Brevet FR2280192A1 — publié le 19760220

La prient invention est relative à une mosaïque comportant, au moins, une zone constituée par des éléments ìli- formes, conducteurs de l'électricité. Elle concerne également un procédé d'obtention de cette mosaïque ainsi que les applications de celle-ci dans les domaines optiques et électroniques, notamment pour la réalisation de nouveaux tubes cathodiques. Les écrans de type connu habituellement utilisés en électro-optique sont constitués par des substances, généralement microgranulaires, qui sont capables d'émettre de la lumière dans le noir et/ou de transmettre des impulsions électriques. Dans le cas, par exemple, des tubes cathodiques tels que ceux utilisés conventionnellement en télévision, on revêt la face d'un enduit phosphorescent qui joue le role d'élément sensible aux faisceaux d'ions ou électrons envoyés sous vide sur cette zone. De telles réalisations sont loin de donner toute satisfaction. En effet, la luminance du spot est limitée par la destruction locale de l'écran sous l'effet du bombardement électronique. Ceci rend difficile la construction et la mise en oeuvre des tubes cathodiques pour projection et rend leur durée de vie très courte. Par ailleurs, la répartition spectrale de la lumière émise est fixée à la construction par le choix de l'enduit phosphorescent ; cela complique beaucoup la réalisation d'images en couleurs. Enfin, il n'existe pratiquement aucun dispositif de visualisation ou de projection autres que l'écran phosphorescent. I1 serait pourtant très utile de pouvoir transformer le spot électronique soit directement en image enregistrée sur un support manipulable à l'air libre, soit en variation de den sité optique d'un matériau, proåetable par transparence ou par réflexion, à la manière d'une diapositive, ce qui, grâce à une source lumineuse auxiliaire puissante (blanche ou colorée) permettrait une projection brillante sur un très grand écran, ou en pleine lumière. L'invention a pour but de pallier les difficultés ci-dessus et d'apporter une solution simple et efficace au problème de la réalisation des zones photo et électrosensibles capables de mettre en mémoire et reproduire des images sous l'influence de projection de faisceaux d'ions, permettant ainsi d'ouvrir considérablement l'éventail des applications des écrans à surface. Dans sa portée la plus générale, l'invention a pour objet un écran dont la zone est constituée par une multitude de fibres ou fils conducteurs de l'électricité, disposés les uns à coté des autres et séparés entre eux par un matériau isolant, étanche au vide, le faisceau de fibres ainsi constitué pouvant etre parallèle, convergent ou divergent. Chacun de ces éléments conducteurs permet de transfèrer des charges électriques, produites par exemple dans une enceinte sous vide ou dans un gaz à basse presslcn, vers des éléments situés à l'extérieur de cette enceinte et vice-versa. Les fibres constituant ainsi des canaux transmettent les informations, qui leur sont apportées par un faisceau ionique, à des éléments extérieurs électrosensibles qu'il serait diffi- cile ou impossible de disposer sous vide. En pratique la "mosaïque" de fibres ou fils conducteurs, qui constitue la caractèristique principale de l'invention, peut être obtenue par enrobage, selon les procédés connus en soi, de fils conducteurs dans un matériau isolant tel que par exemple une matière thermoplastique ou thermodurcissable, de la céramique, du verre ou des matériaux analogues. Les fils conducteurs, en métaux ou alliages appropriés, peuvent avoir une section polygonale ou circulaire, et doivent permettre d'obtenir des scellements étanches au vide et ayant une bonne tenue mécanique ou physique Les blocs de fils noyés dans la matière isolante doivent etre usinés et surfacés de telle fa c,on que les faces interne et externe de l'écran à réaliser soient conformées selon la disposition désirée, par exemple suivant des surfaces planes ou courbes. Dans sa mise en oeuvre, le dispositif selon i'inven- tion peut être, soit balayée par un faisceau modulé d'ions ou d'électrons, soit recevoir une image de charges capable de reproduire, grâce à une optique électronique, la répartition des charges émises ou transmises par un objet disposé dans une enceinte sous vide. En pratique, lors de l'utilisation de la mosaïque, deux types de procédés peuvent être utilisés Selon une première variante, chaque fil ou fibre de la mosaïque, isolé électriquement, est utilisé comme récepteur de charges électriques, Le réseau de fils enrobés, qui intègre pendant un temps donné les charges provenant d'un faisceau d'ions ou d'électrons, fournit alors sur sa face externe une image de charges électriques statiques. L'inscription de l'image par balayage du faisceau d'électrons peut être rapide et lorsque l'on a réalisé un parfait isolement des fibres, le réseau peut intégrer pendant des temps très longs et conserver l'image en mémoire.L'effacement de cette dernière est obtenu par décharge de la mosaïque en mettant chaque fibre en contact avec un conducteur relié à la masse ou encore en illumi nant la mosaïque par projection sur celle-ci de radiations ionisantes. Les types d'application de cette première mise en oeuvre sont multiples. Par exemple, on peut réaliser des ima ges en particules colorées ou des encres, type aérosols, utilisables en imprimerie, en projetant sur la mosaïque des particules appropriées qui se fixeront sur chaque fibre conductrice chargée Par ailleurs on peut tirer profit des charges ou du champ électrique qui règne au voisinage de chaque fibre, pour agir sur des éléments tels que semi-conducteurs à effet de champ, organes électro-optiques, comme des cellules de Kerr ou de Pockels, ou tous autres éléments électro-sensibles. I1 est également possible, grâce au champ électrique superficiel ainsi créé, d'orienter des phases nématiques dans le cas de tubes cathodiques à "albedo" variable, comme il sera expliqué plus loin. Selon une deuxième variante de mise en oeuvre, chaque fibre de la mosaïque peut être mise en contact avec un milieu conducteur et se trouve donc parcourue par un courant. En pratique, il suffit d'appliquer une couche mince de matériau conducteur sur la face externe de la mosaïque et d'installer à l'extérieur une électrode convenablement polarisée, laquelle peut avoir une grande surface commune à toutes les fibres ou dtre constituée elle-meme par une mosaïque dont chaque élément correspond à une fibre ou à un ensemble de fibres. La couche mince est alors le siège de courants électriques qui circulent entre l'extrémité de chaque fibre et l'électrode extérieure. Les possibilités d'application de ce processus opératoire sont extrëmement nombreuses et variées. Frs effet, on peut faire agir les courants provenant de chaque fibre sur des éléments tels que émulsions électrosensibles (électrographie), émetteurs de rayonnement (diodes électro-lum4nescentes, décharge dans ungaz, éléments seml-conducteurs (transistors), éléments électro-optiques permettant de moduler localement un faisceau lumineux, milieux où une orientation de molécules ou de micro-cristaux est provoquée (liquides mésomorphes, colorants dichroi- ques, polariseurs), éléments de mémoire magnétique ou électrique, milieux thermosensibles ou sensibles à un champ magnétique, etc... Dans tous ces types d'usages, l'ensemble tube cathodique extérieur plus dispositif selon l'invention, joue le roule d'un commutateur ultra-rapide à très grand nombre de voies, permettant l'adressage sur un très grand nombre de canaux d'information. I1 y a lieu de noter que la chaleur provoquée par l'énergie cinétique des particules chargées, projetées sur l'écran de fibres, se dissipe beaucoup mieux dans la réalisation selon l'invention, que dans le cas ou l'écran est constitué, comme rappelé ci-dessus, par un enduit phosphorescent. I1 est possible d'ailleurs, si l'on désire accélérer le refroidissement, d'utiliser des moyens connus, tels que la circulation d'un gaz ou d'un fluide sur la surface extérieure de l'écran, ou par contact de ce dernier avec une pièce métallique refroidie. Selon une application particulièrement avantageuse de l'écran selon l'invention, il est possible de réaliser des tubes cathodiques à réflexion variable, en utilisant comme face avant du tube une mosaïque de fibres conductrices, recouverte d'une couche dont le pouvoir réflecteur pour la lumière (ou l'albédo) varie localement à l'emplacement qui reçoit le fais c eau électroniqueO Dans ce mode de r8rlisation, ou bien le pouvoir réflecteur, normalement fable, devient élevé à l'endroit du spot et l'on obtient, pour une modulation positive du canon à électrons, une image positive par balayage de l'écran, ou bien le pouvoir réflecteur, assez élevé, décroit au point d'impact du spot, et l'on obtient, dans ce cas, une image négative. On peut employer, ainsi, par exemple, des couches de matériaux semi-conducteurs qui soient susceptibles de pre senteur une réflexion du type métallique. On peut également provoquer l'orientation de couches nématiques, en les rendant ainsi transparentes, par disposition de telles substarces entre la face externe de l'écran selon l'invention et une électrode positive transparente. Si l'on désire obtenir une demi-teinte, il suffit de prévoir une modulation du spot électronique, soit en intensité, soit en diamètre. Les tubes cathodiques précités, à réflexion variable, trouvent des emplois de choix dans des domaines tels que écrans de visualisation de caractères, schémas, etc..., oscilloscopes, récepteurs de té'évasion en noir et blanc ou en couleurs, visualisat-i.on par projection sur grand écran, etc... L'invention et quelques-unes des réalisations qlitel- le permet d'obtenir sont illustrées par les figures 1 à 11 des deux planches de dessins annexées. On peut voir sur la figure 1 une représentation schématique, en coupe, d'un écran selon l'invention sous a forme de partie avant d'un tube cathodique, illustré sur la figure 6. Les fils conducteurs parallèles 1. dont la section peut être circulaire la (figure 2), carrée lb (figure 3) ou avoir la forme d'une autre polygone lc (figure 4), sont noyés dans un matériau isolant 2 comme, par exemple, du verre ou une matière plastique. Dans la disposition adoptée sur ces figures 1 et 7, la partie avant du tube a une face interne courbe 3 et une face externe plane 4. La figure 5 montre, en coupe, la réalisation d'un tube cathodique à réflexion variable mlni de l'écran selon l'inven tcn et dans le cas d'emploi de stases mésomorphes, Entre l'écran 5 de mosaïque de fibres conductrices 1, de face plane 6, et une lame transparente 7 (en verre ou en matière plastique) doublée d'une couche conductrice transparente 8 qui sert d'électrode positive, on intercale en 9 la couche de substance nématique. On envoie un éclairage lumineux, selon la flèche 10, sur la face externe li de la lame transparente 7, alors qu'un faisceau d'électrons 12 est dirigé sur la mosaïque 5 selon l'invention. Après son orientation sous l'influence du champ électrique créé sur l'extrémité des fibres 1, la couche nématique 9 parait transparente, alors que les zones non orientées de cette dernière paraissent opaques et diffusent la lumière ambiante. On peut voir enfin, sur la figure 7, une applica ticn de l'écran selon l'invention pour la télévision (ou visualisation)) par projection sur un grand écran. Un tube cathodique à réflexion variable 13, de petites dimensions fournit une image qui, éclairée par une source lumineuse puissante 14, peut etre projetée par un objectif 15 sur un écran 16 de grandes dimensions. Naturellement, on peut prévoir des faisceaux de fibres présentant le caractère de l'invention, parallèles (fig 8) convergents ou divergents (fig. 9), ce qui permet une foule d'application pour le transport d'informations, de codage et de décodage d'hologrammes, de dispositifs d'agrandissement réduction d'image de tube cathodique, d'inscription ou de lecture de mémoires Une application particulière concernant ce tube cathodique a été représentée à la figure 10 où un tube de constitution classique 17 est prolongé par un faisceau de l'invention 18 coupé en bicis suivant une surface 19 qui, suivant l'angle de coupe, réalise un agrndissement de l'image plus ou moins important dans une dimension.L'image peut être d'ailleurs agrandie dans 'autre dimension par un dispositif classique en télévision agissant sur les déviateurs du canon d'électrons. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée, dans ses modes de mise en oeuvre et ses applications, aux réalisations citées dans la présente description. I1 est, par exemple, possible de prévoir l'apport de charges électriques depuis lsextéreur de la mosaïque vers des dispositifs placés sur le côté interne de cette dernière, de façon à faire fonctionner celle-ci en sens inverse De telles mosaïques de fibres peuvent etre associées avec une mosaïque de photodiodes, ou photorésistances, ou de détecteurs de rayonnement placé s à l'air libre en contact avec 'esd.ites fibres, et qui sont interrogé s séquentiellement par un spot électronique par l'intermèdiaire de l'écran à fibres. Ccci peit s'appliquer à un tube de prises de vues de télévision, par exemple, comme il est représenté schématiquement à la figure 10 où on a repéré par 20 le tube, par 21 le fi sceau de fibres, par 22 a mosaïque de'photodiodes ou de détecteurs IF, pizr 23 l'objectif de prises de vue de l'image matérialisée par le faisceau 24. Dans ce tube, chacune des photodiodes est interrogée par un flux d'électrons qui après avoir subi l'influence des extrémités internes des fibres 21, sera repris par une optique électronique pour former des images dans un tube intensificateur ou dans un tube analyseur (SEC, VIDICON, etc...) REVENDICATIONS i"/ Dispositif conducteur d'électrons, liés à des éléments électrosensibles, c a r a c t é r i s é en ce qu'il est constitué par une mosaïque d'un grand nombre de fibres ou fils conducteurs de l'électricité, disposés en faisceaux et séparés entre eux par un matériau isolant, étanche au vide, une extrémité de chaque fibre ou fil débouchant dans une enceinte sous vide, et l'autre extrémité étant en contact avec lesdits éléments électrosensibles. 2 / Dispositif, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que les fils conducteurs sont réalisés en métaux ou alliages métalliques permettant d'obtenir un scellement étanche au vide, et ayant une bonne tenue mécanique et thermique, lesdits fils étant enrobés dans une matière isolante assurant l'étanchéité au vide, telle que polymère thermoplastique ou thermodurcissable, verre, ou céramique. 3.; Dispositif, selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que les fibres ou fils ont une section circulaire ou polygonale. 4 / Dispositif selon l'une quelconque des revendictions 1, 2, ou 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que itune au moins des faces de la mosaïque est une surface courbe. 5 ,/ Application du dispositif selon 1 une ou l'autre des revendications 1, 2, 3, ou 4, prise isolément, comme élément récepteur de charges électriques fournissant sur sa face externe une image des charges statiques capables d'agir sur des éléments électrosensibles. 6 / Application du dispositif selon l'une ou l'au tre des revendications 1, 2, 3, ou 4, prise isolément, comme élément créateur de charges électriques fournissant sur sa face externe une image des charges statiques capables d'agir sur des éléments électrosensibles. 7 / Application du dispositif, selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait qu'il est transmetteur de courant électrique, par mise en contact de l'extrémité de chaque fibre avec un milieu conducteur, ce courant pouvant agir sur des éléments électrosensibles. 8 / Application du dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1, 2, 3, ou 4, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par la réalisation de tubes cathodiques à réflexion variable, par l'utilisation sur la partie avant desdits tubes de la mosaïque de fibres conductrices recouverte d'éléments dont le pouvoir réflecteur pour la lumière varie localement à lemplacement de écran soumis i la projection d'un faisceau d t ions ou électrons 9 / Application aux écrans de visualisation, oscilloscopes, récepteurs de télévision en noir et blanc ou en couleurs, et aux appareils analogues munis de tubes cathodiques selon la revendication 8. 10 / Application aux caméras de télévision fonctionnant avec le dispositif défini dans l'une ou l'autre des revendications 1, 2, 3, 4, ou 5, prise isolément, c'est-à-dire avec un tube électronique dont la face avant est constituée par le faisceau de fibres à l'extérieur duquel se trouvent des détecteurs susceptibles d'être sensibilisés par un rayonnement lumineux.