Brevet FR2525809A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne, d'une façon générale, des cathodes linéaires pour des dispositifs d'affichage à panneau piat, et elle vise plus par- ticulièrement une cathode de ce type comportant des zones localisées de maté- riau émetteur d'électrons, ainsi qu'un procédé de fabrication de telles tathod E Le brevet américain n@ 4 100 499 décrit une cathode linéaire conçue de façon à pouvoir être utilisée dans un dispositif d'affichage à panneau plat Cette cathode comporte un filament linéaire constitué de préférence de tungstène. Le filament de tungstène est revêtu d'une couche d'un matériau émetteur d'élec trons sur toute sa longueur et uniformément autour du filament Lors du fonc- tionnemènt d'une telle cathode, le filament de tungstène sert de système de chauffage qui provoque une émission d'électrons à partir du revêtement émet- teur, sous l'effet du passage du courant au travers du filament En conséquent toute la longueur de la cathode émet des électrons, que l'émission des élec- trons soit nécessaire ou non sur toute la longueur de cette cathode. Le brevet américain N O 4 199 705 décrit une structure de modulateur devant être utilisée dans des dispositifs d'affichage à panneaux plats utilisant les cathodes linéaires du type décrit dans le brevet américain mentionné ci- dessus Cette structure de modulateur comprend des électrodes de modulation disposées par pairet t qui chevauchent la cathode linéaire Il est préférable de réaliser une émission d'électrons à partir des parties de la cathode situées entre les électrodes de modulation, de façon que les électrons soient injectés dans des structures de guidage de faisceaux pour obtenir une propagation le long de canaux qui constituent le dispositif d'affichage Les structures de gui- dage de -faisceaux comportent des colonnes d'ouvertures le long desquelles se propagent les faisceaux électroniques Par conséquent, pour un dispositif d'affichage à panneau plat en couleur, trois faisceaux électroniques (un pour chacune des couleurs primaires) se propagent le long de chacun des canaux. Il n'est pas nécessaire, ni même souhaitable, d'obtenir une émission d'élec- trons entre les colonnes d'ouvertures, et, en conséquence, la structure de modulateur comprend des paires d'électrodes d'isolation qui sont disposées entre les paires d'électrodes de modulation Les électrodes d'isolation sont polarisées en tension, afin de maintenir les parties de la cathode linéaire situées entre les paires d'électrodes d'isolation dans un mode de coupure, afin que les électrons ne soient pas émis dans les structures de guides de faisceaux situées entre les colonnes d'ouvertures. 2 2525809 Etant donné qu'il n'est pas souhaitable de réaliser une émission d'élec- trons entre les colonnes d'ouvertures de guides de faisceaux, il est hautement désirable de pouvoir réaliser une structure qui réduit à un minimum les émis- sions d'électrons dans ces zones La présente invention se propose d'apporter une telle structure en réalisant une cathode linéaire qui est revêtue d'un maté- riau émetteur d'électrons uniquement dans les zones localisées oi il est souhaitable d'obtenir une émission d'électrons. La présente invention vise également un procédé de dépôt d'un matériau émetteur d'électrons sur des zones localisées d'un filament linéaire, selon lequel une pluralité de cylindres conducteurs présentant une largeur sensible- ment égale à la longueur désirée desdites zones, sont disposés coaxialement autour du filament Le filament, ainsi que les cylindres, sont immergés dans une solution de matériau émetteur d'électrons, et le filament est polarisé à une première tension, alors que les cylindres sont polarisés à une seconde tension, pendant un temps prédéterminé, cette seconde tension étant plus posi- tive que la première. 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 dépourvus de tout caractère limi- tatif Sur les dessins la Figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un dispositif d'affichage à panneau plat mettant en oeuvre une cathode linéaire selon un exemple de réalisation préféré de -la présente invention; la Figure 2 est une vue partielle d'un exemple de réalisation préféré d'une cathode linéaire réalisée selon le procédé objet de l'invention; la Figure 3 est une vue simplifiée représentant un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une cathode linéaire selon la Figure 2; et, la Figure 4 représente, sous une forme simplifiée, un autre dispo- sitif pour la mise en oeuvre d'un autre procédé selon l'invention, pour la réali- sation de la cathode linéaire représentée sur la Figure 2; En se référant à la Figure 1, on voit qu'un dispositif d'affichage à pan- neau plat, aésigné dans son ensemble par la référence 10, comprend une ca- thode linéaire 26, du type représenté sur la Figure 2 Le dispositif d'affichage 10 comprend une enveloppe mise sous vide 11, qui comporte une section d'af- 3 2525809 fichage 13 et une section de canons électroniques 14 L'enveloppe 11 pré- sente une paroi frontale 16 et une plaque de base 17, maintenuesparallèlement à la paroi frontale à l'aide de parois latérales 18 Un écran d'affichage ou de visualisation 12 est positionné le long de la paroi frontale 16, pour assurer un sortie visuelle ou optique lorsqu'il est frappé par des électrons. Entre les parois frontale 16 et de base 17, on prévoit une pluralité de soviets de support parallèles et espacés 19 Ces volets de support 19 assurent e -support interne désiré à l'encontre de la pression atmosphérique externe, e ils cdi isent l'enveloppe 11 en une pluralité de canaux 21 Chacun de ces canau: lf' Z X Comnpcrte u'ne paire de mailles de guidage de faisceaux parallèles et espacé et Z 3, u: s'terdent transversalement ou horizontalement sur les canaux, et ingituin: :,tendent transversalement sur les canaux 21, sur toute la largeur du dispo- (itif d'affichage 10 Les électrodes d'extraction 29 sont disposées directemen en-dessous des rangées d'ouvertures 27, dans les mailles de guidage 22 et 23 On applique des tensions de polarisation appropriées à la maille de focalisatic ?.5 28 et aux électrodes d'extraction 29, de façon que les électrons émis pai la cathode Z 6 soient périodiquement focalisés entre les mailles de guidage 22 et 23, et qu'ils se propagent dans les espaces 24, sur toute la longueur des c:anaux. On prévoit une maille d'accélération 31, qui est espacée et parallèle pa' yapport à la maille de focalisation 28, et qui comporte une pluralité d'ou- vertures 32, qui sont également alignées en colonnes longitudinalement par rapport aux canaux, et en rangées transversalement à ces canaux On prévoit des électrodes de balayage 33, disposées sur les deux c Otés des volets de support 29, de manière que chaque volet supporte une électrode de balayage pour deux canaux adjacents Des cordons isolants 34 sont en prise avec les 4 2525809 mailles 22, 23, 28 et 31, afin de maintenir l'espacement désiré entre ces der- nière s. Lors du fonctionnement, les faisceaux électroniques se propagent dans les espaces 24 situés-entre les mailles de guidage 22 et 23, jusqu'à l'obtention d'une ligne horizontale de l'affichage optique, qui amène les faisceaux à être dirigés vers l'écran 12 L'extraction des faisceaux électroniques de l'espace situé entre les mailles de guidage est obtenu par l'application d'une tension négative à l'une des électrodes d'extraction 29 Cette tension négative amène les faisceaux électroniques à traverser les ouvertures 27 des mailles de gui- dage et les ouvertures 32 de la maille d'accélération 31 et de la maille de focalisation 28 Les faisceaux électroniques ainsi extraits sont balayés hori- zontalement sur les canaux 21 en appliquant des tensions variées, par exemple des tensions ayant des formes d'onde en dents de scie, aux électrodes de ba- layage 33, sur les cotés des volets de support 19 Par conséquent, chaque canal est balayé horizontalement entre les deux volets de support 19, de ma- nière que chacun de ces canaux assure la formation d'une partie de chaque ligne horizontale de l'affichage optique sur la plaque frontale 16 La même cathode linéaire délivre les électrons pour chaque canal, et chaque canal con- tribue à assurer la réalisation de chacune des lignes horizontales de l'affichage. La cathode linéaire 26 représentée sur la Figure 1 peut être du type décrit dans le irevet américain N O 4 100 499 Cependant, l'utilisation d'une telle cathode présente un certain nombre d'inconvénients Tout d'abord, lérnis- sion d'électrons doit se produire uniquement dans les zones de la cathode qui sont alignées avec les colonnes d'ouvertures 3,Z des mailles de guidage 22 et 23 Chacune des colonnes d'ouvertures fait office de guide de fai sceau élec- tronique, de manière que trois faisceaux (un pour chacune des couleurs pri- maires, dans un dispositif d'affichage en couleurs) se propagent dans chacun des canaux 24 Pour cette raison, il n'est pas nécessaire, ni même souhaitable, d'obtenir une émission d'électrons entre les colonnes d'ouvertures ou entre les espaces de dimensions importantes qui recouvrent des canaux adjacents. La structure de modulateur décrite dans le brevet américain no 4 199 705 est utile pour empêcher toute émission d'électrons entre les colonnes d'ouver- tures et entre des canaux adjacents Cependant, il est néanmoins préférable d'éliminer toute émission d'électrons dans toutes les zones oh une telle émis- sibn n'est pas nécessaire Lors de l'excitation initiale de la cathode, des volumes importants de gaz se dégagent, et il est nécessaire de les évacuer de l'enveloppe à l'aide d'une pompe à vide La présence de matériau émetteur d'électrons dans les zones o une émission d'électrons n'est pas nécessaire s'ajoute à la difficulté d'évacuation de ces gaz à partir de l'enveloppe En outre, il est nécessaire de prévoir des quantités très importantes d'agents de dégazage (getter), en raison de la présence du matériau émetteur d'élec- trons, et, par conséquent, le dégazage peut s'avérer insuffisant pour faire face à une émission importante et soudaine de gaz. La Figure 2 représente deux parties 37 a et 37 b d'une cathode linéaire selon la présente invention Dans l'exemple de réalisation décrit ici, le dispc sitif à panneau plat illustré par la Figure 1 comprend quarante canaux, pré- sentant chacun une largeur de 2, 54 cm environ, et une longueur de l'ordre de cm Par conséquent, la longueur totale de la cathode doit dépasser envi- ron 100 cm, afin d'obtenir une longueur suffisante pour les supports de mon- tage et les dispositifs de mise sous tension La Figure 2 représente deux des parties 37 a et 37 b de la cathode linéaire, qui sont alignées avec les canaux 2: La cathode comporte un filament de chauffage 38 qui, de façon typique, est constitué de tungstène, et qui présente un diamètre de l'ordre de 25 micron E La portion 37 a comporte trois zones, 39, 40 et 41, sur lesquelles un matéria émetteur d'électrons est uniformément déposé autour du filament 38 Les zones d'émission sont espacées de façon à être alignées avec les colonnes d'ouvertures des mailles de guidage 22 et 23 de la Figure 1 La seconde por- tion 37 b est réalisée de la même façon, de manière à comporter des zones d'émission 42, 43 et 44, qui sont également espacées de façon à être alignée avec les colonnes d'ouvertures dans l'un des canaux 21 L'espacement entre les zones d'émission 41 et 42 des portions 37 a et 37 b, respectivement; est choisi de manière à obtenir un recouvrement de l'espace situé entre des ca- naux adjacents Chacune des zones d'émission 39 à 44 présente une dimen- sion,le long du filament 38, qui est déterminée par la dimension transversal des ouvertures des guides de faisceaux Dans l'exemple considéré, cette dimension est de l'ordre de 200 microns L'espacement entre des zones d'émission adjacentes dans chaque canal est de l'ordre de 300 microns L'e pacement entre les zones d'émission 41 et 42 des canaux adjacents est de l'ordre de 1, 27 cm Grâce à ces dimensions, qui ne constituent que des exemples non limitatifs, on peut réaliser une cathode linéairerpour un dispo s 6 2525809 sitif d'affichage à panneau plat comportant quarante canaux de 2, 54 cm de large, dont seulement 30 % environ de la longueur totale de la cathode doit pouvoir émettre des électrons Il en résulte que l'on élimine sensiblement o du revêtement émetteur d'électrons de la cathode linéaire décrite dans le brevet américain n' 4 100 499, ce qui permet de réduire dans les mêmes proportions les difficultés de mise sous vide et de dégazage de l'enveloppe. La Figure 3 représente, sous une forme simplifiée, un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une cathode qui comporte des zones localisées d'émission d'électrons du type illustré par la Figure 2 Le filament de tungstène 38 est concentrique aux cylindres conducteurs 46, 47 et 48, lesquels sont espacés conformément à l'espacement des zones d'émission 39, 40 et 41 de la Figure 2 On pourrai t également prévoir des cylindres conducteurs similaires pour toutes les zones d'émission d'électrons le long de toute la longueur de la cathode Un conducteur d'électrode 49 est connecté électriquement aux cylindres 46, 47 et 48, de manière qu'une tension positive V puisse être simultanément appliquée à tous les cylindres Le filament 38 est également relié à une tension qui est choisie de manière que la tension V, appliquée au conducteur d'entrée 49, soit plus positive que la tension qui est appliquée au filament La différence de tension entre le filament 38 et les cylindres 46 à 48 est fonction du diamètre des cylindres et du diamètre du filament, ainsi que de la vitesse d'application du revêtement émetteur, et de l'épaisseur désirée de ce dernier L'épaisseur du revêtement émetteur est une fonction de la durée et de l'amplitude de la tension appliquée A titre d'exemple, si on utilise des cylindres 46 à 48, qui présentent un diamètre de l'ordre de 3, 175 cm, si l'on établit un potentiel de + 145 V sur le conducteur 49, et si le filament 38 est à la masse, on obtient un revêtement de 2, 5 mi- crons en environ 7 secondes Une diminution du diamètre des cylindres per- met une diminution proportionnelle de la différence de tension De préférence, le diamètre des cylindres 46 à 48 est maintenu aussi petit que le permettent les considérations de manipulation et de résistance physique, afin d'amélio- rer la transition du revêtement émetteur vers le filament -Une diminution du diamètre des cylindres 46 à 48 jusqu'à une valeur de l'ordre de 0, 3 cm permet de diminuer la tension V sur les cylindres jusqu'à environ 14 volts. La relation tension/diamètre se traduit par un gradient de champ de l'ordre de 50 volts/cm, qui constitue le domaine typique des applications de dépôt ô 7 2525809 par cataphorèse Des gradients de champ allant de 20 volts/cm environ à volts/cm sont typiques. Lors de la mise en oeuvre d'un dépôt par cataphorèse du matériau émetteur d'électrons en utilisant la structure illustrée par la Figure 3, un nombre de cylindres égal au nombre des zones d'émission devant être déposéE est aligné et supporté dans un système approprié Les détails d'un tel sys- tè-rne de support sont à la portée de la réalisation par un homme de l'art Le flax Tent e St mis sous tension de façon à éliminer le "mou", et ce filament est centré dans ies cylindres Ces derniers sont reliés électriquement à une souee de tension à l'aide du conducteur 49, de manière que tous les cylindres puisse nt être simultanément polarisés à la même tension Le filament 38 est z à la oause ou à tout autre potentiel désiré, en même temps que les iinces of-it pc-,lhrisés Les cylindres et le filament sont ensuite immergés D)s un;e solutioi de matériau émetteur d'électrons de type bien connu Par e:,en ple, la se,:;iun peut être constituée par un carbonate comprenant environ 13 % 4, de Ca CO 3, 3 ' % de Sr CO 3, et 56 % de Ba CO 3 Après immersion to- taie des cylindres es du filament, on applique les tensions simultanément aux tlindres et au filament pendant le temps nécessaire pour obtenir le dépôt du rmatériau émetteur d'électrons sur l'épaisseur désirée Le matériau, constitui par du carbonate, est conducteur, mais il est fortement résistif, si bien que courant circule au travers du matériau lors des opérations de dépôt Ce courant peut être contrôlé en tant que moyen pour observer et contrôler l'épai seur du matériau déposé sur le filament 38 Le matériau émetteur est déposé ur le filament 38 dans les zones o sont créés des gradients de champ, entre le filament et le cylindre, le dépôt étant réduit à un minimum dans les portion e la cathode qui sont situées entre les cylindres. On se réfère maintenant à la Figure 4, qui représente, sous une forme sxî, plifiée, une structure permettant de réduire à un minimum le dépôt de ma tériau émetteur d'électrons dans les zones o une telle émission d'électrons n'est pas ouhaitable Le filament de tungstène 38, qui est représenté dans plusieurs sections, est mis sous tension entre deux supports isolants 51 et 52. Une barre conductrice, physiquement rigide (barre omnibus électriquement conductrice) 53 chevauche les supports isolants 51 et 52 sur toute la longueur du filament 38 Une pluralité de cylindres, tels que 56, 57 et 58, dont le nombre est égal à celui des zones d'émission désirées, sont disposés aux 8 2525809 emplacements oh l'on désire effectuer le dépôt du matériau émetteur, et ces cylindres sont reliés électriquement à la barre omnibus 53 Une autre barre omnibus 54, électriquement conductrice et physiquement rigide, s'étend entre les supports isolants 51 et 52, et elle est électriquement reliée à une pluralité de cylindres, tels que 59, 61, 62 et 63, qui sont disposés dans les zones ou le dépôt du matériau émetteur d'électrons doit être minimal Tous les cylindres 56 à 63 sont centrés autour du filament de tungstène 38 La barre omnibus 54, le filament 38 et la barre omnibus 53, respectivement, sont polarisés à des tensions V 1, V 2, V 3, de manière que V^ 3-^^ V 2:' V De façon typique, le diamètre des cylindres 86 à 58 peut être de l'ordre de 0, 63 cm, et le diamètre des cylindres 59 à 63 peut être de l'ordre de 0, 31 cm La largeur (c'està- dire la dimension le long du filament) des cylindres 56 à 58 est égale à la lar- geur désirée des zones d'émission 39 à 44 de la Figure 2 La largeur des cylindres 61 et 62 est égale à l'espacement séparant les zones d'émission à l'intérieur d'un canal, c'est-à-dire à la distance entre 39 et 40, ou 43 et 44, en considérant la Figure 2 Ira largeur des cylindres 59 et 63 (qui sont tous deux représentés en arrachement) est égale à l'espacement entre les zones d'émission des canaux adjacents, tel que l'espacement entre les zones 41 et 42 de la Figure 2 De façon typique, la tension V 1 peut être de O volt, V 2 peut être de l'ordre de 50 volts, et V 3 de l'ordre de 75 volts Avec ces exemples de tensions, V 2 est plus positif que V 1, et du courant circule dans une direc- tion qui empêche tout dépôt du matériau émetteur sur les portions d'électrodes 38 situées à l'intérieur des cylindres polarisés à la tension V Cependant, les cylindres 56 à 58 sont polarisés à la tension V 3, plus positive que la ten- sion de polarisation V 2 du filament 38, et le matériau émetteur d'électrons est déposé sur les portions de filament, dans les cylindres polarisés à la ten- sion V 3 En utilisant le dispositif représenté par la Figure 4, tout le dispositif est immergé dans le matériau émissif, et les tensions V 1, V 2 ' V sont interrompues Après l'écoulement du matériau-émetteur d'électrons dans tous les cylindres, de manière à entourer totalement le filament 38, on applique simultanément les tensions à tous les cylindres Comme on l'a expliqué ci- dessus, la durée de l'application des tensions est fonction des diamètres des cylindres et de l'épaisseur du matériau émetteur d'électrons devant être déposé sur le filament 38. 9 2525809 REVENDICATIONS 1 Procédé de dépôt d'un matériau émetteur d'électrons sur des zones localisées d'un filament linéaire, caractérisé en ce qu'il consiste: à disposer une pluralité de cylindres conducteurs ( 46, 47, 48) coaxialement autour dudit filament linéaire ( 38), lesdits cylindres présentant une largeur sensiblement égale à la longueur désirée desdites zones ( 39 à 44); à plonger ledit filament et lesdits cylindres dans une solution de matériau émetteur d'électrons, et à appliquer une première tension (V 2) audit filament, et une seconde tension (V 3) plus positive que la première, auxdits cylindres pendant un temps pres- crit. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première tension est constituée par la masse. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètr desdits cylindres et la valeur de la seconde tension sont choisis de façon à créer un gradient de champ de l'ordre de 20 volts/cm à environ 100 volts/cm entre les cylindres et le filament. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dis- pose une seconde pluralité de cylindres conducteurs ( 59, 61, 62, 63) coaxiale. ment autour dudit filament, lesdits seconds cylindres présentant une largeur sensiblement égale à l'espacement entre lesdites zones, et un diamètre plus petit que celui des premiers cylindres, et en ce qu'on applique une troisième tension (V 1) à ces seconds cylindres, cette troisième tension étant moins positive que la première. Procédé selon la revendication 4, caractéri sé en ce que la troi- sième tension est constituée par la masse. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport des diamètres desdits cylindres est compris entre 2: 1 et 3: 1. 7 A titre de produit industriel nouveau, une cathode, notamment pou dispositif d'affichage électronique à panneau plat, obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8 Cathode linéaire pour l'émission d'électrons sur des zones loca- lisées le long de ladite cathode, caractérisée en ce qu'elle comprend un long filament cylindrique linéaire ( 38) et une pluralité de zones de matériau émet- teur d'électrons ( 39 à 44), espacées le long dudit filament, sur les zones o l'émission d'électrons est souhaitée. 2525809 9 Cathode linéaire pour un dispositif d'affichage à panneau plat ( 10) comportant une pluralité de canaux, chacun de ces canaux étant pourvu d'une structure de guidage en treillis comprenant au moins une colonne d'ouvertures le long de laquelle les électrons se propagent selon des faisceaux, cette ca- thode étant caractérisée en ce qu'elle comporte un filament linéaire ( 38) che- vauchant lesdits canaux ( 21) et qui est disposé et conçu de manière à émettre des électrons dans lesdites structures de guidage en treillis ( 22, 23), et une pluralité de zones ( 39 à 44) de matériau émetteur d'électrons, qui sont dispo- sées le long dudit filament, lesdites zones étant alignées avec lesdites colonnes d'ouvertures ( 29), afin que des électrons ne soient émis que dans les régions desdites colonnes.