Brevet FR2644627A1 — publié le 19900921

CANON DE TUBE CATHODIQUE A SOURCE D'ELECTRONS A EFFET DE CHAMP La présente invention se rapporte à un canon de tube cathodique à source d'électrons à effet de champ. Les sources d'électrons de tubes cathodiques sont habituellement des cathodes thermoioniques, c'est-à-dire qu'il faut les chauffer pour qu telles émettent des électrons. Toute la surface de la cathode émet des électrons, de ce fait, il existe un nuage électronique en face de la cathode. Dans les canons électroniques actuels, les électrons peuvent être captés par un champ positif ou renvoyés sur la cathode par un champ négatif I'existence de ce champ est déterminée par la géométrie des grilles et les différences de potentiel entre celles-ci. Dans les canons électroniques actuels, les électrons peuvent être captés par le potentiel d'anode ou renvoyés sur la cathode. En fait il existe un nuage électronique en face de la cathode. La façon de contrôler le courant de faisceau est de jouer sur au moins une des tensions des grilles qui permettent de modifier de façon sensible le champ au voisinage de la cathode. Dans ce cas, la forme du champ électrique détermine la forme de la densité électronique à l'intérieur du faisceau. I1 a été déterminé que la répartition de la densité électronique obéissait dans le cas d'une triode à symétrie de révolution à la loi suivante avec rO: rayon de la surface émissive A : densité de charge au centre de la cathode (Ploke ; Elementare theorie der elektronenstrahlerzeugung mit Triodensystemen, Zeitschrift fur augewandte Physik, 4,1 (1952)). Il est possible d'ajuster dans une certaine mesure l'allure de la densité électronique par la forme des trous des grilles (trous oblongs, épaisseur du métal, fentes...). De toute façon, le champ induit par le potentiel des grilles est tel qu'au voisinage immédiat de la cathode l'allure de la densité électronique a l'allure d'une courbe dite en cloche. Lors du fonctionnement du canon, si l'on augmente le courant de faisceau on augmente à la fois la surface d'où proviennent les électrons (donc rO augmente) et la densité de charges au centre de la cathode (A). Il en découle que lorsque l'on augmente le courant de faisceau, l'importance des forces de répulsion coulombiennes augmente et engendre une divergence du faisceau. Ce phénomène est légèrement contrôlable par les formes des grilles mais est généralement néfaste pour la qualité du spot électronique. On connaît également des cathodes à. pointes dont Ie principe de fonctionnement physique est totalement différent du précédent. On y utilise effet de champ pour arracher les électrons à la matière. Pour ce faire, une technique existe pour réaliser des micropointes uniformément réparties sur une surface. La présente invention a pour objet un canon de tube cathodique que l'on puisse facilement adapter aux besoins en agissant sur les caractéristiques du faisceau électronique, et elle a également pour objet l'optimisation du fonctionnement du canon simultanément à fort ( > 3 m A) et faible ( Le canon de tube cathodique, conforme à l'invention comporte une source d'électrons à effet de champ comportant un réseau dense de micro-cathodes à pointe, ce réseau présentant des irrégularités sur au moins une partie de sa surface. Ces irrégularités peuvent affecter les caractéristiques de certaines microcathodes qu la forme ou le pas du réseau, ce pas pouvant être différent lorsquton le considère selon des directions différentes. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un schéma simplifié en coupe de la zone émissive d'un canon à électrons à cathode thermoionique - la figure 2 est une vue simplifiée en plan d'une cathode à pointes de l'art antérieur - la figure 3 est un diagramme de la répartition de la densité électronique au voisinage de la cathode, pour un canon de l'art antérieur, et - les figures 4 et 5 sont des vues simplifiées en plan d'une cathode de canon conforme à l'invention. Un des buts de la présente invention étant de pouvoir adapter les caractéristiques d'un tube cathodique à divers besoins, par exemple pour l'adapter à des formats différents d'écran ou à des usages différents (haute définition par exemple) ou à des déviateurs différents (déviateurs astigmates...), l'invention propose d'agir sur les propriétés émissives de la cathode, plutôt que d'agir sur les autres parties du canon. Pour cette raison, la description ci-dessous se rapporte principalement aux cathodes et aux faisceaux électroniques. On peut considérer un canon électronique de tube cathodique comme l'association d'une source d'un faisceau et d'une partie optique électronique. Dans le cas d'un canon à effet thermoionique, la source (figure 1) comporte la cathode 1, la première grille (G1) 2, et la deuxième grille (G2) 3 et éventuellement la troisième grille (G3) 4. Dans le cas d'une source d'électrons à effet de champ (figure 2), cette zone émissive comprend les microcathodes 4 et la couche conductrice de grille 5. On a représenté schématiquement en figure 1 l'enveloppe 6 des trajectoires des électrons du faisceau dans la source. Cette enveloppe présente un resserrement sensiblement entre G1 et G2, ce resserrement étant généralement dénommé "cross over", et c'est là que la densité de charges est maximale. Idéalement, ce cross-over devrait être ponctuel et le faisceau avoir une divergence et une répartition de densité optimales. On a constaté qu'il augmente en même temps que le courant de faisceau. On a également représenté sur la figure 1 quelques lignes équipotentielles 7 au niveau de G1, les premières d'entre elles passant par le trou de G1 et arrivant sur la cathode I en délimitant une sorte d'entonnoir 8.A l'intérieur de l'entonnoir 8, les électrons créés par la cathode peuvent s 'échapper de la cathode et former le faisceau électronique, tandis qu'à l'extérieur de cet entonnoir, les électrons forment un "nuage électronique" à proximité immédiate de la cathode sans pouvoir échapper à l'attraction de celle-ci. La répartition des électrons dans le faisceau électronique délimité par l'enveloppe 6 ne peut être maîtrisée par les moyens habituels, et pour pouvoir. contrôler la répartition électronique en particulier au niveau de l'écran du tube cathodique, on dispose de peu de paramètres de régIage et tous ne sont pas faciles à maîtriser. On a représenté en figure 2 une vue schématisée d'un réseau 9 de micro-sources d'électrons à effet de champ. Le réseau 9 est un réseau régulier pouvant s'étendre sur une surface sensiblement circulaire dont le diamètre est pratiquement le même que celui de la surface émissive de la cathode 1 d'un canon conventionnel. On a représenté en figure 3, le diagramme de la densité électronique D le long d'un diamètre AAt de la section transversale 10 de la trajectoire des électrons, à proximité de la cathode d'un canon thermoionique. La courbe il obtenue a une allure sensiblement gaussienne. Cette allure ne peut être modifiée en agissant sur des paramètres habituels : tension ou courant de cathode ou d'anode ou formes et dimensions des grilles du canon... La présente invention propose d'utiliser une cathode à réseau de micropointes et d'agir sur la régularité de ce réseau. Cette régularité peut être considérée du point de vue de chaque source élémentaire : forme et dimension de chaque source électronique élémentaire du réseau, ou du point de vue des mailles du réseau : forme, pas et régularité des mailles du réseau. Pour ce qui est des caractéristiques de chaque source électronique du réseau, on sait que l'on peut intervenir sur la forme des micropointes (pyramide, prisme, cône) ou les dimensions de ces sources (dimensions des micropointes, épaisseur du diélectrique séparant le substrat de la couche de grille, dimensions des ouvertures des grilles) pour modifier le pouvoir émissif de ces sources. On peut ainsi augmenter ou diminuer localement le pouvoir émissif de certaines sources par rapport à celui des autres sources, et donc faire varier la courbe de répartition de densité électronique pour obtenir une courbe différente de la courbe 11 de la figure 3. On peut également, tout en gardant identiques toutes les sources élémentaires, faire varier leur disposition, par exemple pour agir sur la divergence du faisceau électronique. On peut par exemple réaliser une cathode dont la forme de la surface active 12 (forme du réseau de sources élémentaires) est elliptique (figure 4), les sources élémentaires étant disposées en lignes parallèles au grand axe de l'ellipse, le pas P1 des sources sur chaque ligne étant différent du pas P2 des lignes. Selon le mode de réalisation de la figure 5, la forme de la surface active 13 est circulaire. Cette surface active 13 comporte deux zones concentriques 14,15. La zone intérieure 14 est formée d'un réseau régulier, par exemple à mailles carrées, à relativement grand pas (par exemple entre 75 et 200 microns environ). La zone extérieure 15, formant une couronne circulaire autour de la zone 14, est constituée d'un réseau régulier à pas relativement fin (par exemple entre 5 et 50 microns environ). La courbe 16 de répartition de la densité électronique à proximité d'une telle cathode est représentée en bas de la figure 5. Cette courbe 16 présente deux plateaux (au niveau de la couronne 15) séparés par une "vallée" (au niveau de la zone 14). Une telle répartition des sources élémentaires permet de minimiser l'influence de la charge d'espace dans le faisceau. Bien entendu, il est également possible d'agir à la fois sur les caractéristiques des sources élémentaires et sur la régularité des mailIes et du pas du réseau. Ainsi, en agissant sur le réseau de sources électroniques, on peut contrôler la répartition des charges du faisceau au niveau de I'écran, afin d'obtenir un spot de forme et dimensions appropriées à l'utilisation envisagée. REVENDICATIONS 1. Canon de tube cathodique comportant une source d'électrons å effet de champ comprenant un réseau dense de microcathodes à pointe, caractérisé par le fait qu'il présente des irrégularités sur au moins une partie de sa surface (figures 4,5). 2. Canon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les irrégularités affectent les caractéristiques de certaines microcathodes. 3. Canon selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les irrégularités affectent la forme du réseau (12) 4. Canon selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les irrégularités affectent le pas du réseau (12,13). 5. Canon selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le pas du réseau est différent lorsqu'il est considéré selon des directions différentes (figure 4). 6. Canon selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le réseau comporte des zones à pas différents (14,15).