Brevet FR2539552A1 — publié le 19840720

"Tube image " L'invention concerne un tube image comportant une enveloppe vidée d'air présentant une fenêtre image essentiellement rectangulai- re, dont la face intérieure est munie d'un écran image et pour la- quelle est appliquée, à sa face extérieure et d'une façon essentiel- lement parallèle, une seconde fenêtre perméable à la lumière, alors que l'espace compris entre la fenêtre image et la seconde fenêtre est traversé par un liquide de refroidissement perméable à la lumière. Un tel tube image est connu de la demande de brevet français publiée sous le N O 2 458 891 D'une façon générale, l'écran image de tels tubes image comporte une couche luminescente sur la- quelle est enregistrée une trame à l'aide d'unfaisceau d'électrons. Par suite du bombardement d'électrons, la température de l'écran ima- ge augmente, de sorte que le Pendement lumineux de l'écran image di- minue Cet effet est appelé en anglais "thermal quenching" et se pro- duit surtout dans le tube image pour la télévision par projection, cas dans lequel, pour l'obtention de luminances élevées requises, les écrans image sont balayés par des faisceaux d'électrons à grands flux de faisceau Afin de contrecarrer la réduction du rendement lumineux, de ladite demande de brevet français publiée sous le N O 2 458 891 il est connu de refroidir la fenêtre image et l'écran image y relié. Cela s'effectue de la façon décrite dans le préambule Toutefois, cette méthode de refroidissement présente le désavantage de formation d'inhomogénéités de l'indice de réfraction dans le liquide de refroi- dissement, phénomène qui se traduit par des configurations de réfrac- tion dans l'image représentée. Ainsi, l'invention vise à indiquer la réalisation d'un tube image exempt de ce désavantage, pour lequel la capacité thermique du liquide de refroidissement est mise à profit de façon optimale. Conformément à l'invention, un tube image mentionné dans le préambule est caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée et de sortie dudit espace sont opposées, elles présentent essentiellement les mêmes dimensions qu'une section dudit espace perpendiculaire à la direction de circulation et au moins l'ouverture d'entrée débouche d'une façon continue dans une chambre dont les dimensions sont supé- rieures à la distance comprise entre la fenêtre image et la seconde -2- fenêtre, et que cette distance et la viscosité du liquide de refroi- dissement sont choisies de façon que la circulation du liquide de refroidissement à travers ledit espace soit laminaire Une circula- tion laminaire offre l'avantage que le gradient de température et, par conséquent, le gradient de densité se présente de façon homogène sur la surface de la fenêtre image Du fait que dans le liquide de refroidissement dans l'espace situé devant la fenêtre image, il ne se produit pas de tourbillons accompagnés d'assez grands gradients de température et de densité, il ne se produit pas d'inhomogénéités de l'indice de réfraction du liquide de refroidissement provoquant des configurations de réfraction dans l'image représentée (effet dit de Schlieren) Une circulation laminaire du liquide de refroidissement s'obtient lorsque la distance comprise entre la fenêtre image et la seconde fenêtre est de préférence inférieure à 1 mm La limite infé- rieure de la distance comprise entre la fenêtre image et la seconde fenêtre n'est déterminée que par la précision permettant de réaliser un espace étroit, ce qui est tributaire entre autres de la planéité de la fenêtre image et de la seconde fenêtre ( 10 à 20/um). Pour obtenir un refroidissement efficace, il est en outre nécessaire d'utiliser un liquide de refroidissement présentant une capacité thermique élevée et une viscosité relativement basse C'est surtout la faible capacité qui provoque lesdits tourbillons dans le cas d'une ouverture d'entrée non rigoureusement construite C'est pour cette raison que l'entrée et de préférence également le sortie du liquide de refroidissement doivent s'effectuer d'une façon conti- nue pour empêcher la formation de tels tourbillons. Une telle couche mince du liquide de refroidissement, com- parativement à une couche plus épaisse, offre l'avantage que les in- fluences de différences en indices de réfraction du liquide de re- froidissement, du matériau de la fenêtre image et du matériau de la seconde fenêtre sont notablement plus petites que dans le cas d'une couche plus épaisse Pour un espacement d'environ 300/um entre la fenêtre image et la seconde fenêtre, la couche de liquide de refroi- dissement est si mince qu'il n'est pas nécessaire d'adapter les indi- ces de réfraction les uns aux autres Des liquides de refroidissement moins visqueux, comme de l'eau ou un mélange d'eau et d'alcool, peu- vent être utilisés au lieu des solutions aqueuses d'éthylène-glycol utilisées jusqu'à présent. -3- Dans le cas de télévision par projection, un objet repré- senté sur l'écran image est représenté à l'aide d'une lentille ou d'un système de lentilles sur un écran de projection L'application d'un tube image conforme à l'invention offre l'avantage, grâce à la couche de liquide relativement mince, que le premier composant du système de lentilles de projection peut être positionné plus près de l'objet représenté Cela est d'importance pour les corrections de la courbure de champ image, pour laquelle il faut une surface réfringen- te courbée tout près de la face objet A cet effet, il est désirable que la distance comprise entre l'écran image et la lentille ne dépas- se pas 8 à 10 mm Dans la plupart des systèmes à liquide de refroi- dissement à convexion naturelle, comme par exemple dans la susdite demande de brevet français publiée sous le N' 2 458 891 et dans l'ar- ticle "A new coolant-sealed cathode ray tube for projection color t v " I E E E Vol CE-27, N O 3, août 1981, la couche de liquide pré- sente déjà une épaisseur de 5 mm ou une valeur plus élevée. Lorsque la seconde fenêtre est le premier composant d'un système de lentilles, on obtient d'une façon simple, outre un refroi- dissement convenable, également un couplage optique entre le système de lentilles et le tube image. Lorsque la seconde fenêtre est constituée par du verre ab- sorbant le rayonnement X, il est possible de réaliser la fenêtre ima- ge plus mince que 8 mm, valeur-usuelle, du-fait que dans ce cas, l'absorption d'un rayonnement X de la fenêtre image peut être plus faible. Dans un tube image conforme à l'invention est réalisé un refroidissement très efficace Dans le cas d'un courant de liquide de refroidissement, par exemple un mélange d'eau et d'alcool, d'environ cm 3/sec ( 0,3 1/min) il est possible d'évacuer une puissance d'environ 100 W Il en résulte une augmentation de la température du liquide de refroidissement d'environ 50 C C'est ainsi que, pour obte- nir une capacité de refroidissement avec de l'air, il faut un courant d'air lèchant la fenêtre image d'environ 17,5 1/sec - Dans le cas d'un courant constant du liquide de refroidis- sement, une assez faible distance entre la fenêtre image et la secon- de fenêtre offre l'avantage que la vitesse de circulation le long de la fenêtre image dépasse notablement celle se produisant dans le cas d'une grande distance Dans le cas d'un courant de liquide de refroi- dissement de 5 cm 3 /sec et d'une distance comprise entre la fenêtre image et la seconde fenêtre de 300/um, cette vitesse est d'environ 17 cm/sec pour un tube de 6 pouces Grâce à cette vitesse élevée, il s'établit très rapidement un état d'équilibre Dans le cas de fenê- tres image d'une épaisseur de 8 mm et d'un refroidissement par circu- lation laminaire, on constata un état d'équilibre en moins de 2 minu- tes Dans les systèmes de télévision par projection à refroidissement par convexion connus, comme par exemple ceux décrits dans ladite de- mande de brevet français mise à la disposition du public sous le N O 2458891 et dans ledit article " A new coolant sealed cathode ray tube for projection color t v ", l'établissement de l'état d'équilibre prend beaucoup plus de temps, par exemple 30 minutes. Dans l'exemple décrit, avec une couche de liquide de re- froidissement d'une épaisseur de 300 /um dans un tube de 6 pouces, la dissipation provoquée par la circulation visqueuse n'est que d'en- viron 10 m W Dans le cas de refroidissement par air et d'une distance de 1 cm entre la fenêtre image et la seconde fenêtre pour obtenir la même capacité de refroidissement, il faudrait une énergie dissipative de plus de 3 W, énergies qui constituent les pertes dans les systèmes à refroidir De plus, il se produit des pertes dans les ventilateurs et les filtres nécessaires pour un refroidissement d'air Un refroi- dissement avec un courant de liquide laminaire conforme à l'invention est donc plus avantageux du point de vue énergétique que le refroi- dissement par air. Une analyse de la transmission thermique au courant de li- quide de refroidissement laminaire démontre que la capacité de l'a- gent de refroidissement en circulation n'est mise à profit de façon optimale que pour une couche de liquide de refroidissement mince. Lorsque la couche de liquide de refroidissement est épaisse (quelques millimètres) la chaleur de la fenêtre image n'est évacuée que dans une couche mince tout juste devant la fenêtre image et la majeure partie du liquide de refroidissement circule de façon non chauffée à travers l'espace disposé entre la fenêtre image et la seconde fene- tre. Des essais ont montré que c'est non seulement la substance luminescente qu'il faut refroidir mais également la fenêtre image du tube image Des tubes image refroidis par air à circulation forcée ne -5- ne peuvent être utilisés que jusqu'à 10 à 15 W de puissance de fais- ceau et les tubes à refroidissement par convexion que jusqu'à environ W Les tubes à refroidissement de liquide laminaire peuvent être utilisés sans risque de rupture jusqu'à des puissances de 60 à 80 W, du fait que ce refroidissement très efficace se traduit par une ré- partition de températures isothermiques plane sur l'écran image La répartition de la température et la tension y correspondante se pro- duisant dans le verre ne sont déterminées dans ce tube que par la conduction thermique du verre de la fenêtre image, l'épaisseur de la fenêtre image et la quantité de chaleur à évacuer C'est pour cette raison que les fenêtres image minces sont préférables aux fenêtres image épaisses usuelles d'une épaisseur d'environ 8 mn Comme on l'a mentionné ci-dessus, l'absorption de rayons X réduite obtenue dans le cas d'une fenêtre image mince, peut être compensée par du verre ab- sorbant les rayons X provenant de la seconde fenêtre. Des essais avec des tubes conformes à l'invention présen- tant des écrans image comportant les substances luminescentes usuel- les, comme willémite (Zn, Si O 4:Mn) et Y 203: Eu, démontrent que le refroidissement n'influe nullement sur le rendement des substances luminescentes Par contre, il est possible d'utiliser des flux lumi- neux beaucoup plus intenses dans le tube image que ceux utilisés jus- qu'à présent et d'obtenir ainsi une luminance d'image beaucoup plus élevée. Dans le cas d'un refroidissement à circulation laminaire du liquide de refroidissement conforme à l'invention, le liquide de re- froidissement présente la vitesse la plus élevée devant la fenêtre image, de sorte qu'il ne se produit guère de problèmes avec des bul- les d'air et des impuretés A d'autres endroits dans le circuit de refroidissement, la vitesse de circulation est notablement plus fai- ble, ceci par suite d'une plus grande section de la canalisation de refroidissement, ce qui permet la précipitation d'impuretés. Grâce à l'application de refroidissement par liquide, la fenêtre image peut être mise à la terre par conduction par le liquide de refroidissement, de sorte qu'il ne se produit pas de problèmes avec des charges électrostatiques et de la poussière dans le trajet lumineux Contrairement au refroidissement par convexion o les tu- bes image avec l'écran image doivent être disposés de façon vertica- -6- le, les tubes image conforme à l'invention peuvent être montés dans toutes les positions possibles, ce qui est d'importance pour la réa- lisation de petits dispositifs de télévision par projection. 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 montre en perspective et partiellement ouvert un tube image conforme à l'invention et La figure 2 montre schématiquement un dispositif de télévi- sion par projection en couleur. La figure 1 représente en perspective et partiellement ou- vert un tube image conforme à linvention L'enveloppe en verre 1 est munie d'une fenêtre image essentiellement rectangulaire 2, d'un c 8 ne 3 et d'un col 4 Dans le col 4 sont prévus des moyens (non visibles sur le dessin) servant à engendrer au moins un faisceau d'électrons, qui est dévié pendant le fonctionnement du tube et qui décrit une trame sur l'écran image 5 à la face intérieure de la fenêtre image 2. L'écran image 5 est constitué par une substance luminescente ou par une configuration de plusieurs régions luminescentes D'une façon parallèle à la fenêtre image 2 est prévue une seconde fenêtre 6 à l'aide d'un joint 7, qui s'applique contre un épaulement 8 appliqué autour de la fenêtre image Entre la fenêtre image 2 et la seconde fenêtre 6 est disposé un espace 9 que traverse un liquide de refroi- dissement La distance comprise entre la fenêtre image 2 et la deuxi- ème fenêtre 6 est de 300 um Les ouvertures d'entrée et de sortie (le dessin ne montre que l'ouverture d'entrée) présentent essen- tiellement les mêmes dimensions qu'une section de l'espace 9 perpen- diculaire à la direction de circulation, indiquée par des flèches 11. Les ouvertures d'entrée et de sortie 10 débouchent dans les chambres 12, qui sont munies de tuyaux d'entrée et de sortie 13 Les chambres 12 (surtout la chambre disposée près de l'ouverture d'entrée) qui sont raccordées de façon continue aux ouvertures d'entrée et de sor- tie, sont nécessaires pour assurer l'entrée et l'évacuation hydrody- namiques requises du liquide de refroidissement Le raccord coulant s'obtient par réalisation des parois 14 suivant les lignes de circu- lation du liquide Ces chambres 12 présentent des dimensions supé- rieures à la distance comprise entre la fenêtre image 2 et la-seconde fenêtre 6. -7- La figure 2 montre schématiquement un système de télévision par projection en couleurs Il comporte trois tubes image 20, 21, 22 selon la figure 1 Les tuyaux d'entrée et de sortie 13 des trois tu- bes sont raccordés entre eux de façon que les espaces que traverse le liquide de refroidissement s'étendent-en série Le liquide de refroi- dissement maintenu en circulation à l'aide de la pompe 23 est refroi- di dans le refroidisseur 24 Du fait que la fenêtre image 2 est assez mince, elle absorbe le rayonnement X engendré dans le tube image de façon insuffisante C'est pour cette raison que la seconde fenêtre 25 et/ou l'un des composants de lentille suivants 26 et 27 sont réalisés en verre absorbant le rayonnement X. -8- REVENDICATIONS 1 Tube image comportant une enveloppe vidée d'air présentant une fenêtre image essentiellement rectangulaire, dont la face inté- rieure est munie d'un écran image et pour laquelle est appliquée, à sa face extérieure et d'une façon essentiellement parallèle, une se- conde fenêtre perméable à la lumière, alors que l'espace compris en- tre la fenêtre image et la seconde fenêtre est traversé par un liqui- de de refroidissement perméable à la lumière, caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée et de sortie dudit espace sont opposées, el- les présentent essentiellement les mêmes dimensions qu'une section dudit espace perpendiculaire à la direction de circulation et au moins l'ouverture d'entrée débouche d'une façon continue dans une chambre, dont les dimensions sont supérieures à la distance comprise entre la fenêtre image et la seconde fenêtre, et que cette distance et la viscosité du liquide de refroidissement sont choisies de façon que la circulation du liquide de refroidissement à travers ledit es- pace soit laminaire. 2 Tube image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite distance est inférieure à 1 mm. 3 Tube image selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite distance est pratiquement égale à 300/um. 4 Tube image selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est un mélange d'eau et d'al- cool. 5 Tube image selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la seconde fenêtre constitue le premier composant d'un système de lentilles. 6 Tube image selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la seconde fenêtre est constituée par du verre absorbant le rayonnement X. 7 Dispositif de télévision par projection en couleurs compor- tant trois tubes image selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la circulation du liquide de refroidissement s'effectue par les trois enceintes de refroidissement montées en sé- rie des tubes image.