Brevet FR2480498A1 — publié le 19811016

V La présente invention concerne les dispositifs fluorescents à vide et, plus précisément, les dispositifs fluores- cents à vide dans lesquels un élément faisant fonction de grille est placé entre un filament et les anodes du dispositif. Les anodes du dispositif sont revêtues d'un matériau fluorescent de sorte que, lorsqu'elles sont excitées par bombardement d'électrons, le matériau fluorescent émet de la lumière visible. La luminance de la lumière émise par le luminophore dépend du courant d'anode et du potentiel d'accélération entre filament et anode. Dans ces dispositifs, l'élé- ment grille est disposé entre le filament, qui fait fonction de cathode chaude, et l'anode de manière à commander le débit d'élec- trons allant de la cathode à l'anode et l'émission de lumière par l'anode fluorescente. Le circuit électrique est tel que la grille reçoit un potentiel positif de manière à fournir un potentiel accêlé- rateur aux électrons traversant la grille en direction de l'anode. Un grand nombre des dispositifs fluorescents à vide sont fabriqués pour être utilisés dans un environnement à luminance élevée. La luminance maximale pouvant être tirée du dispositif est limitée par les capacités d'excitation de courant électrique des circuits intégrés commercialement disponibles. Ainsi, le dispositif de la technique antérieure fonctionne sur la base d'un compromis entre le niveau de luminance maximal voulu et les courants d'excitation disponibles pour l'obtention de l'émission de lumière par fluorescence. La demanderesse a découvert que le fait de déposer un revêtement isolant ou partiellement isolant sur l'élément d'enca- drement de la grille, lequel ne sert qu'à son support, augmente la luminance des anodes fluorescentes dans un dispositif fluorescent à vide donné. Le matériau isolant ou partiellement conducteur peut être appliqué sur l'élément d'encadrement de la grille par applica- tion au pinceau, pulvérisation, impression, sérigraphie ou évapora- tion suivant n'importe laquelle des techniques connues permettant de le faire adhérer à l'élément d'encadrement de la grille. De plus, ce matériau peut être réalisé séparément et monté sur l'élément d'encadrement par fusion ou par une autre des techniques connues de l'homme de l'art. 2480498- L'expression "matériau de commande de grille" qui est utilisée ci-après dans la description et les revendications vise à désigner le matériau isolant ou le matériau isolant mais partiel- lement conducteur dont il vient d'être question ci-dessus. Alors que l'augmentation de luminance obtenue par l'application à la grille du matériau de commande de grille selon l'invention peut résulter d'un certain nombre de paramètres, la demanderesse pense que le matériau de commande de grille réduit l'aire de la grille "observée" par les électrons qui vont de la cathode à l'anode de sorte qu'un plus grand nombre d'électrons émis par la cathode traversent la grille et atteignent l'anode, produisant ainsi une luminance plus élevée. Le passage d'un nombre plus impor- tant d'électrons de la cathode à l'anode via la grille tend également à réduire le courant de grille et à augmenter le courant d'anode. amenant ainsi une luminance plus élevée. On obtient les meilleurs résultats en appliquant le matériau de commande de grille à l'élément d'encadrement de la grille, lequel ne sert qu'à son support, mais, dans certaines applications, il est possible d'appliquer le matériau de commande de grille à d'autres parties de la grille si cela est rendu souhaitable en vue d'un résultat particulier. Parmi d'autres avantages apportés par le matériau de commande de grille selon l'invention, on peut citer une plus grande luminance des anodes fluorescentes pour un courant de grille inférieur, ceci entraînant une réduction des températures de fonctionnement du fait de la réduction de l'échauffement de la grille par effet Joule. On peut donc réduire la puissance totale appliquée au dispositif tout en augmentant la luminance de l'anode fluorescente, ou bien on peut obtenir une luminance comparable à celle des dispositifs de la technique antérieure en réduisant la puissance fournie. Le niveau maximal de courant de sortie des circuits électroniques d'excitation actuels est à ce jour d'environ 8 milli- ampères. Un des facteurs cruciaux de la géométrie des dispositifs fluorescents à vide de la technique antérieure est l'écartement cathodegrille-anode. Pour obtenir une fluorescence au niveau des anodes qui soit du niveau de luminance le plus élevée possible, on doit placer la grille aussi près que possible du filament. Toutefois, le courant de grille augmente lorsqu'on rapproche la grille du fila- ment. Le niveau du courant de grille doit rester inférieur à la limite de courant imposée par le circuit électronique. C'est donc un autre objet de l'invention de proposer une géométrique moins cruciale pour l'écartement entre électrodes et, ainsi, maintenir un niveau deluminance supérieur pour un intervalle accru entre la valeur nominale du courant de grille de fonctionnement et la limite imposée par les circuits d'excitation électroniques. Enfin, dans le dispositif de la technique antérieure, le potentiel de grille est ordinairement constitué par un signal en multiplexage, c'est-àdire que chacune des grilles du dispositif reçoit en temps partagé le signal de commande, puisque les limitations de courant du circuit électronique empêchent l'application à chacune des grilles d'un signal de commande direct particulier. Ainsi, un autre objet de l'invention est de commander les possibilités des dispositifs d'excitation directe, ce qui rend possible une sensible réduction de la complexité du circuit d'excitation des dispositifs fluorescent à vide actuellement existants. On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux dispositifs des affichages à vide à luminance améliorée, puisque l'on réalise les avantages énoncés ci-dessus même lorsque la lumi- nance des anodes fluorescentes est la même que dans les dispositifs de la technique antérieure. Alors que l'invention ne saurait être limitée par la théorie de fonctionnement étendue qui est donnée ci-après, celle- ci est néanmoins présentée, de manière à permettre une plus complète compréhension de la description des particularités de l'invention. On suppose donc que les raisons qui permettent une réduction du courant de grille sont les suivantes. On sait que la cathode chaude émet les électrons en direction des anodes positive- ment chargées sous commande de la grille. Puisque la grille est chargée positivement, une partie des électrons-qui normalement frap- peraient les anodes en l'absence de la grille sont absorbés par cette dernière. Le nombre d'électrons qui, par unité de temps, sont absor- bés par la grille (le courant de grille) est supposé correspondre à une aire en section droite "effective" ou "observée". Lorsque l'élé- ment d'encadrement de la grille a été isolé par application du matériau de commande de grille selon l'invention, l'aire "observée" par les électrons venant du filament est notablement réduite. Puisqu'un plus grand nombre d'électrons que ce n'était antérieurement le cas traversent la grille et atteignent l'électrode, il s'ensuit que le courant de grille est plus petit et le courant d'anode plus grand. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur le dessin annexé. La figure unique est une vue de face d'un indicateur fluorescent à vide, dont la fenêtre transparente est partiellement non représentée de manière à laisser voir une grille à laquelle le matériau de commande de grille selon l'invention a été appliqué. Sur la figure, est représenté un dispositif fluores- cent à vide selon l'invention, désigné dans son ensemble par la réfé- rence 10. Une ou plusieurs anodes revêtues d'un matériau fluorescent sont portées par un substrat isolé, ainsi que cela est classique dans la technique. La figure montre plusieurs anodes conductrices revêtues d'un luminophore 14 monté sur un substrat de verre 16. Les anodes 12 peuvent être disposées suivant n'importe quelle présentation, mais,dans la plupart &s applications, elles seront typiquement disposées suivant plusieurs caractères à sept segments afin de former les chiffres d'un système d'affichage alphanumérique, comme on peut le voir sur la figure. Un ou plusieurs filaments servant de cathode sont montés au-dessus d'une anode de manière classique. Sur la figure, sont représentés deux filaments 18 qui sont montés sur le substrat 16 et placés devant ce dernier de façon à se trouver devant les anodes 12 à une certaine distance. Comme il est classique dans la technique, des grilles séparées distinctes peuvent être placées entre la cathode et chacune des anodes distinctes, ou bien une seule structure formant solidai- rement une grille peut être utilisée avec plusieurs anodes. Sur la figure, plusieurs grilles distinctes 20 montées sur le substrat 16 et placées entre les anodes 12 et les filaments 18. Chaque grille 20 comporte une partie de commande 18 et un élément 24 d'encadrement de grille portant la partie centrale 22. L'élément d'encadrement 24 est électriquement conducteur et est utilisé, comme il est classique, à la fois pour le support et pour le transport d'un potentiel élec- trique relativement à la partie de commande 22. Un couvercle de verre 26 est monté hermétiquement sur le substrat 16 de la manière classique, par exemple au moyen d'une fritte de verre (non représentée). Le vide est fait dans l'enceinte ainsi formée, laquelle est alors hermétiquement close de façon que les anodes, les filaments et les grilles puissent travail- ler dans un vide poussé. Les divers éléments que constituent les anodes 12, les grilles 20 et les filaments 18 sont connectés à des sources de signal et de potentiel (non représentées) selon les techniques clas- siques bien connues permettant de faire passer les fils conducteurs à travers le substrat 16 ou le joint hermétique entre le couvercle 26 et le substrat 16 (ces fils n'étant pas non plus représentés). Dans le dispositif de la technique antérieure, la distance séparant les filaments 18 des grilles 20 a une valeur cru- ciale. Pour permettre un niveau de luminance élevé sur les anodes fluorescentes, il faut que les grilles 20 soient placées aussi près que possible des filaments 22. En effet, si les grilles 20 sont trop rapprochées des anodes 16, le dispositif ne satisfait pas la caracté- ristique souhaitée de luminance maximale. Toutefois, si les grilles 20 sont trop proches des filaments 18, alors le courant de grille devient trop élevé pour les circuits électroniques d'excitation classiques (non représentés). Selon l'invention, on revêt l'élément 24 d'encadre- ment de grille au moyen d'une couche relativement mince d'un matériau de commande de grille tel que l'hydroxyde de magnésium 28. Ce revête- ment, désigné par la référence 28, forme une couche qui est sensible- ment isolante du point de vue électrique entre les filaments 18 et l'élément 24 d'encadrement de grille. Le choix de ce matériau isolant ne se limite pas à l'hydroxyde de magnésium, et d'autres matériaux peuvent également être utilisés. Le matériau de commande de grille peut être un oxyde de magnésium, ou bien une encre conductrice, qui n'est que partiellement isolante, et provoque également une réduction du courant de grille après application à l'élément 24 d'encadrement de grille. Le matériau de commande de grille peut être appliqué,de n'importe quelle manière appropriée, à tout ou partie de l'élément d'encadrement de grille et, si cela se révèle souhaitable, le maté- riau de commande de grille peut être appliqué à l'élément d'encadre- ment et à la partie de commande de la grille. On obtient les meilleurs résultats en revêtant tout l'élément d'encadrement au moyen du maté-. riau de commande de grille. En ce qui concerne le fonctionnement du dispositif utilisant une grille isolée selon l'invention, la demanderesse pense que le revêtement isolant 28 placé sur l'élément 24 d'encadrement de grille isole d'importantes surfaces de l'élément d'encadrement de grille vis-à-vis des électrons émis par les filaments 18. Dans la structure présentée sur la figure unique, le rapport du courant de grille au courant d'anode illuminant l'un des chiffres en l'absence de tout revêtement à l'aide d'un matériau de commande de grille est de 5,9 à 3,8. Après que la couche 28 de matériau de commande de grille (hydroxyde de magnésium) a été appli- qué à l'élément d'encadrement 24, le rapport du courant de grille au courant d'anode est de 3,1 à 4,0 et la luminance de l'anode fluo- rescente est augmentée. Ainsi, selon l'invention, le rapport du courant de grille au courant d'anode qui, pour un dispositif classique de la technique antérieure, est supérieur à l'unité, est ramené à une valeur inférieure à l'unité après application d'une couche de matériau de commande de grille sur l'élément 24 d'encadrement de grille. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir du procédé et du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif fluorescent à vide comprenant un substrat (16), au moins une anode fluorescente (12) portée par le substrat, un filament (18) disposé à une certaine distance de l'anode et délivrant des électrons à cette anode fluorescente, et un élément de grille (20) disposé entre le filament et l'anode fluorescente pour commander la fluorescence de l'anode, le dispositif étant caractérisé en ce qu'un matériau de commande de grille (28) est appliqué à au moins une partie de l'élément de grille, du côté le plus proche du filament. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau de commande de grille est un matériau isolant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau de commande de grille est un matériau isolant partiellement conducteur. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de commande de grille est l'hydroxyde de magnésium. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de commande de grille est l'oxyde de magnésium. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de grille (20) comprend une partie de commande (22) et un élément d'encadrement (24) servant au support, ledit matériau de commande de grille n'étant appliqué qu'à l'élément d'encadrement servant au support. 7. Procédé de fabrication d'un dispositif fluorescent à vide du type comportant une anode (12) montée sur un substrat (16), un filament (18) placé au-dessus de l'anode, et une grille (20) montée entre ceux-ci, le procédé étant caractérisé en ce qu'il com- prend l'opération consistant à revêtir au moins une partie de ladite grille, du côté le plus proche du filament, à l'aide d'un matériau de revêtement (28) qui est au moins un isolant électrique partiel. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit matériau de revêtement est l'hydroxyde de magnésium.