Brevet FR2505088A1 — publié le 19821105

La présente invention a pour objet des canons électroniques, tels que ceux qui sont utilisés dans des tubes à rayons cathodiques, et elle vise plus particulièrement une région perfectionnée de formation de faisceaux électro- niques pour de tels canons à électrons L'invention peut-s'appliquer à diffé- rents types de tubes à rayons cathodiques, lesquels, de leur côté, peuvent être incorporés dans différents types de récepteurs de télévision L'invention peut également s'appliquer à de nombreux types différents de canons à élec- trons Cependant, dans la présente description, l'invention sera décrite en référence à un canon à électrons du type en ligne, qui est utilisé dans un tube à rayons cathodiques à écran de lignes à masque perforé à l'aide de fentes, et pourvu d'un collier de déviation auto-convergent, ce tube étant utilisé dans un récepteur de télévision. On sait qu'un canon électronique en ligne est conçu et réalisé de façon à engendrer deux, et de préférence trois, faisceaux électroniques dans un plan commun, et à diriger ces faisceaux le long de trajectoires convergentes, vers un point (appelé le plus couramment "spot") de petite surface sur l'écran Un collier auto-convergent est conçu de façon à présenter des non-uniformités spécifiques de champ, afin de maintenir automatiquement en convergence les faisceaux pendant tout le balayage de trame, sans qu'il soit nécessaire de pré- voir d'autres moyens de convergence que le collier. Les caractéristiques et performances d'un canon électronique sont données par le diamètre du spot de la zone d'un écran excitée par un faisceau électronique provenant du canon On sait que ces caractéristiques et perfor- mances se dégradent sous l'effet des aberrations sphériques et des charges spatiales Ces effets sont présents dans différentes parties d'un canon électro- nique, et notamment dans les régions de formation de faisceaux et de focalisa- tion de faisceaux du canon. Dans un canon électronique récemment mis au point et décrit dans le brevet américain N O 4 234 814, la région de formation de faisceaux d'un canon électronique est améliorée par une grille d'écran (généralement appelée élec- trode GZ), ayant une épaisseur de 0, 508 mm au lieu de 0, 127 mm Bien qu'un canon électronique muni d'une électrode G 2 présentant une telle épais- seur produise un faisceau électronique offrant un diamètre de spot plus petit, le besoin se fait malgré tout sentir d'améliorer encore la dimension du spot. 2 2505088 En conséquence, la présente invention a pour objet un canon électro- nique conçu pour être utilisé dans un tube à rayons cathodiques qui peut être incorporé dans un récepteur de télévision, ce canon comportant une région améliorée de formation de faisceau et une région de focalisation de faisceaux. La région de formation de faisceaux comprend des électrodes de formation de faisceaux qui sont constituées d'une cathode, d'une grille de commande adja- cente à la cathode, et de deux grilles d'écran Une première grille d'écran est positionnée à proximité de la grille de commande, et une seconde grille d'écran est placée entre la première grille et la région de focalisation de fais- ceaux Selon un premier exemple de réalisation de la présente invention, la première grille d'écran est à un potentiel électrique plus élevé que la seconde grille d'écran Selon un autre mode de réalisation, la seconde grille d'écran est reliée électriquement à la grille de commande Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la grille de commande et la seconde grille d'écran sont mises flectriquement à la masse Toujours selon un mode de réalisation préféré, la première grille d'écran est électriquement excitée à un potentiel plus élevé que la seconde grille d'écran. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressor- tiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, qui en illustrent divers exemples de réalisation donnés à titre non limitatif Sur les dessins: la Figure 1 est une vue en plan, schématique, d'un tube à rayons cathodiques mettant en oeuvre le canon électronique selon la présente invention la Figure 2 est une vue en élévation longitudinale et en coupe par- tielle, d'un exemple de réalisation du canon électronique selon la Figure 1, représentant une électrode de grille d'écran G 2 '; la Figure 3 est une vue en élévation de l'électrode grille d'écran G 2 ' du canon représenté sur la Figure 2; la Figure 4 est une représentation schématique de la région de for- mation de faisceaux de la Figure 2, montrant les lignes électrostatiques d'équipotentiels et les faisceaux électroniques principaux émis par une ca- thode; la Figure 5 est un graphique montrant la courbe du diamètre du, faisceau sur l'écran du tube en fonction du diamètre du faisceau dans le plan de déviation, pour diverses tensions appliquées aux électrodes Un tableau est inclus dans cette Figure, afin de montrer les tensions auxquelles se ré- fèrent les points de la courbe; la Figure 6 est une courbe illustrant la variation du champ électro- statique radial agissant sur un faisceau électronique décalé de l'axe d'une dis tance de 0, 076 mm, en fonction de la distance le long du canon électronique et, la Figure 7 est une courbe montrant la variation du champ électro- statique axial agissant sur des faisceaux électroniques en fonction de la dis- tance le long du canon électronique. On se réfère en premier lieu à la Figure 1, sur laquelle on a repré- senté un tube à rayons cathodiques 10, comportant une enveloppe de verre constituée d'un panneau de plaque frontale 12 et d'un col tubulaire 14, ces deux composants étant reliés par une partie tronconique rectangulaire 16 en forme d'entonnoir Le panneau 12 comporte une plaque d'observation ou de visualisation 18, et une paroi latérale périphérique 20 Un écran 22, constitu d'une mosarque de luminophores tricolores, -est disposé sur la surface in- terne-de la plaque frontale 18 Cet écran estsle préférence un écran de ligne E comportant des lignes de luminophores qu d'ombre de sélection de couleur 24, du type pourvu d'une pluralité de perfo- rations en forme de fentes, est montée de façon amovible, à l'aide de moyen E classiques, afin d'être positionnée avec un espacement prédéterminé par rap. port à l'écran 22 Un canon électronique en ligne 26, représenté schématique. ment sur le dessin par un contour en traits interrompus, est monté au centre, à l'intérieur du col 14, de façon à engendrer et diriger trois faisceaux élec- troniques 28 le long de trajectoires convergentes coplanaires, au travers du masque 24, vers l'écran 22. Le tube à rayons cathodiques représenté sur la Figure 1 est conçu de façon à être utilisé avec un collier externe de déviation magnétique 30, dis- posé autour du col 14 et de la partie 16 en forme d'entonnoir, au voisinage de la jonction de ces deux éléments, afin d'effectuer le balayage des trois faisceaux électroniques 28, horizontalement et verticalement, dans une trame rectangulaire sur l'écran 22 Le collier de déviation est, de préfé- 4 2505088 rence, du type auto-convergent. En dehors des perfectionnements qui seront décrits ci-après, le canon à électrons 26 peut être d'un type similaire au canon à trois faisceaux en ligne décrit dans le brevet américain n' 3 772 554, ou dans le brevet américain n' 4 234 814. Le tube 10 peut être utilisé dans un récepteur de télévision, tel que celui décrit dans la publication américaine "RCA Television Service Data, " 1981, C-7, Chassis série CTC 101, publiée par la demanderesse (Consumer Electronics). Toutes les modifications du châssis décrit dans la publication ci-dessus, en vue d'obtenir les types d'excitation décrits ci-après, sont à la portée de l'homme de l'art. On se réfère maintenant à la Figure 2, qui est une vue en élévation, en'coupe longitudinale partielle, du canon électronique à trois faisceaux 26, dans un plan perpendiculaire au plan des faisceaux coplanaires des trois canons. En temps que telle, la structure appartenant à un seul des trois faisceaux a été représentée sur le dessin Le canon électronique 26 est du type bi-potentiel, et il comprend deux tiges de supports en verre 32, sur lesquels sont montées les diverses électrodes Ce Q électrodes comprennent deux régions: une région de formation de faisceaux, et une région de focalisation de faisceaux Les élec- trodes de la région de formation de faisceaux comprennent: trois cathodes co- planaires équi-espacées 34 (sur le dessin, onn'a représenté qu'une seule de ces cathodes); une grille de commande 36 (électrode G 1), et une grille d'écran en deux parties, qui comprend une première plaque électrode 38 (électrode G 2) et une seconde plaque électrode 39 (électrode G 2 ') Les électrodes de la région de focalisation de faisceaux comprennent une première lentille ou électrode de focalisation 40 (électrode G 3), et une seconde lentille ou électrode de foca- lisation 42 (électrode G 4) Une coupe écran électrique 44 est fixée à l'électrode G 4 Toutes ces électrodes sont alignées sur un axe de faisceau central A-A, et elles sont montées de façon espacée, dans l'ordre indiqué ci-dessus, sur les tiges de verre 32 Les électrodes de focalisation G 3 et G 4 servent égale- ment d'électrodes d'accélération dans le canon bi-potentiel 26. Le canon électronique 26 comporte également une pluralité d'éléments magnétiques 46, montés sur la partie inférieure de la coupe écran 44, afin de 2505088 réaliser la correction coma de la trame produite par les faisceaux électro- niques lorsque ces derniers sont balayés sur l'écran 22 Les éléments magné- tiques de correction coma 46 peuvent être, par exemple, du type décrit dans le brevet américain N O 3 772 554 cité ci-dessus. La cathode tubulaire 34 du canon électronique 26 comporte une surface émettrice plane 48 sur sa paroi d'extrémité Les électrodes Gl, G 2 et G 2 ' comprennent des plaques transversales qui sont respectivement pourvues d'ou- vertures 54, 55 et 56 L'électrode G 3 comprend deux éléments rectangulaires allongés en forme de coupe, fixés à leurs extrémités ouvertes Un premier élément de l'électrode G 3 est muni d'une paroi transversale 58, adjacente à l'électrode GZ', cette paroi transversale comportant une ouverture 60 L'élec- trode G 4, de même que l'électrode G 3, comprend deux éléments rectangulaires en forme de coupe, fixés par leurs extrémités ouvertes Les deux électrodes G 3 et G 4 comportent des ouvertures 62 et 64, respectivement, à leurs extré- mités se faisant face, entre lesquelles est disposée la lentille principale de focalisation du canon électronique. Dans un exemple de réalisation du canon 26, on a utilisé des éléments présentant les dimensions indiquées dans le tableau 1 ci-après. Tableau 1 mm Espacement cathode-électrode Gl (à chaud) 0, 076 Epaisseur de l'électrode Gi O, 127 Diamètre de l'ouverture de l'électrode Gi 0, 635 Espacement électrode GI électrode G 2 0, 279 Epaisseur de l'électrode G 2 O, 254 Espacement électrode G 2 électrode G 2 ' 0, 127 Epaisseur de l'électrode G 2 ' 0, 152 Diamètre de l'ouverture 55 de l'électrode GZ O, 635 Diamètre de l'ouverture 56 de l'électrode GZ' 0, 635 Espacement électrode G 2 ' électrode G 3 0, 737 Diamètre de l'ouverture 60 de l'électrode G 3 1, 524 Longueur de l'électrode G 3, 23, 495 Diamètre de la lentille G 3 5,436 Diamètre de la lentille G 4 5,766 Espacement électrode G 3 électrode G 4 1,270 6 2505088 La Figure 3 illustre d'autres détails de la plaque 39 de l'électrode G 2 '. A l'exception de son épaisseur différente, l'électrode G 2 est de construction similaire à celle de l'électrode G 2 ' Sur le dessin, l'électrode G 2 ' a été re- présentée sous la forme d'une plaque plane, mais elle peut cependant compor- ter divers emboutis, afin d'en renforcer la rigidité La plaque 39 comporte trois ouvertures alignées 56, 56 ', 5611, qui sont alignées avec les trajectoires des faisceaux électroniques Cette plaque 39 comporte également deux parties en forme de griffe 39 ', qui sont normalement noyées dans les deux tiges de support en verre 32. Les ouvertures de formation de faisceaux 56, 56 ' et 56 " de l'électrode G 2 ' ont, de préférence, une section droite de forme circulaire, bien que d'autres formes de sections puissent être choisies On préfère utiliser des ouvertures circulaires, étant donné qu'on désire obtenir, sur l'écran, de façon idéale, un spot de faisceaux circulaires Par conséquent, il est préférable d'in- troduire un certain astigmatisme dans la région de formation de faisceaux, de manière à éliminer la brillance indésirable du spot de faisceau, sans modifier la forme de la partie centrale du spot (noyau ou coeur du spot de faisceau), de façon que cette dernière ne s'écarte pas de la symétrie circulaire recherchée. Dans l'exemple de réalisation préféré du canon électronique 26 selon la présente invention, la plaque 39 de l'électrode G 2 ' et la grille de commande 36 de l'électrode GI sont reliées au potentiel de la terre (masse) La Figure 4 montre les lignes électrostatiques d'équipotentiels dans la région de formation de faisceaux du canon électronique 26 lorsqu'on applique les tensions suivantes Cathode (VK), , , 47,5 V Electrode GZ (V 2) 628 V Electrode G 3 (V 3) 6900 V Electrodes Gi et G 2 ' (VI = V 2) O V On peut constater les résultats améliorés obtenus grâce à l'invention en comparant les diamètres de faisceaux réalisés, d'une part, avec les élec- trodes GI et G 2 ' à la masse, et, d'autre part, avec un potentiel d'électrode G 2 ' égal au potentiel de l'électrode G 2 Dans ce dernier cas, (c'est-à-dire lorsque V 2, = V 2), on obtient des résultats qui sont très similaires à ceux obtenus à l'aide d'un canon comportant une électrode G 2 épaisse du type dé- crit dans le brevet américain N O 4 234 814, cité ci-dessus Dans le tableau II 7 2505088 ci-après, on a indiqué les diamètres de faisceaux sur l'écran DS, et les dia- mètres de faisceaux dans 14 plan de déviation (DB), pour ces deux jeux de potentiels électriques, pour trois ultra-tensions différentes (V 4) et pour un courant de faisceau de 3, 5 m A Dans ce tableau, les diamètres de faisceaux sont exprimés en mm, et les valeurs des ultra-tensions (V 4) sont données en k V. Tableau II Bien que, dans l'exemple préféré de mise en oeuvre de la présente invention, on ait choisi V 2, = V 1 les aspects les plus larges de cette inven- tion couvrent d'autres modes d'excitation des électrodes formant les faisceaux. Ces aspects seront maintenant expliqués en référence à la Figure 5. Cette Figure 5 représente la courbe du diamètre calculé du faisceau électronique sur l'écran du tube (DS) en fonction du diamètre du faisceau élec- t ronique dans le plan de déviation (DB), pour différentes valeurs de tension appliquées aux électrodes G 2, G 2 ' et G 3 Le tableau qui a été indiqué à côté de la courbe de la Figure 5 mentionne les tensions spécifiques qui ont fourni les neuf points de la courbe Lorsque le tension V 2 appliquée à l'électrode G 2 ', décroît à partir de 2121 V, le diamètre du faisceau sur l'écran et le diamètre du faisceau dans le plan de déviation décroissent tous les deux Cependant, quelque part entre le point 5 et le point 6, le diamètre du faisceau, dans le plan de déviation, commence à augmenter, alors que le diamètre du faisceau sur l'écran continue à décroître Le diamètre du faisceau sur l'écran passe par un minimum à proximité du point 7, lorsque la tension, sur l'électrode G 2 ', est égale à 81 V En continuant à diminuer la tension sur l'électrode G 2 '-, la courbe monte d'une façon presque linéaire jusqu'au point 9, point au- V 4 = 22 V 4 = 25 V 4 = 30 DS DB DS DB DSDB V 2, = V 1 = O 3,01 2, 00 2, 76 1, 62 2,26 1, 60 V 2 ' = V 24,07 1, 98 3,51 1, 86 Z 78 1, 75 8 2505088 quel se referme une boucle de la courbe, entre les points 2 et 3 L'observa- tion de cette courbe montre que, pour la structure particulière de canon élec- tronique décrite ici, on obtient des dimensions optimales de faisceaux dans la région des points 6 et 7 Le fonctionnement, dans l'une ou l'autre de ces ré- tions, apporte divers avantages Lorsque l'électrode G 2 ' est excitée à 81 V, on obtient un diamètre de faisceau le plus petit possible sur l'écran Cepen- dans, dans certains cas, il est préférable d'obtenir la valeur la plus faible du diamètre de faisceau dans le plan de déviation Le fonctionnement au point 6 de la courbe, à l'endroit o le diamètre du faisceau sur l'écran est supérieur de 0, 1 mm à la valeur du diamètre au point 7, est préféré, étant donné qu'il n'est pas nécessaire d'appliquer de tension à l'électrode G 2 ' On notera ce- pendant qu'au point 3, l'électrode G 2 présente une tension V 2 qui est égale à la tension V,' de l'électrode G 2 ' Ce cas correspond à celui d'une électrode épaisse G 2, en une seule pièce Avant le perfectionnement apporté par la pré- sente invention, le point 3 de la courbe de la Figure 5 représentait les meil- leures performances qu'il était possible d'obtenir avec un canon électronique ayant une électrode G 2 épaisse. Dans le tableau III ci-après, on a donné les diamètres mesurés des faisceaux sur l'écran (DS) pour un tube électronique comportant un canon à électrons perfectionné selon la présente invention, dans lequel les électrodes Gl et G 2 ' étaient toutes deux mises à la masse, et dans lequel l'ultra-tension V 4 était égale à 25 k V. Tableau III Courant de faisceau Diamètre de faisceau I (m A) DS (mm) 3,5 3, 00 1,0 1,79 0,25 1, 17 La Figure 6 représente la courbe du champ électrostatique radial qui agit sur un faisceau électronique décalé de l'axe central longitudinal du canon à électrons d'une distance de 0, 076 mm, en fonction de la distance le long du canon électronique Le but de cette courbe est de fournir une explication 9 2505088 possible de la raison pour laquelle on obtient de meilleures performances du canon électronique lorsque l'électrode GZ' est mise à la masse La courbe indiquée V 2, = V 2 correspond au cas pour lequel soit les deux élec- trodes G 2 et G 2 ' sont électriquement connectées, soit une seule électrode épaisse G 2, est utilisée Cette courbe atteint un maximum de l'intensité du champ radial sensiblement égal à 157 V/mm, pour l'électrode G 2, et une valeur de ce champ radial de l'ordre de + 492 V/mm, à l'électrode G 2 ' En- suite, le champ électrostatique radial amène les faisceaux électroniques à s'élargir près de l'électrode G 2, étant donné que le champ est négatif, et à se rétrécir près de l'électrode G 2 ', étant donné que le champ radial est positif. Ces deux effets sont accrus lorsque les électrodes G 2 ' et Gi sont toutes les deux mises à la masse, ainsi qu'on peut le voir en examinant la courbe indi- quée V 2, = V, = O Cette dernière courbe atteint une valeur du champ électro- statique radial de l'ordre de 275 V/mm à proximité de l'électrode GZ, et une valeur de ce champ électrostatique radial de l'ordre de + 689 V/mm près de l'électrode G 2 ' On pense que l'effet global de l'augmentation du champ négatif sur l'électrode G 2 est de réduire l'angle que font les électrons externes avec l'axe (voir la Figure 4) lorsqu'ils traversent la région de l'électrode G 2 Etant donné que cet angle est réduit, les électrons extérieurs forment un angle plus faible après leur traversée de cette région G 2, et, par conséquent, ils forment un faisceau plus petit C'est à ce point que la charge spatiale devient un facteur prépondérant, étant donné que le champ positif accru, sur l'électrode G 2 ', prend toute son importance et agit ensuite sur les électrons à l'intérieur d'un faisceau plus petit On peut encore augmenter ces effets en appliquant une ten- sion négative à l'électrode G 2 ', comme décrit par la présente invention. La Figure 7 est une courbe qui représente le champ électrostatique axial agissant sur des faisceaux électroniques dans des canons à électrons dans lesquels V 2 t = V 2 et V 21 = V 1 = 0. La courbe V, = V 2 est située totalement en-dessous de l'axe de champ zéro, ce qui indique que le champ électrostatique axial provoque tou- jours une accélération des électrons au-delà de la cathode et vers l'écran. La courbe V 2, = V, = O est cependant sensiblement différente Bien qu'il existe un champ électrostatique axial général pour accélérer les électrons provenant de la cathode, il existe cependant également une petite partie de champ axial au-dessus de zéro, cette partie commençant à partir d'une partie centrale de l'électrode G 2 et continuant dans l'espace situé entre les électrodes G 2 et G 2 ', qui présente un champ électrostatique axial inversé, afin de retar- der l'accélération des électrons On pense qu'on a ainsi réalisé le premier canon électronique présentant un champ électrostatique axial qui retarde l'ac- célération des électrons dans la région de formation de faisceaux Cet effet peut encore être augmenté en appliquant une tension négative à l'électrode G 2 ', comme indiqué sur la courbe de la Figure 5. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux diffé- rents exemples de réalisation ou de mise en oeuvre décrits ci-dessus Ainsi, la conception et la réalisation du canon électronique qui vient d'être décrit peut être sensiblement modifiée sans sortir du cadre de l'invention On peut, par exemple, faire varier les espacements de grille en modifiant l'épaisseur de la grille ou en faisant varier le diamètre de son ouverture, ou vice-versa Toutes ces modifications sont évidemment à la portée de l'homme de l'art. il 2505088 REVENDICATIONS 1 Canon électronique conçu pour être utilisé dans un tube à rayons cathodiques qui comprend des électrodes de formation de faisceaux et des élec trodes de focalisation de faisceaux, caractérisé en ce que les électrodes de formation de faisceaux comprennent une cathode ( 34), une grille de commande ( 36) adjacente à cette cathode, et deux grilles d'écran ( 38, 39), en ce qu'une première desdites grilles d'écran ( 38) est adjacente à un côté de la grille de commande, à l'opposé de la cathode, en ce qu'une seconde grille d'écran ( 39) est disposée entre la première grille d'écran et les électrodes de focalisation de faisceaux ( 40, 42), et en ce que la seconde grille d'écran et la grille de commande sont reliées électriquement. 2 Canon électronique conçu pour être utilisé dans un tube à rayons cathodiques qui comprend des électrodes de formation de faisceaux et des élec trodes de focalisation de faisceaux, ce canon étant caractérisé en ce que les électrodes de formation de faisceaux comprennent une cathode ( 34), une grille de commande ( 36) adjacente à ladite cathode et aux deux grilles d'écran ( 38, 39 en ce qu'une première desdites grilles d'écran ( 38) est adjacente à un côté de la grille de commande, à l'opposé de la cathode, en ce qu'une seconde grille d'écran ( 39) est située entre la première grille d'écran et les électrodes de formation de faisceaux, en ce que ledit canon ( 26) comprend des moyens pour exciter électriquement lesdites électrodes, et en ce que la première grille d'écran est électriquement excitée à un potentiel plus élevé que la seconde grille d'écran. 3 Canon électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique un potentiel électrique négatif à la seconde grille d'écran. 4 Canon électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde grille d'écran et la grille de commande sont au même potentiel électrique. Canon électronique selon l'une des revendications 1 ou 4, caracté. risé en ce que la grille de commande et la seconde grille d'écran sont mises électriquement à la masse. 6 Tube à rayons cathodiques caractérisé en ce qu'il comporte un canon électronique ( 26) tel que spécifié dans l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5. 12 2505088 7 Récepteur de télévision caractérisé en ce qu'il comporte un tube à rayons cathodiques ( 10) tel que défini à la revendication 6.