Brevet FR2528624A1 — publié le 19831216

" Tube cathodique notamment pour projecteur cathodique ". La présente invention concerne un tube cathodique notamment pour réaliser des projecteurs cathodiques en couleur et en particulier un tube cathodique à clarté élevée. Dans un tube cathodique à forte clarté, l'énergie du faisceau d'électrons tombant sur l'écran de phosphore est augmentée pour donner une image optique de forte clarté La chaleur générée dans ce cas par le choc du faisceau d'électrons sur l'écran ou en plus la chaleur générée par le choc des faisceaux d'électrons sur les points d'impact constituant l'électrode telle que le mas- que, la grille à orifices ou analogue, prévus à l'inté- rieur de l'enveloppe du tube en regard de l'écran pour limiter les positions d'impact du faisceau d'électrons sur l'écran de phosphore devient plus importante du fait de l'augmentation de l'énergie du faisceau d'électrons. Toutefois comme le panneau avant ou pavé de verre faisant partie de l'enveloppe du tube cathodique, sur lequel est réalisée la couche de "phosphore" c'est-à-dire les photo- phores, présente une faible conductivité thermique en par- ticulier pour un usage prolongé, ce qui se traduit par une augmentation significative de la température au centre du panneau avant, à l'endroit o cette chaleur peut difficilement rayonner; cela se traduit par un phénomène dit de trempe thermique des photophores La trempe thermique est un phénomène qui réduit la clarté du phos- phore lorsque la température augmente. Comme le degré de trempe thermique est différent suivant les photophores de chaque couleur, cela détériore l'équilibre du blanc. Comme la détérioration de l'équilibre du blanc au centre du panneau avant détériore considérablement la qualité de l'image, on peut envisager de régler la clarté de l'image optique de chaque couleur pour assurer l'équi- libre correct du blanc au centre du panneau avant pendant un usage prolongé Dans ce cas, on dérange l'équilibre du blanc à la périphérie du panneau avant, si bien que la clarté globale ne peut être augmentée. Cet inconvénient apparalt également par exemple dans un projecteur couleur lorsque les images des diffé rentes couleurs fournies par les tubes cathodiques mono- chromatiques respectifs sont mélangées et sont projetées sur un écran donnant une image couleur ou encore l'image couleur formée des images de plusieurs couleurs fournies par le même tube cathodique qui les projette sur l'écran. Dans un tel tube cathodique, pour éviter l'élévation de température en usage continu et qui risque de provoquer la'trempe thermique de l'écran de photophores, il est nécessaire de refroidir le panneau avant Le refroidisse- ment du panneau avant peut se faire à l'aide d'un venti- lateur Dans ce cas, si l'on effectue un tel refroidis- sement, l'air est soufflé sur la surface du panneau avant de l'enveloppe du tube et cet air entraîne de la pous- sière La poussière se colle à la surface du panneau avant et diminue apparemment la clarté De plus, le ventilateur de refroidissement fait du bruit. Pour remédier à de tels inconvénients, on a proposé un tube cathodique avec un liquide de refroidissement, transparent et en particulier un liquide de refroidisse- ment qui présente facilement un effet de convection en contact avec le panneau avant de l'enveloppe du tube cathodique pour refroidir le panneau avant. La figure 1 est une coupe transversale partielle d'un tel tube cathodique à liquide de refroidissement selon l'art antérieur et en particulier un tube cathodi- que à convection fermée Comme représenté à titre d'exem- ple à la figure 1, le tube cathodique se compose d'une enveloppe de tube 1 avec un panneau avant la Un panneau transparent 2 par exemple en verre avec un coefficient de transmission de qualité optique, est prévu devant le panneau avant la; un châssis métallique annulaire 3 présentant une excellente conductivité thermique est placé entre les deux panneaux la et 2 le long de leur périphérie, et le cadre métallique 3 définit l'écartement entre les panneaux la et 2 et les maintient en regard l'un par rapport à l'autre Les parties périphériques du cadre métallique 3, la surface extérieure du panneau la et la surface intrieure du panneau 2 sont réunies par une résine de collage ou agent de collage 4 et sont scellées de façon étanche pour former un intervalle étanche au liquide 5 entre les panneaux 2 et la Un liquide de re- froidissement, transparent 6 qui présente un bon effet de convection est mis dans le volume hermétique 5 A la figure 1, la référence 7 désigne un écran de photophores sur la surface intérieure du panneau la. Une telle enveloppe de tube cathodique t s'utilise avec le panneau la en position essentiellement verticale. Dans ces conditions, le liquide de refroidissement 6 du volume hermétique 5 est en contact thermique étroit avec le panneau avant la de l'enveloppe 1 du tube cathodique. Ainsi avec une telle disposition du tube cathodique connu, lorsqu'il se produit une élévation de température dans le panneau la, le liquide de refroidissement 6 ainsi chauffé remonte et crée un effet de convection dans le volume hermétique 5 Ainsi même la chaleur par exemple dans la partie centrale du panneau la est transférée efficacement vers la partie périphérique du panneau. Puis cette chaleur est conduite vers le châssis métalli- que 3 réalisé en un métal présentant une bonne conducti- vité thermique par exemple de l'aluminium; ce châssis est prévu à la périphérie de l'enveloppe, si bien que la chaleur est conduite à travers le châssis métallique 3 pour être rayonnée de la partie périphérique du châssis métallique 3 en contact avec l'air extérieur. Ainsi dansun tel tube cathodique, il est possible d'éliminer de façon relativement efficace l'augmentation de température dans le panneau la. Toutefois, au cours de la période récente s'est développée une demande de projecteurs à tube cathodique de forte clarté et de forte résolution; or comme cela nécessite une plus grande puissance, le rayonnement ther- mique doit être de plus en plus important En outre si l'on augmente la tension d'accélération dans le cas d'un projecteur de plus forte puissance (la puissance P est donnée par la formule P = V x Ik, V étant la tension p p de l'anode ou tension d'accélération et Ik étant l'inten- sité du courant cathodique) il faut augmenter l'épaisseur du panneau avant la de l'enveloppe 1 du tube pour éviter que la transmission des rayons X n'augmente Toutefois en particulier lorsque le projecteur utilise une lentille plastique comme système optique, on ne peut trop augmenter la distance entre l'écran de photophores 7 et la lentille ou l'épaisseur du panneau avant la du fait de la concep- tion de la lentille C'est pourquoi, dans ce cas, pour un panneau transparent 2 en verre, on a proposé d'aug- menter par exemple la teneur en plomb, ce qui présente un effet de protection contre le passage des rayons X Or un verre qui contient une forte teneur en plomb comme indiqué ci-dessus, présente une faible dureté et se raye facilement Ainsi dans ce cas, une élévation de température comme indiqué ci-dessus entraîne une déformation telle que le fléchissement par dilatation thermique du panneau transparent 2 peut alors se casser facilement En conséquence, une plus grande clarté demande un refroidis- sement plus efficace par rayonnement thermique. Pour cette raison dans le tube cathodique selon l'art antérieur ayant par exemple la structure représen- tée à la figure 1, on peut prévoir une ailette de rayon- nement thermique pour augmenter la surface de contact entre le cadre métallique 3 et l'air Toutefois même dans ce cas le rayonnement thermique n'est pas très efficace. Dans le cadre de différents essais et recherches, les inventeurs de la présente invention ont trouvé que la raison en était que la chaleur du fluide de refroidisse- ment 6 n'était pas transférée efficacement au cadre métallique 3 En effet comme en pratique le cadre métal- lique 3 est collé de façon étanche au liquide par la résine 4 sur les panneaux 2 et la, les surfaces extérieu- re et inférieure de la partie entre les deux panneaux 2 et la, c'est-àdire la surface de contact entre le cadre métallique 3 et le liquide de refroidissement 6 est fai- ble, si bien que la chaleur du liquide de refroidissement 6 n'est pas transférée efficacement au cadre métallique 3. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer un tube cathodique de forte clarté, ne présentant pas de phénomènes de trempe thermique, permettant des puissances élevées et une grande résolution et assurant un rayonnement plus efficace de la chaleur et du liquide de refroidissement, permettant une conduction thermique plus efficace entre le liquide de refroidissement et le cadre métallique entourant l'écran-image, ce tube catho- dique étant notamment destiné à des projecteurs couleur. A cet effet, l'invention concerne un tube cathodi- que à liquide de refroidissement formé d'un tube cathodi- que à panneau avant plan revêtu d'un écran de photophores, un radiateur de chaleur, métallique et un organe d'écar- tement entourant le panneau avant plan, un panneau trans- parent plan porté par le radiateur de chaleur, métallique, à une certaine distance du panneau avant plan, un joint d'étanchéité étant prévu sur les surfaces planes pour assurer l'étanchéité entre le radiateur thermique et le panneau avant plan ainsi que le panneau transparent plan pour former une chambre fermée, étanche destinée au liquide, cette chambre recevant un liquide de refroidis- sement, transparent, et le radiateur thermique présente une ailette dirigée vers l'intérieur à partir de la paroi intérieure. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue de coté partiellement coupée d'un tube cathodique à liquide de refroidissement à convection selon l'art antérieur. la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un tube cathodique selon l'in- vention. la figure 3 est une vue de face d'un cadre métal- lique du tube de la figure 2. la figure 4 est une vue de côté. la figure 5 est une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 3. la figure 6 est un graphique donnant les caracté- ristiques de température de la surface de l'enveloppe du tube cathodique. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL Un mode de réalisation préférentiel d'un tube catho- dique à liquide de refroidissement, à convection, de type fermé, selon l'invention sera décrit ci-après à l'aide des figures 2 et suivantes. Selon l'invention représentée à la figure 2, un cadre métallique 10 est prévu autour de l'écran efficace de la surface extérieure du panneau avant la; un écran de photophores 7 est prévu sur la surface intérieure de l'enveloppe 1 du tube cathodique Un panneau transparent 11 tel qu'une plaque de verre ou analogue est prévu en regard du panneau avant la en étant relié par l'intermé- diaire d'un cadre métallique 10 maintenant un écartement prédéterminé pour délimiter un espace 12 étanche au liquide, entre les panneaux 11 et la De façon particu- lière, le cadre métallique 10 est réalisé comme cela sera détaillé ciaprès Le cadre métallique 10 est collé de façon étanche au liquide sur le panneau transparent 11 et le panneau avant la par une colle à base de résine 13 telle qu'une résine atu silicones ou autre de façon à relier mécaniquement le cadre métallique 10 et le panneau transparent 11 au panneau la. Le liquide de refroidissement 13 ' qui est par exem- ple une solution aqueuse d'éthylène glycol est injecté dans le volume 12 étanche au liquide de façon à leur remplir, entre le panneau transparent 11 et le panneau avant la. La figure 3 est une vue de face du cadre métallique ; la figure 4 en est une vue de côté et la figure 5 une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 3. Le cadre métallique 10 est en un matériau présentant une excellente conductivité thermique par exemple de l'alumi- nium fabriqué selon le procédé de coulée en lingotière. Le cadre est placé entre les parties périphériques du panneau avant la et le panneau transparent 11 de l'enve- loppe 1 du tube cathodique pour constituer un organe d'écartement limitant l'écartement entre le panneau la et le panneau 11 avec interposition de la résine de collage 13 Le cadre métallique 10 est constitué d'une partie l Oa en forme de cadre dont le contour correspond au contour du panneau avant la de l'enveloppe 1 du tube cathodique, avec une paroi périphérique l Ob de forme annulaire (courbe) suivant la périphérie extérieure de la partie de surface périphérique avant lal de l'envelop- pe 1 du tube; une bride périphérique l Oc est dirigée vers l'extérieur à partir par exemple des côtés opposés de-la partie l Ob c'est-à-dire dans une direction essen- tiellement perpendiculaire à l'axe du tube avec des per- çages 14 pour des vis de fixation servant à fixer l'en- veloppe 1 du tube cathodique sur un boitier ou autre. Le cadre comporte également un ensemble d'ailettes 10 d de rayonnement thermique; ces différentes ailettes sont parallèles les unes aux autres sur la bride l Od perpendi- culairement à cette bride. De façon particulière selon la présente invention, sur le bord intérieur de la partie de cadre l Oa entre le panneau 11 et le panneau avant la, il est prévu pour définir l'écartement entre ces panneaux c'est-à-dire sur le côté intérieur de la partie collée aux panneaux 11 et la par de la résine 13 ', une partie 10 e, en forme de pla- que, en saillie, dont l'épaisseur est inférieure par exemple à celle de la partie l Oa du cadre; la partie 10 e est en saillie vers l'intérieur sur pratiquement toute la périphérie de la partie l Oa du cadre Cette partie en saillie 10 e est prévue de façon à ne pas être recouverte par la résine de collage 13 En outre étant donné l'épaisseur de la couche de résine 13 et/ou la partie en saillie 10 e ayant une épaisseur réduite, les surfaces respectives de la partie en saillie 10 e qui est en regard des panneaux Il et la conservent ainsi un écartement. Pratiquement toute la partie en saillie 10 e est immergée dans le liquide de refroidissement 13 ' et ainsi prati- quement toute la surface de la partie en saillie 10 e est en contact direct avec le liquide de refroidissement 13 '. La partie en saillie 10 e couvre pratiquement toute la périphérie intérieure de la partie la du cadre Toutefois dans le mode de réalisation représenté, la partie en saillie 10 e présente des découpes 10 f au niveau des par- ties correspondant aux trous d'injection 15 servant à injecter le liquide de refroidissement 13 ' dans l'espace 12 étanche La partie en saillie 10 e est prévue pour être en saillie à l'intérieur en partant de la périphérie Intérieure de la partie l Oa du cadre, à l'exception des découpes 10 f. Ce cadre métallique 10 présente sa partie en saillie 10 e à l'extérieur du contour de l'écran-image efficace indiqué par la référence a à la figure 3 Pour éviter que même dans ce casla lumière de l'écran de phosphore 7 ne soit par exemple réfléchie par la partie en saillie e du cadre métallique 10 et ne modifie l'image optique, au moins la surface de la partie en saillie 10 e est noire. En pratique, il est souhaitable d'effectuer le traitement de noircissement pratiquement sur toute la surface du cadre métallique 10 pour un rayonnement thermique et une adsorption de la chaleur du liquide de refroidissement 13 ' plus efficaces Si le cadre métallique 10 est en alu- minium, on peut effectuer ce traitement de noircissement par un traitement d'alumite et de plus on peut le cas échéant utiliser de la couleur Dans ce cas, si la sur- face du cadre métallique 10 est isolée électriquement par le traitement de noircissement, la surface traitée par le noircissement est dégagée de la zone dans laquelle l'observation de l'image optique peut être dérangée et dans laquelle le liquide de refroidissement 13 ' et le cadre métallique 10 sont couplés électriquement l'un à l'autre Pour cela, comme le liquide de refroidissement 13 ', transparent, par exemple de l'éthylène glycol comme décrit ci-dessus présente une certaine conductivité électrique, si le liquide de refroidissement 13 ' et le cadre métallique 10 sont reliés électriquement l'un à l'autre, les panneaux Il et la peuvent par exemple être mis à la masse par l'intermédiaire du liquide de refroi- dissement 13 ' et du cadre métallique 10 pour éviter toute charge statique des panneaux I 1 et la Comme résine de collage 13, on peut utiliser une résine noire aux sili- cones contenant par exemple un pigment noir Le cas échéant, pour que la couche de résine aux silicones pré- sente une épaisseur prédéterminée qui assure l'écartement entre le panneau Il et le panneau avant la en combinaison avec la partie l Oa du cadre métallique 10, on peut mélan- ger à la résine de collage 13 des particules de résine, élastiques ou des grains durcis, ayant une épaisseur pré- déterminée. Selon l'exemple de l'invention, décrit ci-dessus, il s'est confirmé que l'efficacité du rayonnement thermi- que peut être augmentée et par conséquence la puissance du tube cathodique, de 30 % par rapport à la puissance d'un tube cathodique à liquide de refroidissement, à convection en enceinte fermée, selon les techniques con- nues, tout en présentant la même fiabilité. L'élévation de température à la surface du tube cathodique en fonction de l'intensité du courant catho- dique 1 k sous une tension anodique Vp appliquée à l'écran de photophores 7 est choisie égale à 27 k V Pour le dis- positif selon l'invention, on obtient la courbe 16 de la figure 6 A titre de comparaison dans le cas d'un tube cathodique selon l'art antérieur tel que représenté à la figure 1 ou dans le cas d'un cadre métallique 10 ne comportant pas la partie en saillie immergée dans le liquide de refroidissement, l'élévation de température en fonction de l'intensité du courant cathodique corres- pond à la courbe 17 de la figure 6 Ainsi pour une même intensité du courant cathodique ou la même puissance, le tube cathodique selon l'invention évite une élévation de température par comparaison avec l'art antérieur Il est ainsi clair que selon l'invention, on peut augmenter la puissance du tube cathodique en restant à la même température que dans le tube cathodique connu. Le tableau 1 donne les résultats des mesures des températures moyennes du liquide de refroidissement pour une température à la surface du tube cathodique atteignant l'état d'équilibre dans le cas o chaque exemple (exemples de comparaison 1, 2 et 3) du tube cathodique selon la structure connue de la figure 1 et chaque exemple (exem- ples 1, 2, 3, 4) du tube cathodique selon l'invention, ont fonctionné en continu sous une tension anodique Vp de 26 k V et un courant cathodique d'intensité Ik égal à 430 v> A Dans le tableau 1, la surface de rayonnement thermique selon chaque exemple, en contact avec l'air ainsi que la surface de réception de chaleur en contact avec le liquide sont indiquées par des valeurs relatives, l'unité de mesure étant l'exemple de comparaison 1 Dans les exemples 1 à 4, l'épaisseur de la partie l Oa de cha- que cadre métallique 10 est choisie égale à 3,8 mm et l'épaisseur de la partie en saillie 10 e est égale à 1 mm alors que dans les exemples 1 et 2, la longueur en sail- lie de la partie 10 e est égale à 3 mm et dans les exem- ples 3 et 4, cette longueur est égale à 5 mm. Comme le montre clairement le tableau 1 joint en fin de description, selon l'invention, grâce à l'augmen- tation de la surface de rayonnement thermique, l'effet thermique peut être augmenté considérablement, ce qui permet de supprimer l'élévation de température du liquide de refroidissement. Comme indiqué ci-dessus selon l'invention du fait que le cadre métallique 10 est placé entre le panneau transparent Il et le panneau avant la de l'enveloppe 1 du tube cathodique, et qu'il comporte une partie en sail- lie 10 e en contact avec le liquide de refroidissement 13 ', l'effet de rayonnement thermique peut être amélioré con- sidérablement et la puissance du tube cathodique peut être augmentée de façon correspondante, ce qui donne un tube cathodique de plus grande clarté En particulier dans le projecteur couleur comme décrit ci-dessus, il est pos- sible d'éviter l'effet de trempe thermique par suppres- sion de l'élévation de température, ce qui donne une image dont l'équilibre du blanc n'est pas dérangé c'est- à-dire une image ayant une plus grande pureté des couleurs et plus brillante En pratique cela représente un avantage énorme. En outre comme le cadre métallique 10 est noirci et notamment la partie 10 e en saillie peut être immergée dans le liquide de refroidissement 13 ' est noircie dans sa partie au moins lorsque l'observation se fait de face, le contraste de l'image reproduite est amélioré et la qualité de l'image n'est détériorée par aucune réflexion de lumière parasite. TABLEAU 1 Surface de Surface Température rayonnement d'absorption moyenne o C thermique thermique Exemple de comparaison 1 1 1 30 Exemple de comparaison 2 2 1 27 Exemple de comparaison 3 6 I 24 Exemple 1 2 2 23,5 Exemple 2 1 3,3 27,5 Exemple 3 2 3,3 23 Exemple 4 6 3, 3 17 __ ______________________________ R E V E N D I C A T I O N S ) Tube cathodique refroidi par un liquide, tube cathodique ayant un panneau plan (la) revêtu d'un écran de photophores ( 7), un radiateur de chaleur, métallique et un organe d'écartement entourant le panneau avant plan (la), un panneau plan, transparent ( 11) étant maintenu par ce radiateur métallique ( 10) à une certaine distance du panneau avant plan (la), un moyen d'étanchéité étant prévu sur les surfaces planes pour sceller le radiateur ( 10) sur le panneau avant (la) et le panneau plan trans- parent ( 11) pour former une chambre ( 12) destinée à rece- voir de façon fermée, étanche, un liquide de refroidisse- ment ( 13 '), transparent, tube caractérisé en ce que le radiateur de chaleur ( 10) présente une partie ( 10 e) en forme d'ailette, en saillie dans la chambre ( 12) par rap- port à la paroi intérieure. ) Tube cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la partie ( 10 e) for- mant une ailette est inférieure à celle de la partie (l Oa) formant l'organe d'écartement.