Brevet FR2529012A1 — publié le 19831223

"Tube image en couleurs comportant un multiplicateur à microcanaux". La présente invention concerne un tube im Age en couleurs. Lors du développement de tubes image en couleurs, beaucoup de propositions ont été faites pour la réalisation d'images en cou- leurs à l'aide d'un seul faisceau d'électrons plutôt que d'utiliser trois faisceaux d'électrons, comme cela se fait en général dans les tubes image en couleurs actuellement disponibles dans le commerce. D'une façon générale, ces propositions ont concerné la déviation d'un faisceau à haute tension en bandes ou points luminescents La dévia- tion d'un faisceau à haute tension requiert des tensions de déviation élevées qui doivent être commutées à fréquence élevée et, de ce fait, cette approche n'a pas eu de succès commercial. La demande de brevet britannique 1 458 909 décrit un tube image qui comprend un multiplicateur d'électrons du genre à microca- naux, qui est exploré du côté entrée par un faisceau d'électrons de faible énergie Après multiplication du courant et focalisation, le faisceau sortant du multiplicateur est accéléré vers un écran lumi- nescent Les canaux du multiplicateur électronique sont disposés en colonnes et entre les colonnes est montée une seule électrode de dé- viation sur la face de sortie Des électrodes alternées sont inter- connectées afin de former deux jeux d'électrodes de sélection en for- me de bandes lamellaires Avec cette disposition d'électrodes, du fait que le faisceau balaye en croix du côté de la sortie du multi- plicateur d'électrons, le faisceau d'électrons quittant une ouverture est dévié par exemple de la gauche vers la droite et, à partir d'une ouverture adjacente dans la même rangée, à partir de la droite vers la gauche etc Par conséquent, les bandes luminescentes doivent être disposées suivant une succession Pl, P 2, P 3, P 2, Pl, P 2, P 3 etc Une telle disposition présente l'inconvénient de ne pas permettre une correction électrique de petits défauts d'alignement entre le multi- plicateur d'électrons à microcanaux et l'écran De plus, la résolu- tion en couleurs est dégradée du fait que le pas des luminophores Pl et P 3 est égal ou double des luminophores P 2. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients dans un tube image comportant un multiplicateur d'électrons à micro-canaux. -2- Conformément à la présente invention, on a prévu un tube image en couleur comportant un multiplicateur à microcanaux à dynode lamellaire, des moyens servant à fournir un faisceau d'électrons ba- layant en croix une face d'entrée du multiplicateur d'électrons, une électrode d'extraction perforée montée sur la face d'entrée du multi- plicateur d'électrons et isolée électriquement de cette dernière, des ouvertures de l'électrode d'extraction communiquant avec les canaux respectifs du multiplicateur d'électrons, un écran luminescent séparé de l'électrode d'extraction, l'écran présentant une configuration répétitive d'éléments luminescents propres à s'illuminer en diverses couleurs, chaque configuration ne présentant qu'un seul type de lumi- nophores et, entre les ouvertures de l'électrode d'extraction des paires de première et deuxième électrodes de déviation électriquement isolées les unes des autres et de l'électrode d'extraction les pre- mières électrodes de chaque paire étant interconnectées et les deuxi- èmes électrodes de chaque paire étant interconnectées. Comparativement au tube image en couleurs décrits dans la demande de brevet britannique 1 458 909 la présente invention permet d'atteindre une meilleure résolution du fait qu'au lieu de résolu- tions différentes entre le luminophore P 2 et les luminophores Pl et P 3, les résolutions des trois luminophores peuvent être réalisées de la même façon L'utilisation de paires d'électrodes de déviation per- met également de réaliser des corrections électriques aux défauts d'alignement statique. Au besoin, la profondeur de chacune des électrodes de dé- viation est égale ou supérieure à la moitié de la distance comprise entre les surfaces opposées de la première électrode d'une paire et la seconde électrode d'une paire adjacente Des électrodes de dévia- tion relativement profondes dans la direction perpendiculaire à l'é- cran permettent de diminuer la dimension du spot sur l'écran et de réduire les tensions de déviation. Dans une forme de réalisation de la présente invention, les ouvertures de l'électrode d'extraction sont disposées de façon recti- ligne, par exemple en colonnes, et les première et deuxième électro- des de déviation sont disposées entre les lignes d'ouvertures Une telle disposition simplifie la conception de la réalisation d'élec- trodes de déviation, par exemple par évaporation de matériau électro- 2 529012 -3- conducteur sur un substrat décapé de façon appropriée. Les ouvertures dans l'électrode d'extraction peuvent être allongées dans la direction des électrodes de déviation Les ouvertu- res allongées augmentent l'effet de la lentille quadrupole formée par les électrodes de déviation par réalisation d'un spot allongé étro I O sur l'écran, spot qui fournit une meilleure pureté de couleur pendant le maintien de la luminance couleur. Au besoin, l'épaisseur de l'électrode d'extraction peut être supérieure à la moitié de l'épaisseur d'une dynode du multipli- cateur d'électrons, diminuant ainsi le grossissement de la lentille électronique formée par les électrodes d'extraction et de déviation, ce qui signifie, de ce fait, la production d'un spot plus petit. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en coupe schématique un tube image en couleurs conforme à la présente invention. La figure 2 est une section, non à échelle, d'une partie des trois étages terminaux d'un multiplicateur d'électrons à microca- naux lamellaires, de l'écran et de la face avant vus, dans la direc- tion A de la figure 1, La figure 3 est une section schématique, non à échelle, d'une partie de la face de sortie d'une forme de réalisation du mul- tiplicateur à microcanaux et des électrodes de déviation. La figure 4 est une section schématique, non à échelle, d'une partie de la face de sortie d'un autre mode de réalisation du multiplicateur d'électrons à microcanaux et d'électrodes de dévia- tion, La figure 5 est une coupe transversale des trois dernières dynodes d'un multiplicateur d'électrons à microcanaux comportant une électrode d'extraction plus profonde, La figure 6 est une vue en perspective, non à échelle, d'un ensemble d'électrodes de déviation en verre Fotoform, marque commer- ciale déposée, sur lequel sont prévues des électrodes, et La figure 7 est une section transversale schématique d'une partie des deux dernières dynodes d'un multiplicateur d'électrons illustrant l'assemblage d'électrodes de la figure 6, monté sur l'é- -4- lectrode d'extraction. Sur les dessins, les mêmes chiffres de référence ont été utilisés pour désigner les mêmes parties dans chacune des réalisa- tions. Le tube image en couleurs représenté sur la figure 1 com- porte une enveloppe 10 présentant une plaque avant essentiellement plane 12 Sur la plaque avant 12 est prévu un écran luminescent 14 présentant des groupes répétitifs de lignes luminescentes verticales rouges R, vertes G et bleues B Un multiplicateur d'électrons à ca- naux lamellaires 16 est disposé parallèlement à l'écran 14 mais sépa- ré de celui-ci Un dispositif pour la réalisation d'un faisceau d'é- lectrons de faible énergie 18, par exemple un canon électronique 20 est disposé dans un col de l'enveloppe 10 Le faisceau d'électrons 18 explore la face d'entrée du multiplicateur d'électrons 16 à l'aide de moyens de déviation 22 montés sur le col du tube. La structure du multiplicateur d'électrons à canaux 16 est décrite dans plusieurs brevets britanniques, en particulier les bre- vets 1 434 053 et 2 023 332 A dont des détails sont mentionnés par référence Par conséquent, aucune description détaillée de sa struc- ture et de son fontionnement ne sera donnée Toutefois, pour être complet, le multiplicateur d'électrons 16 comporte une pluralité de dynodes perforées 24, dont les trois dernières sont représentées sur la figure 2 Les ouvertures en forme de tonneau 26 dans les dynodes successives sont alignées, les unes par rapport aux autres, afin de former des canaux Les dynodes 24 comprennent en réalité deux demi- dynodes 28, 30 disposées dos à dos Les dynodes successives 24 sont séparées les unes des autres par des moyens d'écartement résistifs ou isolants comportant de petites billes en verre 32 dans la réalisation représentée Lors du fonctionnement, le faisceau d'électrons 18 en- trant dans un canal subit une multiplication par émission secondaire, lorsqu'il passe d'une dynode à la dynode suivante, chacune étant ty- piquement à un potentiel de 300 V supérieur à celui de la précédente. Afin d'extraire le faisceau d'électrons multiplié de la dernière dy- node du multiplicateur d'électrons 16, on a prévu une électrode d'ex- traction 36 D'une façon générale, l'électrode d'extraction 36 com- porte une demi-dynode montée sur la dynode finale mais séparée de celleci Une tension positive, par exemple + 200 V par rapport à la -5- dernière dynode, est appliquée à l'électrode d'extraction 36, qui non seulement étire le faisceau d'électrons 34 mais le focalise égale- ment. Avec la disposition illustrée des luminophores R, G et B dans les groupes répétitifs, un faissceau d'électrons multiplié non dévié 34 va frapper le luminophore vert G Afin de frapper les lumi- nophores rouge R, et bleu B, le faisceau d'électrons 34 doit être dévié vers la gauche vers la droite respectivement Dans la forme de réalisation illustrée, la déviation du faisceau d'électrons multiplié 34 est réalisée par des paires d'électrodes 38, 40 disposées chacune de chaque côté de l'ouverture 42 dans l'électrode d'extraction 36 Du fait que les ouvertures 42 sont alignées en colonnes, voir la figure 3, les électrodes 38, 40 sont allongées Toutes les électrodes 38 sont interconnectées, comme le sont les électrodes 40 Les électrodes 38, 40 sont isolées électriquement de l'électrode d'extraction 36. Ces électrodes 38, 40 doivent être assez profondes afin d'être effi- caces De façon caractéristique, pour un mode de réalisation présen- tant des ouvertures circulaires 42, la hauteur h doit être supérieure à w/2, W étant la distance comprise entre les électrodes 38, 40, as- sociées à l'ouverture particulière 42, et une valeur caractéristique pour h est de 0,5 mm Les électrodes de déviation 38, 40 agissent comme une partie du système de lentilles formant un faisceau d'élec- trons 34 de dimensions requises Les électrodes 38, 40 produisent un champ quadrupolaire qui réduit la grandeur du spot sur l'écran dans la direction x ou dans la direction latérale pour l'agrandir dans la direction y ou la direction verticale Alors qu'une augmentation de la profondeur h des électrodes 38, 40 diminue la dimension du spot et réduit la tension de déviation requise, il y a une augmentation cor- respondante de la capacité entre les deux jeux d'électrodes de dévia- tion Une limite supérieure est imposée à la profondeur h par le dé- but de l'élargissement de faisceaux, du fait que de faux électrons secondaires produits sur l'électrode d'extraction 36 peuvent attein- dre l'écran 14, du fait que, pour des électrodes de déviation plus profondes 38, 40, la tension de déviation moyenne pour la focalisa- tion optimale du faisceau tend à être égale ou légèrement plus posi- tive que la tension de l'électrode d'extraction 36 Des électrodes de cette profondeur ne peuvent pas être facilement réalisées par les -6- diverses techniques de dépôt ou d'impression et un procédé de réali- sation de telles électrodes profondes sera décrit plus tard à l'aide des figures 6 et 7. Lors du fonctionnement, afin de dévier le faisceau-d'élec- trons 34, il est nécessaire d'appliquer une différence de potentiel entre les jeux d'électrodes 38, 40 Dans le cas o l'électrode d'ex- traction 36 est à + 200 V par rapport à la dernière dynode et l'écran 14 à + 7 à 10 k V, pour un faisceau non dévié 33 une tension moyenne de + 125 V est appliquée aux électrodes 38, 40, et pour obtenir une dé- viation dans une direction ou l'autre, une différence de potentiel de V doit être produite de sorte que pour une déviation vers le phos- phore rouge, R, l'électrode 40 est par exemple à + 125 V, alors que l'électrode 38 est à + 95 V, les tensions étant inversées sur la dé- viation vers le phosphore bleu, B. Pour réaliser une image en couleurs, la déviation du fais- ceau 311 peut s'effectuer de plusieurs façons Le faisceau d'électrons 18 provenant du canon électronique 20 balaye la face d'entrée sur le multiplicateur diélectrons 16 à la vitesse de balayage de ligne de télévision normale Le faisceau multiplié 34 quitte l'électrode d'ex- traction 36 à la même vitesse de balayage de ligne, mais dans le temps pendant lequel il est émis à partir d'un canal, le faisceau d'électrons 34 doit être dévié vers chacun des trois phosphores R, G et B de chaque groupe Cela implique la commutation de la tension appliquée aux électrodes 38, 40 à une fréquence supérieure à la fré- quence d'éléments d'image, alors que l'intensité du faisceau est com- mutée en synchronisation avec le signal de luminance d'une couleur vers l'autre des couleurs La commutation des tensions peut être réa- lisée à l'aide de circuits à semiconducteurs Une deuxième méthode pour produire une image en couleurs consiste à réaliser successive- ment des champs de couleurs rouge, vert et bleu, dans le temps d'une période de champ globale, par exemple 20 ms pour une image de télévi- sion standard de 25 trames/sec A cet effet, les moyens de déviation 22 provoquent un balayage du faisceau d'électrons 18 à trois fois la vitesse usuelle Le faisceau d'électrons 18 est modulé à son tour par l'information rouge, l'information verte et l'information bleue par exemple Pour autant qu'il concerne les tensions appliquées aux élec- trodes de déviation 38 et 40, celles-ci sont commutées en synchroni- -7- sation avec le champ de couleurs à reproduire à un moment donné. La figure 4 illustre une réalisation de l'invention dans laquelle les ouvertures 42 dans l'électrode d'extraction 36 sont al- longées et présentent une longueur supérieure et une largeur infé- rieure au diamètre de l'ouverture de sortie 26 de la dernière dynode finale 24 Les ouvertures allongées visent à réduire la dimension du spot dans la direction x sur l'écran, permettant d'obtenir une pureté de couleur améliorée pour un pas de luminophore donné d (figure 2). Ce résultat s'obtient par réglage du faisceau sortant de la dernière dynode dans la direction x de façon à enlever uniquement les élec- trons contribuant aux bords de la répartition d'électrons sur l'é- cran A ce sujet, les ouvertures allongées 42 contribuent au champ de lentille quadripolaire produit par les électrodes de déviation 38, Alors qu'une pureté de couleur améliorée peut être obtenue pçar les ouvertures 42 du fait qu'elles sont circulaires et présentent un diamètre inférieur à celui de l'ouverture de sortie de la dernière dynode, cette dispositon présente l'inconvénient de produire une ré- duction du faisceau dans la direction y et de provoquer une réduction correspondante du courant d'écran et par conséquent de la luminosité de l'image. La figure 5 illustre une réalisation dans laquelle l'élec- trode d'extraction 36 est plus épaisse, par exemple par assemblage d'au moins deux demi-dynodes 36 A, 36 B sur la dernière dynode du mul- tiplicateur d'électrons 16 Comme on peut le voir chaque demi-dynode est séparée de l'autre par des moyens d'écartement, par exemple de petites billes 32 Si le moyen d'écartement est électro-isolant) les demi-dynodes 36 A, 36 B peuvent fonctionner à des tensions différentes. Il y a lieu de noter que les demi-dynodes 36 A, 36 B ne peuvent être contiguës sans moyen d'écartement entre elles L'augmentation de l'é- paisseur de l'électrode d'extraction 36 diminue le grossissement de l'optique électronique du système et produit un spot plus étroit sur l'écran Les ouvertures 42 dans l'électrode d'extraction 36 peuvent être circulaires (comme la figure 3) ou à allongées, comme la figure 4). A titre d'exemple, avec un système d'extraction et de dé- viation comportant une électrode d'extraction 36 formée par des semi- dynodes contiguës 36 A, 36 B et présentant des ouvertures allongées 42, 8- d = 0,8 mm, W = 0,35 mm et h = 0,33 mm la largeur minimale du spot est obtenue avec une tension d'électrode d'extraction de + 200 V et une tension de déviation moyenne de + 125 V par rapport à la dernière dynode du multiplicateur d'électrons 16 Pour dévier le faisceau d'é- lectrons 34, une distance de 0,25 mm, c'est-à-dire d/3 il faut une tension de 70 V entre les électrodes de déviation 38 et 40 Le fais- ceau focalisé de façon optimale présente une pleine largeur, à la moitié de la hauteur d'image, de 0,22 mm. Dans toutes les réalisations décrites il est possible d'ap- pliquer un signal de correction de façon à corriger de petits défauts d'alignement entre l'ensemble formé par le multiplicateur d'électrons 16, l'électrode d'extraction 36, les électrodes de déviation 38 et , et l'écran 14 Par exemple, pour l'ensemble représenté sur les figures 2 et 3, un défaut d'alignement constant dans la direction x ou dans la direction latérale peut être corrigé par une tension con- tinue appliquée entre les électrodes 38 et 40 Une légère torsion de l'écran 14 par rapport à l'ensemble peut être corrigée par applica- tion d'un signal de correction en dents de scie à, par exemple, la fréquence de champ entre les électrodes 38, 40 D'autres types de défauts d'alignements, par exemple une légère augmentation ou con- traction du pas de l'écran d par rapport au multiplicateur d'élec- trons 16, peut être corrigée par des formes d'ondes plus complexes appliquées entre les électrodes de déviation 38, 40. Les figures 6 et 7 illustrent une méthode pratique pour la réalisation des électrodes de déviation 38, 40 Un substrat 50 en matériau électro-isolant, par exemple du verre Fotoform, marque dépo- sée, de l'épaisseur désirée, par exemple 0 5 à 0,8 mm, présente des fentes gravées allongées 52, la largeur des fentes correspondant pra- tiquement à W (figure 2), distance comprise entre les faces opposées d'un jeu d'électrodes 38, 40 disposées chacune de chaque côté d'une ouverture 42 dans l'électrode d'extraction 36. Ensuite, un matériau électroconducteur est évaporé sur une face terminale du substrat décapé et vers les parois latérales des fentes 52 Puis, à l'aide de techniques utilisant des résines photo- sensibles connues en soi, le matériau électroconducteur en excès est enlevé par décapage des électrodes 38 à 40 Lors du décapage du maté- riau en excès, il faut veiller à ce qu'il ne subsiste pas de matériau 29012 faute de quoi l'une ou l'autre des électrodes 38, 40 courtcircuite la bande d'interconnexion horizontale voisine. L'ensemble des électrodes de déviation représenté sur la figure 6 peut être monté sur l'électrode d'extraction 36 d'une façon directe comme représentée sur la figure 7 D'une autre façon, si les électrodes 38, 40 s'étendent sur toute la profondeur des fentes 52, l'ensemble doit être monté à l'aide de matériau électro-isolant Si l'on envisage de procéder par collage il faut s'assurer que les coef- ficients de dilatation des divers matériaux correspondent les uns aux autres. Bien que les canaux du multiplicateur d'électrons 16 et les ouvertures respectives de l'électrode d'extraction aient été décrits et illustrés comme disposés de façon rectiligne en colonnes, d'autres dispositions rectilignes et non rectilignes peuvent être adoptées. De plus, la structure de déviation du faisceau électronique décrite et illustrée peut être appliquée à tout genre de tube image comportant un multiplicateur d'électrons à microcanaux, du fait que les conditions à l'entrée du multiplicateur d'électrons sont indépen- dantes de celles de sortie. -10- REVENDICATIONS: 1 Tube image en couleurs caractérisé en ce qu'il comporte un multiplicateur ( 16) à microcanaux à dynode lamellaire, des moyens ( 20) servant à fournir un faisceau ( 18) d'électrons balayant en croix une face d'entrée du multiplicateur d'électrons, une électrode d'extrac- tion perforée ( 36) montée sur la face d'entrée du multiplicateur d'é- lectrons ( 16) et isolée électriquement de cette dernière, des ouver- tures de l'électrode d'extraction ( 36) communiquant avec les canaux respectifs du multiplicateur d'électrons, un écran luminescent ( 14) séparé de l'électrode d'extraction, l'écran présentant une configura- tion répétitive d'éléments luminescents propres à s'illuminer en di- verses couleurs (R, G, B), chaque configuration ne présentant qu'un seul type de luminophores et, entre les ouvertures de l'électrode d'extraction ( 36), des paires de première ( 38) et deuxième ( 40) élec- trodes de déviation électriquement isolées les unes des autres et l'électrode d'extraction ( 36), les premières électrodes de chaque paire étant interconnectées et les deuxièmes électrodes de chaque paire étant interconnectées. 2 Tube image selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de chacune des électrodes de déviation ( 38, 40) est égale ou supérieure à la moitié de la distance comprise entre les surfaces de la première électrode d'une paire et la seconde électrode d'une paire adjacente. 3 Tube image selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes de déviation ( 38, 40) sont formées par évaporation sélective d'un matériau électroconducteur sur un substrat électro- isolant, qui a été décapé afin de réaliser des ouvertures correspon- dantes avec au moins à l'une des ouvertures de l'électrode d'extrac- tion ( 36). 4 Tube image selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les ouvertures de l'électrode d'extraction ( 36) sont disposées d'une façon rectiligne et les première ( 38) et seconde ( 48) électro- des de déviation sont disposées entre les lignes des ouvertures. Tube image selon l'une des revendications 1 à 4, caratérisé en ce que les ouvertures de l'électrode d'extraction ( 36) sont allongées dans la direction des électrodes de déviation ( 38, 40). 6 Tube image selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'électrode d'extraction ( 36) est supérieure à la moitié de l'épaisseur d'une dynode du multiplicateur d'électrons ( 16). 7 Tube image selon la revendication 6, caratérisé en ce que l'électrode d'extraction ( 36) comporte au moins deux électrodes per- forées disposées de façon contig Ue. 8 Tube image selon l'une des revendications 6, caractérisé en ce que l'électrode d'extraction ( 36) comporte au moins deux électro- des isolées l'une de l'autre, et chacune des deux électrodes perfo- rées fonctionne à un potentiel qui diffère de celui de l'autre.