt sich eine Bogenbildung die die Kathode zerstört, und zwar infolge des Ladeeffekts des Mate­ rials. Die Grenzstromdichte war daher normalerweise weniger als ein Ampere pro Quadratzentimeter für Kathoden in CRT-Anwendungen.

Versuche, bei denen eine Metallkathode anstelle der Halbleiterkathode auf dem Gebiet der Kathodenstrahlröhren (CRT-Röhren) verwendet wird, werden in US-PS 41 65 473 beschrieben und beschränken sich auf Metalle die eine Wasserstoffatmosphäre überleben können welche während des Imprägnierungsschrittes verwendet wird wo beispielsweise Wolfram mit Bariumaluminat oder Bariumkalziumaluminat oder anderen Erdmetalladditiven imprägniert wird.

Kein dem Anmelder bekannter Stand der Technik lehrt oder legt das Konzept einer Anordnung nahe, die eine integrierte Anbabekathode aufweist, einen Isolator und ein Steuergitter und auch nicht eine derartige Anordnung, die drei solche Abgabekathoden für Farb-CRT-Anwendungsfälle aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgabekathode, die in der Lage ist, Stromdichten derart zu erreichen wie sie in US-PS 41 65 473 beschrieben sind, wobei aber eine neue Struktur benutzt wird um eine beträchtliche Kostenreduktion auf etwa 1/10 der Kostenherstellung der bekannten Abgabekathoden zu erreichen. Die erfindungsgemäße Kathode kann kostenmäßig mit den Halbleiterkathoden der CRT-Technik konkurrieren, sieht aber eine Verbesserung der Stromdichte um eine Größenordnung vor, um neueren Anforderungen der Kathodenstrahlröhren zu genügen. Die erfindungsgemäße Kathode verwendet eine reservoirartige Abgabekathodenstruktur die in vier gesonderten Teilen hergestellt werden kann und die ohne weiteres mit relativ niedrigen Kosten zusammengebaut werden kann. Kostengünstige Herstellungsverfahren unter Verwendung von automatischen Geräten können verwendet werden, und zwar automatischen Geräten, die seit langem in Gebrauch sind in der Form von Tablettenpressen und Stanzpressen. Ferner ist die erfindungs­ gemäße Struktur für ein gleichförmigeres Leistungsniveau über die Kathodenlebensdauer hinweg prädestiniert. Dies steht im Gegensatz zu den Abgabekathoden des Standes der Technik die im allgemeinen eine signifikante Verschlechterung hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit über das Leben der Kathode hinweg zeigen, und zwar wegen der Änderungen im Ausmaß der Verdampfung des Erdalkalimetalls durch die Poren des emittierende Metalls.

Die oben erwähnten vier gesonderten Teile der Erfindung umfassen ein gepreßtes und gesintertes poröses Wolframpellet oder -plättchen; ein gepreßtes Pellet oder Plättchen hergestellt aus Bariumkalziumaluminat und Wolfram; ein stanzgepreßtes Reservoir gebildet aus Molybdän, Rhenium, einer Kombination aus Molybdän und Rhenium, Tantal oder anderem feuerfesten Metall; und einem Tragzylinder in der Form einer Extrusionsstruktur oder einer in ähnlicher Weise verarbeiteten Struktur gebildet aus Molybdän, Molybdän-Rhenium oder Tantal.

Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Kathode weist folgende Schritte auf: Pressen und Sintern des Wolframpellets und Verwendung von Wolframpulver mit ausgewählten Eigenschaften, Stanzpressen der Reservoirform und Formung des Tragzylinders, Pressen eines Pellets aus Bariumkalziumaluminat und Wolfram, Zusammenbau von Reservoir und Tragzylinder, Einsetzen des Aluminatwolframpellets in das Reservoir, Abdichten des porösen Wolframpellets an der Oberseite des Reservoirs und der Zylinderanordnung entweder durch Schweißen oder Hartlöten. Die sich ergebende Kathode ist derart ausgelegt, daß sie bei annähernd 850 bis 1150°C arbeitet, und zwar abhängig von den erwünschten Stromdichten. Das innerhalb des Reservoirs enthaltene Pellet sieht einen konstanten niedrigen Pegel an Kaliumverdampfung zur Aktivierung des Wolframs vor. Insbesondere sieht die Kathode der Erfindung die hohe Stromdichte der Abgabekathoden in einer strukturellen Konfiguration vor die eine einfache automatische Herstellung ermöglicht, wodurch die Kosten beträchtlich vermindert werden und die Erfindung kostenkompatibel mit bekannten in ihrer Stromdichte begrenzten CRT-Kathoden wird.

Die Anordnung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine integrierte Kathoden/Isolator/Steuergitterstruktur insbesondere geeignet für die Verwendung in Kathodenstrahlröhren. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfaßt drei solcher Abgabe- oder Vorratskathoden angeordnet in einer einheitlichen (unitären) Tragstruktur und integrale mit Präzision mit Abstand angeordnete Steuergitter die allgemein als G1 bezeichnet werden. Die Drei Kathodenanordnung ist insbesondere für die Verwendung in Farb-CRTs geeignet.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine Abgabekathode vorzusehen, die eine Struktur aufweist und ein Herstellungs­ verfahren ermöglicht so daß sich Kosten ergeben, die mit denen konventioneller Kathodenstrahlröhren Kathoden vergleichbar sind, wobei aber gleichzeitig eine Stromdichte von mindestens 10 Amper pro Quadratzentimeter der Kathodenemissionsoberfläche erreicht wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Kathode und ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben so daß eine Abgabekathode der Reservoirbauart in vier gesonderten Teilen hergestellt werden kann, die ohne weiteres zusammengebaut werden können und zwar unter Verwendung von seit langem bewährten automatischen Geräten. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Abgabe- oder Dispenserkathode vorzusehen, die besonders geeignet ist zur Anwendung als eine hohe Stromdichte aufweisende Kathoden­ strahlröhrenkathode, und die in der Lage ist, ein Minimum von 10 Amper pro Quadratzentimeter Kathodenemissionsfläche zu erzeugen, und zwar unter Verwendung eines Emissions-Metall­ materials, wobei sich vergleichbare Kosten mit den CRT-Katho­ den der Halbleiterbauart ergeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kathodenanordnung vorzusehen die eine oder mehrere der oben erwähnten Abgabekathoden aufweist, ferner eine integrale Isolationsstruktur und eines oder mehrere mit Präzision mit Abstand angeordnete Steuergitter für CRT-Anwendungsfälle.

Weitere Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeich­ nungen; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm welches den erfindungsgemäßen Herstellungsprozeß veranschaulicht;

Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist eine dreidimensionale Außenansicht einer Farb-CRT-Kathodenanordnung der Erfindung;

Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Teils der Anordnung der Fig. 3 längs der Linie 4-4 in Fig. 3, und

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Isolatorstruktur der Anordnung der Fig. 3.

Es sei nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erkennt man, daß die Erfindung eine ver­ besserte Abgabekathode (Dispenser-Kathode) 10 umfaßt, und zwar mit einem Tragzylinder 12 und einem Reservoir 14. Das Reser­ voir ist im wesentlichen mit einem ersten Pellet oder Plättchen 16 gefüllt, welches eine Mischung aus Wolfram und Bariumkalziumaluminat enthält. Ein zweites Pellet oder Plättchen 18 aus gepreßtem und gesintertem Wolframpulver ist mit dem Tragzylinder 12 durch Hartlöten oder Schweißen verbunden, um dadurch in effektiver Weise das Reservoir 14 und das darin enthaltene Pellet 16 abzudichten. Der Tragzylinder 12 sieht den Zugang zum abgedichteten Reservoir für einen konventionellen Heizer vor wie er beispielsweise in US-PS 41 65 473 beschrieben ist. Das Reservoir 14 wird von der Innenwandoberfläche des Tragzylinders 12 aufgenommen und gestützt.

Das Herstellungsverfahren der Abgabekathode kann wie folgt ausgeführt werden:

• 1) Pressen und Sintern eines porösen Wolframpellets mit einer 70-80% Dichte unter Verwendung von Pulver von 4-7 Mikron Durchmesser. Das Wolframpulver kann wahlweise 20-50 Gewichtsprozent Iridium, Osmium, Ruthenium oder Rhenium enthalten.
• 2) Ausbilden eines Reservoirs durch Stanzpressen unter Verwendung von entweder Molybdän, Molybdän-Rhenium, Tantal, Wolfram, Wolfram-Rhenium oder anderem feuerfestem Metall.
• 3) Ausbildung eines Tragzylinders aus Molybdän, Rhenium, Molybdän-Rhenium, Wolfram, Wolfram-Rhenium oder Tantal durch Extrusion oder ein ähnliches Verfahren.
• 4) Pressen von Pellets aus Bariumkalziumaluminat und Wolfram wobei Wolfram zwischen 20-50% der Mischung bildet.
• 5) Zusammenbau des Reservoirs und des Tragzylinders.
• 6) Einsetzen des Pellets aus Bariumkalziumaluminat und Wolfram in das Reservoir.
• 7) Versiegeln des porösen Wolframpellets an der Reservoir/Zy­ linderanordnung durch Schweißen oder Anlöten.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Herstellungs­ verfahrens umfaßt der Schritt Nr. 1 folgendes:

Als erstes Aufbringen eines uniaxialen Druckes von zwischen 10000 und 20000 psi (Engl. Pfund pro Quadratzoll) auf das Wolfram um eine Dichte zwischen 50-55% zu erhalten und sodann Sintern des gepreßten Wolframs bei zwischen 2000 und 2500°C für eine Zeitdauer zwischen 30 und 60 Minuten um die 70-80% Dichte zu erhalten. Ferner wurde der Reserviorformungsprozeß des Schrittes 2 durch die Verwendung einer einfachen Formpresse erreicht. Es sei bemerkt, daß nach Schritt 7 das Verfahren entweder das Schweißen oder Hartlöten verwenden kann, wobei bei den hier bevorzugten Ausführungsbeispiel das Schweißen eine bevorzugte Form des Versiegelns bzw. Abdichtens verglichen mit dem Hartlöten ist.

Die sich ergebende Abgabe- oder Vorratskathode hergestellt durch das oben beschriebene Verfahren und einer Form wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ist besonders vorteilhaft verglichen mit der Abgabekathode gemäß US-PS 41 65 473 und zwar aus verschiedenen Gründen. Der wichtigste dieser Gründe besteht in der Einfachheit des Herstellungsverfahrens welches die Herstellungskosten beträchtlich vermindert. Ferner besitzt das im Schritt 1 hergestellte poröse Wolframpellet keine verstopften Poren, d. h. es weist offene Poren auf, die nicht durch ein äußeres Material verstopft sind, wodurch der Metallteil der Kathode effizienter gemacht wird hinsichtlich seines Ansprechens gegenüber der Aktivierung durch die Bariumverdampfung die aus dem Emissionsmaterial enthalten innerhalb des Reservoirs kommt. In der Tat ist das einzige, was durch die Poren des porösen Wolframmaterials im oberen Pellet läuft Barium oder Bariumoxyd emittiert mit einem konstanten niedrigen Pegel der Bariumverdampfung, wodurch ein im wesentlichen konstanter Leistungspegel oder ein im wesentlichen konstantes Leistungsniveau über die Lebensdauer der Kathode hinweg sichergestellt ist.

Es sei nunmehr auf die Fig. 3 bis 5 Bezug genommen, die eine neue Kathodenanordnung gemäß der Erfindung darstellen. Insbesondere sei zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen, wo dargestellt ist, daß die Kathodenanordnung 20 ein Gehäuse 22 von einer im ganzen offenen rechteckigen Form aufweist und zwar mit einer Metallgitterplatte 24 die das Gehäuse im wesentlichen umschließt und die obere Oberfläche (Oberseite) davon bildet. Die Gitterplatte 24 weist drei Gitteröffnungen 26 (G1-Löcher) auf, durch welche die drei entsprechenden Elektronenstrahlen laufen bei Aktivation der drei entsprechenden Abgabekathoden die innerhalb des Gehäuses 22 in einer noch zu beschreibenden Weise darin enthalten sind. Die Gitterplatte 24 kann mit einer Vielzahl von sich seitlich erstreckenden Klauen 28 ausgestattet sein, die zur Positionierung der Anordnung 20 innerhalb einer CRT (Kathodenstrahlröhre) verwendet werden können.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 erkennt man, daß das Gehäuse 22 eine keramische Isolierstruktur 36 aufweist, die die Gitterplatte 24 in einer präzisen Abstandsbeziehung gegenüber einer Abgabekathode 10 hält, wobei letztere ein Reservoir 14 aufweist, welches ein erstes Pellet 16 hält und zwar umschlossen durch ein zweites Pellet 18. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel der Abgabekathode 10 ist der Tragzylinder 12 der Fig. 2 durch einen Haltering 34 ersetzt, der die zweifache Funktion des Halterns der Kathode in einer präzis zentrierten Position relativ zur Gitterplatte 24 und zur Gitteröffnung 26 und die thermische Isolation der Kathode vom Gehäuse 22 und den verbleibenden zwei Kathoden vorsieht. Eine Heizvorrichtung (Heizer) 30 sieht die erforderliche Kathodenaktivationstemperatur vor wenn die Heizleiter 32 mit einer geeigneten Stromquelle verbunden sind. Der Kathodenleiter 38 gestattet das Anlegen einer Spannung an die Kathode um eine Spannungsdifferenz zwischen der Kathode 10 und der Gitterplatte 24 in bekannter Weise vorzusehen. Fig. 5 zeigt die allgemeine geometrische Konfiguration des Halterings 34 der einen inneren Ringteil 40 für die Aufnahme des Reservoirs 14 in der in Fig. 4 gezeigten Art und Weise ermöglicht, und wobei ferner der Ringteil durch eine Vielzahl von radial wegragenden Gliedern 41 getragen wird, und zwar gesondert voneinander durch Luftspalte 42.

Um eine höhere Auflösung zu erhalten ist der CRT-Konstrukteur gezwungen, die Verwendung von Kathoden mit höheren Stromdichten ins Auge zu fassen. Die in CRTs üblicherweise verwendete Kathodenbauart ist die Bariumoxydkathode die hinsichtlich der Stromdichte auf annähernd 1 Ampere pro Quadratzentimeter begrenzt ist. Diese Begrenzung bedeutet somit eine Beschränkung hinsichtlich der Kleinheit des G1-Lochs. Der Hauptweg zum Erhalt einer höheren Auflösung besteht darin einen kleineren Elektronenstrahl zu erzeugen der mit der Lochgröße von G1 anfängt. Da die Lochgröße nunmehr begrenzt ist verschiebt sich die Anforderung nunmehr zur Konstruktion der Optik die bereits vollständig ausgenutzt zu sein scheint. Die einzige Antwort besteht dann in der Verwendung einer Kathode die in der Lage ist, höhere Stromdichten zu liefern, so daß die G1-Lochgröße vermindert werden kann. Eine Vorratskathode ist die Wahl.

Es wurden bereits Untersuchungen vorgenommen um begrenzte Mengen an CRTs unter Verwendung von imprägnierten Vorratskathoden herzustellen und auszuwerten. Die Kosten dieser Kathoden lagen nicht im Bereich der einen kommerziellen Erfolg für solche Kathoden verwendende Produkte ermöglichen würde. Darüber hinaus traten Probleme hinsichtlich der Leistungs- und Aufwärmzeiterfordernisse auf, ferner hinsichtlich der Speicherung, der Aktivation und der Alterung sowie der Gitteremission.

Die Anordnung der Fig. 3 bis 5 ist thermisch effizient unter Verwendung eines Heizers 30, der sogenannten Pfannkuchenbauart, eines Heizers der hinter dem Emitter angeordnet ist. Die Emitter/Heizerstruktur ist thermisch von der Tragkeramik isoliert, was die schnelle Erhitzung der Kathode auf die 1000°C Betriebstemperatur der Vorratskathode ermöglicht, und zwar mit annähernd der gleichen Eingangsleistung wie sie derzeit bei konventionellen Oxydkathoden Verwendung findet. Der Emitter ist eine Hohlraum-Reservoir-Type-Abgabe- oder Dispenserkathode (Vorratskathode) anstelle einer imprägnierten porösen Wolframkathode. Ein dünnes eine poröse Struktur aufweisendes Pellet (Plättchen) 18 hergestellt in erster Linie aus Wolfram ist über einem Reservoir aus Bariumoxydkeramikmaterialpellet 16 angeordnet, welches sich bei Erhitzung zerlegt, wobei Barium freigegeben wird welches zur Oberfläche wandert, und zwar durch den porösen Wolframdispenser (Abgabemittel) wo es die Oberfläche aktiviert und die Austrittsarbeit vermindert was das Herausziehen der Elektronen bei einer niedrigeren Temperatur verglichen mit einem imprägnierten Dispenser (Abgabemittel) ermöglicht. Das vorverarbeitete Bariumkeramikpellet im Reservoir 14 wird in einer solchen Weise hergestellt, daß die Speicherung der Kathode kein Problem ist wie dies bei einer imprägnierten Kathode der Fall ist. Auch ist die Verdampfungsrate von Barium stark vermindert, weil nur genug Barium zur Aktivation der Oberfläche abgegeben wird. In einer imprägnierten Kathode wird zu Beginn der Lebensdauer und für einige Zeit danach zuviel Barium abgegeben, weil das Imprägniermittel an oder nahe der Oberfläche ist. Die übermäßige Verdampfung kann zum Problem der Gitteremission beitragen. Die offenbarte Struktur hilft auch bei der Elminierung der Gitteremission, weil die G1-Platte 24 an die Isolatorkeramik 36 hartgelötet ist, welche als eine Wärmefalle wirkt und die G1 sich dadurch auf eine niedrigeren Temperatur befindet. Die Aktivierung und die Alterung kann leichter mit dieser erfindungsgemäßen Struktur vonstatten gehen. Es besteht keine Notwendigkeit für eine Carbonatumwandlung, wie dies für eine Oxidkathode erforderlich ist. Die Kathode muß nur auf eine Temperatur von 1150°C für eine Zeitdauer von 10 bis 15 Minuten gebracht werden und emittiert dann mit vollem Strom. Die Stromdichtefähigkeit dieser Kathode ist bis zu 10 Ampere pro Quadratzentimeter bei Temperaturen bis hinab zu 1050°C.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Abgabekathode in der Lage ist, hohe Stromdichten zu erzeugen, die gleich oder größer als 10 Ampere pro Quadratzentimeter Kathodenemissions­ oberfläche sind. Die neue Kathodenausbildung, die hier beschrieben wurde, hat eine beträchtliche Herstellungskostenverminderung verglichen mit bekannten Abgabekathoden zur Folge.

Die Erfindung sieht eine ganz aus Metall bestehende Abgabekathode vor welche die Stromdichte der bekannten Kathoden wie sie normalerweise in Kathodenstrahlröhren verwendet werden um einen Faktor von ungefähr 10 erhöhen, wobei sich gleichzeitig eine Kathode ergibt, die in ihren Kosten vergleichbar ist mit den Kosten der bekannten Halbleiterkathoden wie sie normalerweise in Kathodenstrahl­ röhren Verwendung finden. Die beträchtliche Verminderung der Herstellungskosten wird dadurch erreicht, daß man eine vierteilige Anordnung verwendet, die ohne weiteres durch automatische Geräte hergestellt werden kann auf welche Weise die Leistungsvorteile der bekannten Abgabekathoden erreicht werden, aber gleichzeitig auch die Kostenvorteile der eine niedrigere Stromdichte besitzenden Halbleiterkathoden, wie sie normalerweise in Kathodenstrahlröhren verwendet werden, vorhanden sind.

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neueartige Kathodenanordnung, die insbesondere für die Verwendung in CRTs, und zwar insbesondere in Farb-CRTs geeignet ist. Die Anordnung vereinfacht in signifikanter Weise die CRT-Kathoden und die G1-Gitterstruktur, wobei in verhältnismäßig kostengünstiger Weise die Fähigkeit einer hohen Stromdichte ermöglicht wird. Die neuartige Drei-Kathoden/Gitterstruktur weist ein integrales Keramikgehäuse und eine mit Öffnungen versehene Gitterplatte auf. Jede Kathode ist thermisch durch einen keramischen Haltering für schnelle Kathodenerhitzung isoliert. Das Kathodenanordnungsgehäuse sieht eine präzise Kathoden-zu-Kathoden- und eine Kathoden-zu-G1-Trennung vor, was niedrigere Kosten bei der CRT-Anordnung und höhere Produktionserträge zur Folge hat.

Abwandlungen der Erfindung sind dem Fachmann gegeben. Beispielsweise können andere Bestandtteilskomponenten in dem porösen Wolframpellet verwendet werden, wie auch in dem darunter liegenden emittierenden Wolframpellet mit dem Bariumkalziumaluminat im Reservoir der Erfindung kombiniert ist.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine vierteilige, leicht herstellbare Vorratskathode die Stromdichten bis zu und über 10 Ampere pro Quadratzentimeter liefert und die insbesondere für Kathodenstrahlröhren­ anwendungsfälle wegen ihrer überraschend niedrigen Kosten geeignet ist, wird vorgesehen. Ein aus feuerfestem Material bestehendes Reservoir enthält ein Pellet aus Wolfram und Bariumkalziumaluminat und ist durch ein Pellet aus porösem Wolfram oder einer Wolframmischung abgedichtet oder versiegelt. Die Reservoir/Pelletanordnung ist in einem Tragzylinder enthalten an den das poröse Wolframpellet angeschweißt sein kann. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Schritte der Herstellung der Pellets und den Zusammenbau der vier Elemente der Kathode. Die Vorratskathode ist vorgesehen in einer neuen integrierten Kathodenstrahl­ röhrenstruktur, die in einem Ausführungsbeispiel eine Anordnung für Farb-CRT-Anwendungsfälle darstellt. Die Anordnung umfaßt drei solcher Vorratskathoden, angeordnet in einem Tragisolator und mit genauer Abstandsanordnung gegenüber den integralen Steuergitteroberflächen.

Claims (10)

1. Eine Kathodenanordnung, die folgendes aufweist:
eine Kathode, einen Haltering mit einem Teil zur Aufnahme der Kathode, ein Gehäuse, an dem der Haltering befestigt ist, wobei die Befestigungszone zwischen dem Ring und dem Gehäuse mit Abstand gegenüber dem Kathodenhalteteil angeordnet ist, und ein Gitter mit einer Öffnung, wobei das Gitter durch das Gehäuse getragen wird, und zwar in einer genauen Abstandsbeziehung gegenüber der Kathode, wodurch die Aktivierung der Kathode die Emission eines Elektronenstrahls bewirkt, der durch die Öffnung läuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine Vorratskathode (Abgabekathode) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei der Kathoden vorgesehen sind und daß drei der Gitteröffnungen vorhanden sind zur Verwendung der Anordnung in Farb-CRTs.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse und der Haltering jeweils aus Keramikmaterial hergestellt sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode folgendes aufweist:
ein Reservoir, ausgebildet aus einem feuerfesten Metall, ein erstes Pellet, enthalten in dem Reservoir und Barium-Calcium-Aluminat und Wolfram enthaltend, ein zweites Pellet über dem Resevoir liegend und dieses versiegelnd und gepreßtes und gesintertes poröses Wolfram aufweisend, und Mittel zum Anlegen von Wärme an das Reservoir und die Pellets zur Emission von daraus austretendem Strom.

6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei das Reservoir ausgebildet ist aus einem Metall, welches aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Molybdän, Rhenium, Molybdän und Rhenium in Kombination, Wolfram, Wolfram und Rhenium in Kombination und Tantal.

7. Anordnung nach Anspruch 5, wobei das zweite Pellet ebenfalls mindestens ein Metall aufweist, welches aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Iridium, Osmium, Ruthenium und Rhenium.

8. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Kathodenaufnahmeteil des Halterings eine ringförmige Gestalt besitzt.

9. Kathodenanordnung für ein Farb-CRT, wobei die Anordnung folgendes aufweist: mindestens drei Kathoden zur Erzeugung entsprechender Elektronenstrahlen, Mittel zum Halten der Kathoden in relativer Abstandsbeziehung gegeneinander, eine Gitterplatte, Mittel zum Tragen der Gitterplatte in einer festen Abstandsbeziehung zu sämtlichen der Kathoden, wobei die Gitterplatte mindestens drei Öffnungen aufweist, durch welche die Elektronenstrahlen jeweils laufen können, und Mittel zum Erhitzen der Kathoden zur Ingangsetzung der Elektronenstrahlen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Kathodenhaltemittel und die Gitterplattentragmittel aus einem Keramikmaterial hergestellt sind.