Brevet FR2026713A1 — publié le 19700918

L'invention concerne des dispositifs d'affichage. Dans le domaine des dispositifs d•afïichage, de nombreuses applications nécessitent un appareil qui présente, sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques, un chiffre, lettre ou autre 5 symbole sélectionné parmi une gamme de caractères disponibles, la sélection doit être suffisamment rapide pour qu'une séquence de symboles, de chiffres ou de lettres puisse être présentée à tour de rôle pour constituer des mots ou des nombres. Par exemple, l'une des solutions apportées antérieurement à ce problème 10 fait appel à un tube à rayons cathodiques comportant un masque entre la cathode et l'écran. Le masque contient une série d'évi-dements contournés, dont chacun revêt la forme d'un chiffre, d'une lettre ou d'un symbole, le plan du masque constituant un second foyer pour le système électro-optique. Un tel tube est 15 volumineux et coûteux. Selon la présente invention, il, est prévu un tube d'affichage à cathode froide qui comprend ! une cathode froide contenant une multiplicité de fonctions p-n dont chacune présente une partie exposée sous forme d'un caractère ou d'un symbole, 20 cette partie exposée émettant des électrons lorsqu'elle est excitée; des.conducteurs de commande pour exeiter sélectivement l'une parmi ces multiples jonctions p-n; un écran fluorescent et une optique électronique pour projeter une image d'une partie émettrice d'électrons d'une jonction p-n sur l'écran fluorescent. 25 Un mode de réalisation de l'invention va être décrit à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés. ta fig. 1 est un sehéma qui représente un tube à rayons cathodiques concrétisant l'invention. La fig. 2 est une vue en perspective d'une partie d'une 30 cathode qui convient au tube à rayons cathodiques décrit en référence à la fig. 1. La „fig. 1 est un schéma qui représente un tube à rayons cathodiques dans lequel l'invention est appliquée. Une cathode froide 1 est constituée par un matériau semiconducteur qui peut 35 être le carbure de silicium ou le phosphure de gallium, ayant subi un dopage de type n et de type p dans des régions différentes pour former des jonctions p-n dans un pian perpendiculaire à l'axe Z-Z, c'est-à-dire l'axe de symétrie du.tube. Le long de l'axe Z-Z sont d'autre part disposés un système élec-40 tro-optique 3 classique (contenant des ensembles d'accélération, 69-44153 2 2026713 de modulation et de focalisation des électrons) et des plaques de déviation 5a, 5b, 5c, 5d'. Un faisceau électronique 11, issu de la cathode 1, se termine sur un écran fluorescent 2. la fig. 2 est une vue en perspective d'une partie d'une 5 cathode qui convient pour le tube à rayons cathodiques décrit en référence à la fig. 1. La cathode est constituée par une couche 17 de matériau de type p, à la surface d'une couche 19 beaucoup pl^s épaisse. La couche 17 est produite par diffusion, par épitaxie ou par 10 quelque autre méthode classique. La couche 19 est constituée par des régions de type n 25a, 25b séparées par des régions 23a, 23b à résistance spécifique élevée, formées par la diffusion compensatrice d'impuretés acceptrices dans le matériau de type n. Les régions 25a, 23b, 25a, 25b s'étendent dans une 15 direction de la cathode que l'on appellera direction x. Dana une direction y, perpendiculaire à x, des rainures 27a, 27* sont découpées dans la couche 17* La profondeur des rainures 27a, 27b, dans une direction z à la fois perpendiculaire à x et à y, correspond au moins à liépaisseur de la couche 17» Il 20 est ainsi formé des jonctions p-n, 21a, 21b, 21c, 214 dans le plan x-y, là où les couches 17, 19 se rencontrent. Les jenc-tions 21a, 21b, 21c, 21d sont réellement isolées électriquement entre elles par les rainures 27a, 27b et par les régions 23a, 23b à résistance spécifique élevée (on a indiqué dans la fig. 25 2 les bords exposés des jonctions p-n 21a, 21h, 21c, ainsi q*e les limites non exposées de la jonction 21d). La jonction 21a a été représentée dans son ensemble par des hachures appropriées et une partie de la région voisine à résistance spécifique élevée 23a dans le même plan x-y que la jonction 21a a égale-30 ment été hachurée. Dans la.couche 17 de type p, une zone de forme triangulaire a été éliminée, par un quelconque procédé classique tel que la gravure, l'épaisseur de cette zone étant égale à celle de la couche 17 de.type p. Ce qui constituait primitivement la jonction p-n 21b non exposée est maintenant 35 devenu une zone de matériau de type n limitée par un bord triangulaire à nu de la jonction p-n 21b. De même, il a été formé de façon semblable des bords à nu des jonctions p-n 21c, 21 d sous la forme de la lettre A et du chiffre 7 respectivement. Si une tension appropriée est appliquée entre la région 40 de type p et la région de type n qui constituent l'une des 69 44153 3 2026713 jonctions p-n 21a, 21b, 21c ou 21 d, il se produit une émission d'électrons à l'endroit où la jonction 21a, 21b, 21c ou 21d est à nu. Si l'on considère que cette émission ne se produit qu'à 5 partir des bords résultant des zones éliminées, c'est-à-dire à partir des bords des jonctions 21b, 21c et 21d, cette émission se produira sous la forme d'un triangle, de la lettre A et du chiffre 7 respectivement. L'établissement de la tension appropriée à travers l'une des jonctions p-n 21a, 21b, 21c ou 10 21d est une question de sélection qui est réalisée "par l'application de la tension entre l'un des deux conducteurs de contact 29a, 29b et l'un de deux autres conducteurs de contact 31a, 31b. Les conducteurs de contact 29a, 29b sont connectés respectivement aux régions de type n 25a, 25b de la couche 19. 15 Les conducteurs de contact 31a, 31b sont connectés à la couche de type p au niveau de bandes isolées 33a, 33b (orientées dans la direction y) délimitées dans la couche 17 par la rainure 27a. (bien que les conducteurs 29a, 29b et 31a, 31b aient été représentés conventionnellement comme étant connectés aux 20 bords des couches 19, 17 respectivement, il est bien entendu qu'en pratique ils seront fixés aux faces des couches 19, 17). L'application de la tension entre le conducteur de contact 29b et le conducteur de contact 31a par exemple ne produit une émission d'électrons qu'à partir de la jonction 21c sous forme 25 de la lettre A. Le mode de fonctionnement de la partie de la cathode décrite en référence à la fig. 2 est représentatif de celui de la cathode 1 de la fig. 1. La cathode 1 comporte seize caractères qui sont constitués par des bords à nu de jonctions p-n, 30 dont chacune peut être activée par sélection. Dans le cas considéré, la sélection matricielle d'un caractère particulier est effectuée au moyen de deux jeux de conducteurs 13a, 13b, 13c, 13d et 15&f 15b, 15c, 15d. Des impulsions de commande appliquées sont transmises par des jonctions 9a, 9b remplissant 35 la fonction de portes, sur un conducteur de chacun des jeux 13a, 13b, 13c, 13d et 15a, 15b, 15c, 15d respectivement. Par exemple, l'emploi des conducteurs'13a ét 15d donnera lieu à une émission d'électrons à partir de la cathode 1 sous la forme de la lettre A. Le faisceau électronique 11 issu de la cathode 40 est attiré vers le système électro-optique 3 qu'il quitte à 69 44153 2026713 l'état accéléré, modulé dans son intensité et convergent sur un foyer particulier situé sur l'écran 7» Une image lumineuse de la lettre A activée sur la cathode 1"est visible sur l'écran 7. la déviation dans deux directions mutuellement perpendieu-5 laires dans le plan de l'écran 7 est effectuée au moyen de tensions Yx, Yy appliquées entre les paires de plaques de déviation 5a, 5c et 5b, 5d respectivement. Afin que chaque lettre apparaisse sur l'écran 7 exactement dans la même position que toutes les quinze autres lettres lorsqu'elles sont 10 activées, pour les mêmes tensions Y , Y , l'activation de * v cette lettre s'accompagne de petites tensions additionnelles de correction qui sont transmises par les jonctions 9a, 9b sur les lignes Y-Y, i-X afin d'être ajoutées aux tensions de déviation Yy, Vx respectivement. 15 Comme on peut le voir dans la fig. 1, les lettres A, B, C, D sont dans des positions différentes sur l'écran 7, du fait qu'elles sont par exemple des lettres constituant des mots dont les autres lettres n'ont pas été indiquées. Il n'est pas nécessaire que les caractères constitués par 20 des jonctions p-n sur la cathode 1 soient disposés selon un carré, ni qu'il s'agisse de lettres ou qu'il y ait seize caractères. Il est possible d'introduire un grand nombre de caractères formés par des jonctions p-n sur une petite surface, et cela constitue une caractéristique très précieuse dans la pra-25 tique. L'isolation des différents caractères constitués par des jonctions p-n en vue de leur activation sélective n'a pas besoin d'être réalisée par des rainures dirigées dans la direction y à travers la couche de type p et par des régions approximativement compensées s'étendant dans la direction x 30 dans la couche qui est par ailleurs de type n. Cette isolation pourrait être obtenue par l'un quelconque des procédés bien connus dans la technique des circuits intégrés. Par exemple, une mince couche de type n pourrait être formée sur un substrat intrinsèque, le substrat ayant subi un dopage de type p dans 35 certaines zones s'étendant dans la direction y, et la couche de type n étant compensée dans certaines régions pour constituer des bandes à résistance spécifique élevée, orientées dans la direction x. De même, l'activation des caractères individuels ne doit pas nécessairement être produite par une sélee-4-0 tion matricielle. Par exemple, si le dispositif est formé par 69 44153 5 2026713 un substrat de type p muni d'une couche de type n à sa surface, cette dernière étant compensée en une matrice .de bandes de division, le contact pourra être établi au moyen d'un conducteur aboutissant au substrat de type p et de plusieurs conduc-5 teurs raccordés à la couche de type n, dont le nombre est égal à celui des caractères formés. Les caractères sur la cathode 1 pourraient être formés d'une quelconque manière appropriée, par exemple par une série de points constitués par des jonctions p-n extrêmement petites. Par ailleurs, la 10 déviation dans le tube à cathode froide n'est pas nécessairement électrostatique s elle pourrait être par exemple magnétique, des courants de correction étant ajoutés aux courants de déviation. Il est donc bien entendu que le mode de réalisation de 15 l'invention qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du eadre de la présente invention. 69 44153 2026713 KEVMDIGATIOHS 1.- Tulse d'affichage à cathode froide, comprenant : une cathode froide qui contient une multiplicité de jonctions p-n dont chacune comporte une partie mise à nu sous la forme d'un caractère ou d'un symbole, cette partie mise à nu émettant des 5 électrons lorsqu'elle est excitée; des conducteurs de commande pour exciter sélectivement l'une parmi ces multiples jonctions p-n; un écran fluorescent; et une optique électronique pour projeter une image d'une partie émettrice d'électrons d'une jonction p-n sur l'écran fluorescent; 10 2.- Tube d'affichage à cathode froide selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens de déviation qui déterminant la position de l'image sur l'écran fluorescent; 3.- Tube d'affichage à cathode froide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la cathode est constituée 15 par un seul élément en un matériau présentant un premier type de conductivité et par plusieurs éléments en un matériau présentant le second type de conductivité, l'unique élément de matériau du premier type de conductivité constituant une "borne commune pour les jonctions p-n contenues dans la cathode; 20 4»- Tube d'affichage à cathode froide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les jonctions p-n sont disposées en une matrice de rangées et de colonnes, les jonctions p-n d'une rangée comportant une borne commune connectée au. matériau du premier type de conductivité et les jonctions 25 p-n d'une colonne présentant une borne commune connectée au matériau du second type de conductivité; 5a- Tube d'affichage à cathode froide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau dont sont faites les jonctions p-n est le carbure 30 de silicium; 6.- Tube d'affichage à cathode froide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau dont sont faites les jonctions p-n est le phosphure de gallium.