Brevet FR2247805A1 — publié le 19750509

L'invention concerne une source d'électrons de grande surface obtenue à partir d'une galette de microcanaux et un dispositif d'affichage de caractères alpha numériques utilisant ladite source d'électrons. Les multiplicateurs d'électrons à flux canalisé sous for- me de galette de microcanaux parallèles les uns aux autres sont connus de l'art antérieur et utilisés très couramment dans les tubes électroniques. Le r8le qui leur est généralement imparti est un rôle de multiplication par émission secondaire des électrons qui se présentent sur la face d'entrée de la galette et qui constituent le signal à mesurer. On a pensé à donner un rôle d'oscillateur à ces galettes. Par analogie avec les amplificateurs classiques que l'Qn transforme en oscillateurs, on aurait prélevé pour cela une partie du flux des électrons en sortie de la galette et on l'aurait ramenée vers l'entrée par guidage électrique ou magnétique. Mais, cela conduit à oblitérer tout ou partie du flux de sortie, ce qui réduit la surface utile de galette et fait perdre une grande partie de l'intérêt de tels oscillateurs. D'autre part, l'utilisation de galettes de microcanaux n'est généralement envisagée qu'en l'absence de phénomenes d'ionisation qui seraient dds, au cours de la multiplication des électrons, à des impacts d'électrons sur les parois des microcanaux ou sur des molécules de gaz résiduel. Ces phenomènes sont évités autant que faire se peut.En effet, on assiste alors au phénomène de retour ionique au travers des canaux dans lesquels les ions sont accélérés jusquXà provoquer, par impact sur les parois, une émission électronique, celle-ci donnant elle-meme naissance à une multiplication parasite d'électrons qui pollue le signal à mesurer, lesquelles émission et multiplication électroniques sont d'autant plus importantes que les impacts avec la paroi des canaux se produisent plus près de l'entrée de la galette. Des perfectionnements ont d'tailleurs été apportés aux galettes de microcanaux de manière à minimiser ces retours ioniques ainsi que leurs effets. On donne pour cela une forme coudée aux canaux, soit en coudant directement les canaux (voir demande de brevet français n" 72 02226 au nom de la demanderesse, déposée le 24 Janvier 1972) ou encore en constituant le multiplicateur de plusieurs galettes de canaux droits empilées les unes sur les autres, les directions respectives des canaux de deux galettes adjacentes étant différentes. De cette manière, les impacts des ions à l'intérieur des canaux se produisent près de la sortie du multiplicateur d'électrons ou, du moins, la probabilité pour que ces impacts se produisent au voisinage de l'entrée est considérablement réduite. Ces impacts concernent donc des ions ayant peu d'énergie produisant peu d'électrons, lesquels, lorsqu'ils sont néanmoins créés, sont multipliés sur une faible longueur de canal, ce qui, par conséquent, conduit à de faibles signaux parasites. Contrairement au souci constant de l'homme de l'art d'éviter par des artifices et des perfectionnements les retours ioniquels ou de limiter leurs effets parasites, la présente invention utilise ces retours ioniques et tend même à favoriser leur apparition dans le but d1auto-entretenir dans la galette émission et la multiplication d'électrons. L'idée maîtresse de l'invention réside dans le fait que, pour créer l'auto-entretien désiré, on réinjecte de l'énergie à l'entrée de la galette prélevée dans le faisceau d'électrons de la galette au moyen d'une ionisation du milieu local ; énergie communiquée aux ions créés est amplifiée dans les canaux au cours de leur trajet de sens inverse à celui des électrons (de la sortie vers lsentrée de la galette) jusqu'à provoquer,par choc sur les parois,une seconde avalanche d'électrons et ainsi de suite. Les électrons donnant naissance au bruit de fond de la galette sont suffisants pour déclencher le système oscillant constitué. La difficulté de ramener-commodément de l'énergie de la sortie vers l'entrée est ainsi vaincue. Les canaux eux-memes servent à guider cette énergie, le support et le véhicule de ladite énergie étant constitués par les ions, ce qui simplifie la fabrication de ladite source. Pour augmenter le taux de retour ionique et la rapidité avec laquelle les avalanches d'électrons sont déclenchées, on augmente le nombre d'-atomes de gaz -disponibles dans l1espace de sortie de la galette, c'est-à-dire que l'on se fixe une. pression non nulle. De telles sources d'électrons trouveront donc leur usage notamment dans les dispositifs où cette présence de gaz est, par ailleurs, nécessaire. Une propriété remarquable de ces sources est dtere impulsionnelle, l'oscillation s'interrompant au moment où la charge positive restant sur la paroi des canaux empêche émission d'autres électrons, et ne reprenant que lorsque la galette a recupéré ces électrons par le courant de conduction, le temps de récupération étant compris entre 10 et 30 ms. Une autre propriété remarquable de ces sources est que l'émission peut entre localisée sur la galette pendant que d'autres parties de celle-ci sont au repos. De telles propriétés permettent une extensi-on de llinven- tion à lutilisation de ladite source d'électrons à des dispositifs d'affichage, la galette étant alors déclenchée localement ce qui permet à d'autres parties de la galette de retrouver leurs propriétés électriques entre deux balayages et d'assurer, en même temps, la localisation des caractères à afficher. C'est un avantage procuré par l'invention contrastant avec ce qui est obtenu dans les dispositifs d'affichage utilisant des galettes de microcanaux et une source d'électrons primaires continue et indépendante de celles-ci, par exemple dans les disposi- tifs décrits dans la revue "I E E E transactions on electron devices vol. ED 18 n0 .9, Septembre 1971, pages 693-697. Le fait que la source dtélectrons est localisée dans le multiplicateur d'électrons conduit à ce que la résolution du système est celle qui se déduit de l'emploi d'une galette de microcanaux. Selon la présente invention, il est conçu une source dSé- lectrons caractérisée en ce quelle est constituée d'une galette de microcanaux creux à parois de verre dont les faces internes présentent le phénomène d'émission secondaire électroniques ladite galette étant munie sur ces faces d'électrodes métalliques, une tension électrique de l'ordre de mille volts continue ou pulsée étant appliquée entre les deux dites électrodes et en ce que cette galette est placée dans une enceinte contenant un gaz sous une pression superieur à 10 3 Torr Une extension de l'invention consiste dans un dispositif d'affichage de données comprenant, dans 1 tordre, dans une enceinte à atmosphère raréfiée, essentiellement, une première galette de microcanaux source dtélectrons-auto-entretenue-eomme décrite précédemment munie sur sés faces de bandes conductrices parallèles entre elles, lesdites bandes étant en regard l'une de l'autre par paire, une seconde et troisième galette de microcanaux > munies, comme la première, d'un réseau d'électrodes en forme de bandes parallèles, les directions des bandes sur la seconde et la troisième étant orthogonales, un écran luminescent et des moyens permettant d'appliquer des tensions électriques aux faces de la galette commutables d'une paire de bandes à l'autre, permettant de déclencher localement la galette source dtélectrons et, aux autres galettes, de laisser passer localement lesdits électrons et d'afficher le caractère désiré. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de certains modes de réalisation de ladite invention accompagnée des dessins qui représentent - Fig. 1, le schéma d'une source dtélectrons comportant une galette de microcanaux. - Fig. 2, un mode de réalisation d'un dispositif d'affichage de caractères alpha numériques utilisant ladite source d'électrons. Sur la figure 1, on a représenté en 1 une enceinte étanche au vide dans laquelle on peut admettre une certaine quantité de gaz à l'aide du tube d'admission 2 fermé à l'aide du robinet étanche 3. Une pompe 4 communique avec l'enceinte 1, au moyen du tube 13 pouvant eAtre fermé à l'aide du robinet étanche 5,. On possède de cette manière le moyen d'introduire à l'intérieur de cette enceinte un gaz sous une pression désirée. En 6, on a représenté une galette de microcanaux creux à parois de verre dont les faces internes présentent le phénomène d'émission secondaire électronique. Sur chacune des faces sont dispo-sées respectivement les électrodes métalliques 7 et 8 raccordées respectivement aux bornes 11- et 12 à l'aide de passages étanches 9 et 10 au travers de la paroi de l'enceinte 1. Entre ces bornes, est établie une tension électrique continue ou pulsée de l'ordre de 1 000 V par exemple. Généralement, cette source d'électrons est associée avec d'autres éléments pour former un dispositif d'un type donné. Le gaz introduit dans l'enceinte est choisi de manière qu'il soit compatible avec l'existence de ces éléments. Ce gaz, indépendamment de la présence de ces éléments peut être, par exemple, de lthydrogène ou bien encore de ltargon. En presence d'une tension continue appliquée entre les bornes 11 et 12 de l'ordre de i 000 V, par exemple, il existe une émission électronique constituant le bruit de la galette. Ces électrons suffisent à déclencher l'oscillation du système sous lSaction du champ électrique, les électrons correspondant à ce bruit sont accélérés et multipliés de telle sorte qu'ils provoquent des phénomènes dtionisation à la sortie de la galette. Les ions formés remontent dans le sens du champ électrique à lJintérieur des microcanaux et provoquent, par choc, contre les parois des microcanaux, l'émission d'électrons qui, à leur tour, sont accélérés et multipliés. Il se crée ainsi une émission quasi spontanée d'électrons sous une forme d'avalanche, laquelle s'interrompt lorsque la charge ionique qui apparats sur les parois des canaux est assez élevée pour interdire l'émission d'autres électrons. La galette récupère ses électrons par le courant de conduction, récupération qui nécessite de 10 à 20 millisecondes, le phénomène d'avalanche se déclenchant à nouveau après ladite récupération. Le fonctionnement de la galette est donc de nature impulsionnelle, les impulsions ayant une durée comprise entre une et plusieurs dizaines de-microsecondes, suivant la tension de galette appliquée entre les bornes il et 12 et la pression du gaz. Lors des essais, la durée obtenue était de l'ordre de 40 microsecondes alors que ladite tension et ladite pression étaient respectivement de 650 V et de 7.10 Torr, la période de récurrence étant de l'ordre de 20 millisecondes. L'invention prévoit également un fonctionnement de la source d'électrons avec une tension électrique appliquée aux bornes de la galette de valeur variable dans le temps, par exemple sous forme dtimpulsion. On peut ainsi obtenir un fonctionnement se répétant à la récurrence des impulsions électriques si toutefois cette récurrence est plus longue que celle qui apparatt lors du fonctionnement avec tension électrique aux bornes de la galette de valeur 1 000 V continue par exemple. Un tel fonctionnement en impulsion est-utilisé dans le dispositif d'affichage alpha numérique constituant une extension de la présente invention. Ce dispositif, rep représenté schématiquement à la figure 2, eomprend essentiellement, dans une enceinte 21 étanche munie de moyens d'admission 22 et de pompage 23, trois galettes de microcanaux 24, 25, 26, et un écran luminescent 27 observable au travers de la feneAtre transparente 28 appartenant à l'enceinte 21. Les galettes 24, 25, et 26, l'écran 27 et la fenêtre 28 sont disposés parallèlement les uns par rapport aux autres. La galette 24 fonctionne en source d'électrons oscillante, son r8le étant de fournir des électrons localement à l'endroit où une ligne doit être affichée. Les galettes 25 et 26 fonctionnent comme sélecteurs de lignes ou de colonnes du faisceau d'électrons fourni par la galette 24. Les électrons émis par la galette 26 sont reçus sur l'écran 27. Pour assurer la fonction de source locale d'électrons, la galette 24 est munie, sur ses faces, d'électrodes en bandes parallèles métalliques, la direction de ces bandes sur l'une des faces étant parallèle à la direction des bandes sur l'autre face. Une tension établie entre deux bandes métalliques situées de part et d'autre de la galette et que l'on peut commuter d'une bande à l'autre permet de déclencher localement l'émission électronique et de faire varier la localisation de l'émission. L'émission en un point de la galette se produit alors que pendant le meme temps la galette retrouve en d'autres points ses propriétés électriques favorables à l'émission électronique ultérieure en ces filmes points. Pour permettre une sélection ligne et colonne à l'aide de basses tensions, comme il est souhaitable, en utilisant les galettes 25 et 26, il est nécessaire de disposer d'électrons présentant une faible énergie en sortie de la galette 24 bien que cette dernière soit nécessairement alimentée à l'aide d'une tension assez élevée de tordre de 1 000 V par exemple Pour gela, selon 11 art connu, on métallise les canaux en sortie sur une longueur égale par exemple à 5 à 6 diamètre;des canaux. Du fait de l'an nulation du champ électrique sur ladite longueur, l'énergie de la majorité des électrons et la dispersion de cette énergie se' trouvent effectivement réduites, ce qui permet la commutation à basse tension des galettes 5 et 26. Selon un mode de réalisation donné à titre d'exemple, les galettes 24, 25, 26 sont accolées et certaines de leurs métallisations (sur les faces adjacentes) sont communes. Le dispositif permet par exemple l'inscription d'un e rantère à partir d'une matrice, 35 points disposés suivant 7 rangées de 5 points. Pour ce faire, les bandes de métallisation de la galette 24 telles que 29 et 30, couvrent 7 rangées de points et sont écartées d'une distance égale à leur largeur, cette métallisation étant sur l'une des faces commune aux galettes 24 et 25. Sur l'autre face 32 de la galette 25, est présente une métallisation en bandes couvrant chacune une rangée de points et commune avec la galette 26. L'autre face 33 delta galette 26 est recouverte d'une métallisåtion couvrant colonne par colonne de points. L'affichage s'effectue en utilisant des tensions de commande appli quées aux différentes galettes par 1 'intermédiaire des bandes de métallisation. L'alimentation électrique des galettes est par exemple, comme indiqué dans ce qui suit. La face 20 commune aux galettes 24 et 25 est par exemple à la masse par l'intermédiaire des mé tallisations et du passage étanche 34. Aux bandes de métallisation de l'autre face 31 de la galette 24 est appliqué, par l'in- termédiaire du passage étanche 36 et de la borne 35, un potentiel de liordre de - I 000 V commutable d'une bande à-l'autre.Aux bandes de la face 32 commune aux galettes 25 et 26 est appliqué, par l'intermédiaire du passage étanche 37 et de la borne 38, un potentiel de - 50 V commutable d'une bande à l'autre, tandis que sur les bandes de la face 33 de la galette 26 est appliqué, au moyen du passage 39 et de la borne 40, un potentiel de - 50 V également commutable. Le fonctionnement du dispositif steffectue au moyen de dispositifs de commande et de commutation convenables. A l'aide de la galette 24 on affiche une ligne c'est-à-dire 7 rangées de points; la galette 25 sélectionne successivement chaque rangée durant la période de décharge d'une ligne tandis qu'un blocage sur chaque rangée des électrons des canaux ne participant pas à l'affiehage des caractères est obtenu en commandant parallèlement toutes les colonnes de la galette 26.L'affichage de la galette 24 par ligne de caractères (c'est-à-dire 7 lignes de points) au lieu d'un affichage par ligne de. points comme il serait nécessaire sans ltexistence des galettes 25 et 26, dfune part réduit le nombre de commutations haute tension et d'autre part permet de bénéficier de l'espace interligne de caractères, égal à la largeur d'une ligne de caractère, pour assurer la tenue en tension entre une bande d'électrode de la galette 24 et les deux autres bandes situées immédiatement de part et d'autre de ladite bande. La densité de courant moyenne obtenue en sortie de lå -8 2 galette 26 est de l'ordre de 5.10 A/cm . Lorsque la tension. d'accélération entre galette 26 et écran est de ltordre de 15 KV, cette densité permet d'obtenir la luminanee désirée de 100 Nit sur l'écran. Dans ce dispositif, les galettes 25 et 26 ne fonctionnent pas en amplificateurs de courant. I1 va donc de soi que ces galettes peuvent être de nature très différente de celle de la galette 24 et que, par exemple, tout dispositif comprenant deux réseaux d'électrode perpendiculaires déposées sur un isolant alvéolé convient pour la réalisation de l'invention. REVENDICATIONS 1, Source d'électrons caractérisée en ce qu'elle est consti tuée dune galette de microcanaux creux dont les faces internes des parois présentent le phénomène d'émission secondaire électronique, ladite galette étant munie sur ses faces dtélectrodes métalliques, une tension électrique continue ou pulsée étant ap pliquée entre lesdites électrodes et en ce que cette galette est placée dans une enceinte contenant un gaz sous une pression supé rieure à 10 D Torr, ladite enceinte étant munie de moyens d'admis- sion et de pompage dudit gaz ainsi que de moyens de passages étanches de conducteurs électriques, en particulier pour l'ali- mentation de la galette. 2. Dispositif d'arfichage de données et caractères, caractérisé en ce qulil comprend une source d'électronsselon la reven dication 1, l'enceinte de ladite source étant munie d'une fenêtre transparente à la lumière et renfermant, en plus de la galettesource, dans l'ordre et en aval de la source dans le sens de propagation des électrons, une ou plusieurs galettes supplémentaires de microcanaux, un écran luminescent parallèle à la source d lé- lectrons et aux galettes et faisant face à la fenêtre transparente de lgenceinte, les galettes source ou autres étant munies d'électrodes constituées de bandes parallèles étroites réguliè-rement écartées et se faisant face par paire sur chaque galette, la direction des bandes étant sur l'une des galettes perpendiculaire à celle des bandes de la source, des moyens pour appliquer des tensions électriques à chaque paire de bandes de chacune des galettes ainsi qu1à l'écran et des moyens pour commuter lesdites tensions sur chacune des galettes d'une paire de bandes à llautre. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les bandes d'électrodes-de la galette source d'électrons re couvrent un nombre supérieur à 1 de lignes de points, I'espace- ment entre deux bandes consécutives sur une même face étant un nombre entier de lignes de points, tandis que le dispositif com porte, en outre, dans l'ordre, une deuxième et une troisième ga lette dont les bandes d'électrodes sont perpendiculaires l'une à l'autre, la direction des bandes de la deuxième 'étant paral lèle à celle des bandes de la source, les bandes desdites deu xième et troisième galette recouvrant respectivement une ligne et une colonne de points avec un espacement entre bande corres -pondant à une ligne de points. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les trois galettes sont accolées l'une à l'autre avec comme électrode commune sur la face commune de deux galettes adjacentes, celle de la galette située en amont de ladite face dans le sens de propagation des électrons et en ce que sur la source d'électrons l'écart entre bandes est égal à la largeur de ces dites bandes.