Brevet FR2011793A1 — publié le 19700306

L'invention concerne une lampe à arc à vapeur de mercure et se réfère plus particulièrement à une lampe à arc à vapeur de mercure fournissant un rayonnement linéaire à haute définition tout en présentant un taux élevé de 5 brillance. Dans un chromatron (marque de commerce) ou dans les tubes cathodiques pour télévision en couleurs du type grille-ouverture, un système de grille qui consiste en plusieurs éléments de grille parallèles, tels que des 10 fils ou des rubans métalliques tendus dans une direction à des intervalles prédéterminés, est disposé en face de l'écran luminescent de couleur, et un faisceau électronique dirigé vers l'écran luminescent à travers les éléments de grille rencontre l'écran à un emplacement prédéterminé correspondant à une cou-15 leur particulière. L'écran luminescent du tube à rayon cathodique pour télévision en couleurs de cette construction est composé de plusieurs rubans luminescents émettant respectivement des lumières de couleur rouge, verte et bleue qui 20 sont successivement disposés suivant un ordre cyclique de répétition dans une direction coupant leur direction longitudinale perpendiculairement. On préfère une méthode optique pour la fabrication de ces écrans luminescents consistant en 25 rubans luminescents, comme décrit ci-dessus. Par exemple, un système de grille est monté sur une plaque antérieure qui a été revêtue sur toute sa surface intérieure d'une pâte phosphorée composée d'un phosphore émettant une couleur particulière et d'un matériau photosensible, et la surface intérieure revêtue 30 est exposée à l'irradiation de la lumière provenant d'une source lumineuse linéaire, pour maintenir la pâte phosphorée uniquement dans les emplacements qui ont été exposés à la lumière. Dans ce cas, la source lumineuse est une lampe à vapeur de mercure, qui, grâce à des lentilles optiques, est pratiquement une source lu-35 mineuse linéaire à haute définition pour les raisons qu'on verra ci-après. On rencontre, il est vrai, une difficulté dans la réduction du diamètre du tube de la lampe à arc à vapeur de mercure et la lumière qui est émise est relati-40 vement large, de telle sorte que la lampe à arc à vapeur de mer 69 20957 2 2011793 cure ne donne pas satisfaction comme source lumineuse linéaire. Dans ce cas, la réalisation des lentilles optiques est difficile et la perte de lumière provoquée par les lentilles est importante. 5 D'une façon générale, dans la lampe à arc à vapeur de mercure, la partie lumineuse peut être rendue extrêmement fine en réduisant le diamètre du plasma produit entre les électrodes. Ceci peut être obtenu en diminuant le diamètre du tube de la lampe, ce qui conduit cependant à la 10 dévitrification de l'enveloppe du tube en raison de la chaleur produite par le rayonnement, et à la réduction en conséquence de la durée'de vie de la lampe. Un objet de l'invention est notamment de réaliser une lampe à arc à vapeur de mercure de 15 haute brillance qui donne un rayonnement linéaire à haute définition. Un autre objet de l'invention est de réaliser une lampe à arc à vapeur de mercure sans dévitri-fication de l'enveloppe du tube et possédant une longue durée de 20 vi e. Un autre objet de l'invention est également de réaliser une lampe à arc à vapeur de mercure ■ .convenant parfaitement pour l'utilisation comme source lumineuse linéaire pour la fabrication de l'écran luminescent des tubes 25 de télévision en couleur. A cet effet l'invention concerne, une lampe à arc à vapeur de mercure comprenant un tube en verre de quartz, deux électrodes scellées dans le tube à ses deux extrémités, du mercure aux deux extrémités du tube, et un gaz 30 inerte scellé dans le tube, lampe caractérisée en ce que des cavités sphériques sont disposées dans le tube dans le voisinage des extrémités intérieures des électrodes, ce qui permet, sans craindre la dévitrifi.cation du tube, de l'amincir et d'obtenir ainsi une source lumineuse linéaire. 35 Des modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs., sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 est un diagramme schématique montrant le principe d'un procédé d'impression opti-^0 que pour la réalisation d'un écran luminescent de couleur. 69 20957 3 2011793 - La figure 2 est une vue en section transversale d'une lampe à arc à vapeur de mercure conventionnelle. - La figure 3 est une vue agran-5 die de section transversale montrant un exemple d'une lampe à arc à vapeur de mercure réalisée suivant l'invention. - Les figures 4 à 6 sont des courbes montrant le taux de dévitrification de l'enveloppe du tube pour expliquer la présente invention. 10 Dans la figure 1, on montre un appareil d'exposition utilisant une lampe à arc à vapeur de mercure conventionnelle comme source lumineuse pour réaliser un écran luminescent de couleur. Une pâte phosphorée 2 composée 15 d'un mélange, par exemple- d'un phosphore émettant une couleur rouge et d'un liant photosensible, est appliquée, en revêtement sur toute la surface intérieure d'un panneau 1 de l'enveloppe de tube d'un tube de rayon cathodique de télévision én couleurs sur lequel on désire former un écran luminescent de couleur. On 20 place un masque optique 3i qui présente un modèle optique correspondant au modèle des rubans luminescents rouges mentionnés précédemment de l'écran luminescent de couleur qui sera produit en dernière analyse, en face du panneau 1, et Ion dispose une source lumineuse 4 derrière le masque optique 3-25 Ensuite, la pâte phosphorée 2 placée sur la surface intérieure du panneau 1 est exposée à travers le masque optique 3 à l'irradiation de lumière provenant de la source lumineuse 4 pour former dans la pâte une image latente du modèle optique sous le masque 3, puis, la surface 30 intérieure du panneau 1 est soumise à une opération de développement pour fournir des rubans luminescents de couleur rouge d'un modèle prédéterminé. Ces opérations sont répétées de la même façon en relation avec des phosphores d'autres couleurs., par exemple des phosphores émettant des couleurs vertes et bleues 35 jusqu'à ce que l'on ait formé un écran luminescent complet sur le panneau 1. Dans ce cas, la source lumineuse 4 est habituellement une lampe à arc à vapeur de mercure. On préfère, comme source lumineuse 4, une source lumineuse linéaire 40 qui s'étend dans la direction longitudinale des rubans lumines 69 20957 k 2011793 cents qui seront formés en dernière analyse afin d'assurer une exposition uniforme des rubans luminescents à la lumière sur toute leur longueur. Cependant, on n'a pas réalisé de lampe à arc à vapeur de mercure présentant une brillance suffisante pour 5 être pleinement satisfaisante comme source lumineuse linéaire, de telle sorte qu'on dispose habituellement tin système optique pour produire une lumière linéaire en face de la source lumineuse 4. Toutefois, le système optique constitué par des lentilles pour produire la lumière linéaire est difficile à réaliser et 10 la présence des lentilles entraîne une perte importante de la lumière émise par la source lumineuse. La figure 2 montre schématique-ment une lampe à arc à vapeur de mercure conventionnelle. Comme représenté dans la figure, une paire d'électrodes et 7B fait 15 saillie partiellement dans un tube 6 en verre de quartz à ses deux extrémités dans sa direction axiale, des cavités de mercure 8A, 8B, remplies de mercure 9» sont prévues aux deux extrémités du tube 6, et un gaz inerte, tel que de l'argon, du xénon, ou analogue, est scellé dans le tube 6. Dans ce cas, le diamètre 20 intérieur du tube 6 est réduit aux extrémités intérieures des cavités de mercure 8A, 8b, comme indiqué par 10A et 10B, de façon à empêcher le mercure 9 de s'écouler hors des cavités 8A et 8B, mais le diamètre intérieur du tube 6 est pratiquement uniforme entre les cavités de mercure 8A et 8B. 25 Afin de rendre la partie lumi neuse de la lampe à arc à vapeur de mercure linéaire, le diamètre du plasma produit entre les électrodes 7A et 7B est réduit, ce qui peut être obtenu en réduisant le diamètre du tube 6. Cependant, ceci produit la possibilité de dévitrification du tube 6, 30 entraînant une diminution de la quantité de lumière, et réduisant la vie de service de la lampe à arc à vapeur de mercure. La dévitrification du tube 6 est produite par la cristallisation du quartz ou par la décomposition thermique du bioxyde de silicium en silicium et en oxygè-35 ne. La cristallisation du quartz est susceptible de se produire lorsqu'on le chauffe au-dessus ou qu'on -le refroidit au-dessous d'une température dans le voisinage du point de transition du quartz, et une fois que la dévitrification du tube 6 est commencée elle s'étend et progresse rapidement. ^0 . Dans certains cas, on produit 69 209S7 5 2011793 une distorsion thermique dans le tube de verre et une diminution de la résistance à la pression appliquée au tube 6 provoquant l'explosion de celui-ci. Lorsque le diamètre intérieur 5 du tube 6 est réduit, comme mentionné plus haut, la surface intérieure du tube 6 et les électrodes 7A et 7B sont rapprochées entre elles. Dans ce cas, des ions négatifs provenant des électrodes sont lancés sur la paroi intérieure du tube avec une grande énergie et les électrodes sont chauffées jusqu'à une tem-10 pérature s'approchant d'un millier et plusieurs centaines de degrés, de sorte que la paroi intérieure du tube est chauffée localement dans le voisinage des électrodes, ce qui permet de produire une dévitrification comme celle décrite plus haut qui raccourcit la durée de service de la lampe à arc à vapeur de "15 mercure. Etant donné que le quartz présente une conductivité lorsqu'il est chauffé à une haute température, le fait de chauffer la paroi du tube de verre produit une décharge grimpante entraînant une perte d'énergie. La déchar 20 ge grimpante est dirigée vers l'électrode positive, mais lorsque la lampe à arc à vapeur de mercure est alimentée par un courant alternatif, le courant change de polarité et la décharge grimpante est alors dirigée vers le centre entre les électrodes du tube 6. Dans le cas d'un éclairage par courant alternatif, la 25 décharge grimpante est produite de façon intense, et la perte d'énergie s'élève jusqu'à plusieurs centaines de fois celle produite dans le cas d'un éclairage à courant continu. En outre, une fois que la décharge grimpante s'est produite, elle absorbe de la chaleur produite par le plasma pour produire la dévitrifi-30 cation du tube et provoquer une augmentation de la pression de vapeur localement dans le tube, réduisant ainsi l'efficacité lumineuse de la lampe et favorisant l'explosion du tube. Dans la figure 39 on représente une lampe à arc à vapeur de mercure réalisée suivant l'invention 35 Un tube cylindrique 11 est fabriqué en quartz et des électrodes en forme de tige 12A et 12B font saillie partiellement dans le tube 11 à ses deux extrémités dans sa direction axiale. Dans la présente invention, les électrodes 12A et 12B sont effilées, par exemple sous une forme 40 conique, comme indiqué en 12a et 12b. Les électrodes 12A et 12B 69 20957 6 2011793 peuvent être formées par exemple, d'un fil de tungstène, et les diamètres aux extrémités de base et de sommet peuvent être choisis pour s'élever à 0,5 mm et 0,3 mm respectivement» En outre, la distance entre les électrodes 12A et 12B peut être choi-5 sie: de façon à s'élever approximativement à 15 mm» Suivant l'invention, le diamètre intérieur du tube 11 est choisi dans la gamme de 0,5 à 1,4 mm 5 il est bien inférieur à celui de la lampe à arc à vapeur de mercure conventionnelle, et dans la paroi intérieure du tube 10 11 ou dans les zones entourant les parties de l'extrémité supérieure 12a et 12b des électrodes 12A et 12B, on forme pratiquement des cavités sphériques l4A et l4B autour des extrémités supérieures 12a et 12b. Le diamètre de chacune des cavités l4A et 14B est choisi de telle sorte que la distance entre la paroi in-15 térieure de la cavité et l'extrémité supérieure de l'électrode soit supérieure au diamètre du tube et soit à peu près quatre fois le diamètre de l'extrémité supérieure de l'électrode, par exemple 2 à 2,5 mm. En outre, on remplit de mercure 20 15 . les parties étroites du tube 11 à l'extérieur des cavités l4A et 14B, ces parties étant réalisées en quartz, en verre de raccordement l6 et en verre de tungstène 17» Les figures 4 à 6 sont des courbes montrant le taux de dévitrification du tube mesuré dans le 25 cas où les diamètres intérieurs et extérieur du tube 11 sont 4 mm et 1 mm respectivement ; la distance entre les électrodes 12A et 12B étant 15 mm ; et les diamètres des électrodes 12A et 12B aux extrémités de base et à l'extrémité supérieure étant 0,5 mm et 0,3 «nm respectivement. Le taux de dévitrification men-30 tionné est un taux de dévitrification sur la base de "10" indiquant que le tube est opaque à un degré tel qu'on ne peut pas voir l'électrode dans chaque cavité à partir de l'extérieur du tube. La figure 4 montre le taux de 35 dévitrification du tube dans les cavités l4A et l4B relatif au temps d'éclairage de la lampe à arc à vapeur de mercure, lorsque la pression P de l'air de refroidissement amené à la lampe scé-lève à 1,5 kg/cm2, le diamètre d des cavités l4A et l4B étant utilisé comme paramètre. Les figures 5 et 6 respectivement mon-40 trent le taux de dévitrification dans les cavités l4A et l4B par 69 20957 7 2011793 rapport à leur diamètre d, et celui de la partie lumineuse s'é-tendant entre les cavités l4A et l4B du tube 11, la pression P de l'air de refroidissement étant utilisée comme paramètre. Ainsi qu'il ressort des gra-5 phiques, le taux de dévitrification diminue lorsqu'augmente la distance entre chaque électrode et la paroi intérieure du tube, mais lorsque d = 2,5 ou davantage l'amélioration du taux de dévitrification tend vers la saturation, alors qu'une augmentation du diamètre des cavités produit cependant.une augmentation de 10 la pression appliquée aux cavités, de façon à diminuer par là la résistance mécanique du tube. Lorsque d est égal à 2 ou inférieur à 2, le taux de dévitrification est élevé. En conséquence, on préfère que le diamètre des cavités. l4A et l4B soit à peu près de 2 à 2,5 mm. 15 La raison pour laquelle le dia mètre du tube 11, en dehors des cavités l4A et l4B5 .est de 0,5 à 1,4 mm est que la réalisation du tube avec un diamètre inférieur à 0,5 mm présente un rendement de fabrication.faible et n'est pas désirable du point de vue de la productivité. 20 En outre, le diamètre du tube excédant 1,4 mm n'est pas admis dans la pratique, du fait quEil augmente inévitablement le diamètre du plasma de façon à rendre la lampe impropre comme source lumineuse linéaire et par ce que la masse du mercure 15 dépasse sa tension de surface,de sorte 25 que le mercure s'écoule des trous lorsque la lampe est placée dans une direction verticale. Selon les dispositions de l'invention décrites ci-dessus, le diamètre du tube 11 est choisi de façon à être réduit et l'on peut donc produire en conséquence 30 un rayonnement linéaire. C'est pourquoi l'utilisation d'une lampe à arc à vapeur de mercure, telle que la source lumineuse pour l'impression optique de l'écran luminescent de couleur, décrit ci-dessus en référence à la figure 1, rend le système optique 5 inutile. On a constaté que l'utilisation de la lampe 35 à arc à vapeur de mercure suivant l'invention augmente la brillance de 5 à 20 fois par rapport à celle produite dans le cas de l'utilisation du système optique conventionnel 5= En outre, suivant l'invention, le diamètre du tube est réduit, et en conséquence la zone totale 40 de la paroi du tube est réduite, de façon à diminuer la pression 69 20957 8 2011793 totale exercée sur le tube. En conséquence, on peut augmenter ainsi la pression de vapeur de mercure, etlbn augmente en conséquence le rendement lumineux de la lampe. En outre, du fait que les élec-5 trodes sont largement écartées de la paroi intérieure du tube, grâce à la présence des cavités l4A et l4B entourant les électrodes 12A et 12B, on peut réduire la probabilité de la collision d'ions négatifs provenant des électrodes 12A etl2B sur la paroi intérieure dù tube, et l'on peut réduire également l'énergie 10 de l'ion heurtant la paroi du tube. En outre, puisqu'on prévoit un espace autour de chaque électrode en écartant l'électrode de la paroi intérieure du tube, on réalise ainsi dans l'espace la couche dite thermique. Ceci permet d'éviter de façon sûre la 15 transmission de chaleur de l'électrode à la paroi du tube permettant ainsi d'empêcher effectivement la dévitrification du tube et de supprimer ainsi différents défauts provenant de la réduction du diamètre du tube et d'augmenter en conséquence la durée de vie de la lampe à arc à vapeur de mercure. 20 En outre, les extrémités supé rieures 12a et 12b des électrodes 12A et 12B sont effilées de façon à réduire leur zone de section transversale, comme décrit précédemment, de telle sorte qu'on peut diminuer la transmission de chaleur à partir des électrodes chauffés, de façon à mainte-25 nir réduit le rayonnement calorifique. C'est pourquoi,lbn peut maintenir les électrodes à une température élevée et on peut concentrer la charge électrique sur les électrodes, de façon à assurer une décharge efficace entre les électrodes. Bien entendu l'invention n'est 30 pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 20957 9 2011793 REVENDICATIONS 1°) Lampe à arc à vapeur de mercure comprenant tin tube en verre de quartz, deux électrodes scellées dans le tube à ses deux extrémités, du mercure aux deux 5 extrémités du tube, et un gaz inerte scellé dans le tube, lampe caractérisée en ce que des cavités sphériques sont disposées dans le tube dans le voisinage des extrémités intérieures des électrodes, ce qui permet, sans craindre la dévitrification du tube, de l'amincir et d'obtenir ainsi une source lumineuse li-10 néaire. 2°) Lampe à arc à vapeur de mercure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités intérieures des électrodes sont effilées» 3°) Lampe à arc à vapeur de 15 mercure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz inerte est constitué par du gaz argon ou xénon. 4°) Lampe à arc à vapeur de mercure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le tube possède un diamètre intérieur de 0,5 à 1,4 mm. 20 5°) Lampe à arc à vapeur de mercure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les cavités sphériques sont formées autour des extrémités intérieures des électrodes. 6°) Lampe à arc à vapeur de 25 mercure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de chacune des cavités sphériques vaut à peu près quatre fois celui de l'extrémité intérieure de chaque électrode»