Brevet FR2647265A1 — publié le 19901123

TUBE ELECTRONIQUE A INDEXATION DE FAISCEAU AVEC BANDES D'INDEXATION EN COUCHE TRES MINCE L'invention concerne la fabrication des écrans de tubes électroniques dits å indexation de faisceau. Les tubes de visualisation d'images en couleurs sont particulièrement concernés. Un tube électronique de visualisation comprend un écran de visualisation sur lequel sont déposés des luminophores (en anglais "phosphors") qui ont la propriété d'émettre de la lumière lorsqu'ils sont frappés par un faisceau d'électrons, l'intensité lumineuse étant d'autant plus importante que l'intensité du faisceau est importante. La couleur d'émission du luminophore dépend du matériau qui le constitue. On utilise en général des triades de luminophores comprenant un luminophore rouge, un vert et un bleu. Un canon à électrons émet un faisceau d'électrons qui balaye la surface de l'écran et qui est modulé en intensité par un signal vidéo de manière que chaque point de l'écran stillumine avec une intensité désirée. L'écran est subdivisé en points image qui sont définis par des zones de luminophores placés à ces points. Ces zones de luminophores de formation d'image peuvent être réparties de plusieurs manières. Dans les tubes à indexation de faisceau les zones élémentaires sont normalement des bandes parallèles de luminophores s'étendant chacune sur toute la hauteur de l'écran perpendiculairement aux lignes de balayage du faisceau électronique. Les bandes de luminophores sont séparées les unes des autres par des zones opaques. C'est ce qui permet de différencier les couleurs et de conserver leur pureté lorsque des luminophores émettant dans des couleurs différentes sont Juxtaposés sur l'écran. Les tubes B indexation de faisceau sont des tubes dans lesquels le faisceau d'électrons passe au cours de son balayage sur des bandes d'indexation qui sont des bandes de luminophores ne participant pas à la formation de l'image; ces luminophores émettent seulement de la lumière (en général en ultraviolet) vers un détecteur qui repère ainsi le passage du faisceau à des points bien déterminés de sorte qu'on peut savoir à tout moment où est le faisceau et définir en conséquence le signal vidéo à appliquer. Les tubes à indexation de faisceau servent notamment à la réalisation d'un affichage en couleurs avec un seul canon à électrons. La figure 1 représente la constitution la plus simple d'un tube de visualisation à indexation de faisceau. On y reconnaît l'enveloppe 10 du tube, le canon à électrons 12, l'écran de visualisation 14 qui est une plaque de verre plane recouverte d'une couche de luminophores 16 (bandes de luminophores de couleurs alternées séparées par des bandes opaques 17). La couche de luminophores est recouverte d'une couche d'aluminium 18 qui a plusieurs fonctions, parmi lesquelles l'application d'une haute tension d'accélération du faisceau d'électrons, I'évacuation des charges qui s'accumulent dans les luminophores, le renvoi vers l'observateur de la lumière qui peut être émise vers l'intérieur du tube par les luminophores. Dans cette réalisation la plus classique, la couche d'aluminium 18 a aussi une fonction de support des bandes d'indexation de faisceau 20. Ces bandes sont des bandes de luminophores émettant de préférence dans l'ultraviolet et réparties avec un pas qui est lié à celui des bandes de luminophores; on peut avoir par exemple une bande d'indexation toutes les deux ou trois ou quatre bandes de luminophores. Comme les bandes d'indexation sont portées par la couche réfléchissante d'aluminium, elles n'émettent que vers l'intérieur du tube. La surface intérieure de l'enveloppe 10 est de préférence recouverte d'une couche réfléchissante à l'exception de zones transparentes permettant la sortie de la lumière issue des bandes d'indexation. Derrière ces zones sont placées des détecteurs 22 qui collectent ainsi une proportion aussi grande que possible du rayonnement émis par les bandes d'indexation. I1 faut mentionner ici que l'amplitude de ce rayonnement est très faible car l'intensité du faisceau électronique est assez faible lorsqu'il passe sur les luminophores d'indexation. C'est en effet un des problèmes importants des tubes à indexation de faisceau que de pouvoir détecter correctement les impulsions lumineuses d'indexation qui servent à la synchronisation des signaux vidéo. Une des limitations qu'on rencontre avec la structure de la figure 1 est la suivante : les bandes d'indexation ne peuvent être plus larges que les bandes opaques 17 car elles ne doivent pas masquer les bandes de luminophores 16 de formation d'image. De plus, les bandes d'indexation sont définies par photolithographie sur une surface d'aluminium à la fois réfléchissante et fortement diffusante, ce qui nuit à la qualite de la photolithographie et oblige à prendre des marges de sécurité très importantes. I1 en résulte soit des bandes de luminophores d'indexation trop étroites fournissant de trop faibles impulsions lumineuses, soit une résolution globale détériorée si on augmente la largeur des bandes opaques 17 et des bandes d'indexation. Cette limitation de résolution est particulièrement gênante pour des écrans de très petite taille. Pourtant, dans certaines applications (viseurs de casque, viseurs de caméras) on cherche à avoir des écrans couleur de l'ordre de quelques centimètres de côté (un pouce de côté par exemple). Un des buts de l'invention est d'améliorer la détection du signal d'indexation pour ne pas être gêné par ces limitations. On a déjà proposé des tubes à indexation de faisceau dans lesquels les bandes d'indexation sont disposées à côté des bandes de luminophores de formation d'image, sous le film d'aluminium et non sur ce film. Les luminophores d'indexation émettent donc vers l'observateur. L'avantage est qu'on peut avoir des bandes d'indexation plus larges (de même largeur que les bandes de luminophores de formation d'image) sans beaucoup perdre sur la résolution. Le signal d'indexation détecté est plus important. La figure 2 représente cette structure. Les mêmes références qu à la figure 1 sont utilisées. Mais l'inconvénient est que les détecteurs de signaux d'indexation doivent être placés en avant de l'écran, du côté de l'observateur, et même fortement en avant pour recevoir de façon homogène les signaux d'indexation émis de tous les points de l'écran. L'encombrement du tube de visualisation peut devenir très important. Un autre inconvénient est le rendement de photodétection faible résultant de l'éloignement des détecteurs : dans le cas ou les détecteurs sont placés devant l'écran, il n'y a pas de réflecteurs qui ramènent vers les détecteurs la majeure partie du rayonnement émis (alors que dans le cas de la figure 1 on peut métalliser l'intérieur de l'enveloppe pour récupérer une grande proportion de la lumière émise). Un but de l'invention est d'éviter les inconvénients des dispositifs de la technique antérieure. On cherche notamment à réduire l'encombrement global du tube, à améliorer le rendement de collection du signal d'indexation, à conserver une technologie simple, une bonne résolution spatiale de l'image, et cela même pour des écrans de très petite dimension. Pour atteindre ces buts, l'invention propose d'effectuer la collecte de lumière émise par les luminophores d'indexation au moyen de détecteurs placés contre la tranche de l'écran; ils collectent ainsi toute la fraction de lumière émise par les luminophores d'indexation et piégée dans l'écran par les phénomenes classiques de réflexions multiples; des moyens sont prévus pour piéger dans l'écran une proportion aussi grande que possible du rayonnement émis par les luminophores d'indexation. Les luminophores de formation d'image doivent émettre vers l'observateur; par conséquent les moyens prévus pour piéger la lumière des luminophores d'indexation ne doivent pas piéger également la lumière des luminophores de formation d'image. C'est possible de plusieurs manières différentes. En particulier c'est possible lorsque la longueur d'onde des luminophores d'indexation n'est pas la même que celle des luminophores de formation d'image. Dans ce cas, on peut trouver des conditions optiques permettant de traiter différemment les deux types de lumière. C'est possible également avec le moyen qui sera décrit plus en détail ci-après et qui consiste à déposer les luminophores d'indexation en couche très mince, de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde qu'ils émettent, alors que les luminophores de formation d'image sont déposés en couche beaucoup plus épaisse de granulométrie forte. L'émission à partir d'une couche très mince et de faible granulométrie favorise le piégeage de la lumière dans l'écran à faces planes sur lequel cette couche est déposée. Au contraire l'émission à partir d'une couche plus épaisse de granulométrie forte se fait selon un lobe de type lambertien avec une répartition d'énergie concentrée dans un angle solide assez étroit autour de la normale å la surface de dépôt. De préférence, on utilise pour les luminophores d'indexation une couche pratiquement monograin, les luminophores ayant une granulométrie de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde qu'ils émettent. Cette granulométrie est par exemple comprise entre environ 0,3 et environ 0,8 micromètre pour des luminophores émettant dans l'ultraviolet. La tranche de l'écran est de préférence revêtue d'une couche réfléchissante, sauf à l'endroit du ou des détecteurs de rayonnement d'indexation, de manière à renvoyer un maximum de lumière vers ce détecteur. Dans la structure selon l'invention, une forte proportion de l'énergie lumineuse émise par les bandes d'indexation peut être récupérée par le détecteur bien qu'il soit placé latéralement par rapport å l'écran. Cela permet de bénéficier d'un niveau de signal électrique d'indexation tout-à-fait bon sans détériorer excessivement la résolution de l'image. L'invention est tout-å-fait adaptée aux écrans de visualisation de très petite dimension (quelques centimètres de côté par exemple) dont les applications sont par exemple les viseurs de caméras de télévision en couleurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 et la figure 2, déjà décrites, représentent des structures de tubes de visualisation à indexation de faisceau selon l'art antérieur. - la figure 3 représente une coupe de écran d'un tube selon l'invention; - la figure 4 représente une vue de face de l'écran montrant la position latérale des détecteurs. Sur la figure 3, on a repris les mêmes références qu'aux figures précédentes pour désigner les éléments similaires. L'écran est en principe une plaque de verre transparente 14 portant les luminophores sur sa face supérieure. Les luminophores 16 de formation d'image sont classiquement déposés sur la face supérieure de la plaque de verre entre des bandes opaques 17 qui sont également déposées sur la plaque. Un film d'aluminium 18 transparent aux électrons du canon à électrons recouvre les luminophores pour assurer notamment l'application d'un potentiel approprié et l'évacuation des. charges électriques, mais aussi le renvoi vers la face inférieure de la lumière émise par les luminophores. Entre les bandes de luminophores de formation d'image 16 on a réservé de place en place des bandes de luminophores d'indexation 20 émettant à une longueur d'onde qui est de préférence différente de celle des luminophores de formation d'image. Elles sont disposées comme les bandes 16 directement sur la plaque de verre entre des bandes opaques 17. Il peut y avoir une bande d'indexation 20 après chaque bande 16, mais on prévoira plus généralement une bande d'indexation toutes les deux ou trois ou quatre bandes de luminophores de formation d'image 16. Lorsque le faisceau d'électrons balaye la surface de écran, il frappe successivement des bandes de luminophores 16 et des bandes d'indexation 20. La lumière émise par les luminophores 16 est transmise vers l'observateur du côté de la face inférieure de l'écran (y compris la fraction de lumière renvoyée par le film d'aluminium). La lumière émise par les luminophores d'indexation 20, en principe à une longueur d'onde différente et le plus souvent en ultraviolet, est traitée différemment: on s'arrange pour qu'elle reste piégée dans la plaque de verre 14 et soit finalement captée en aussi grande proportion que possible par un ou plusieurs détecteurs 22 placés à la périphérie de la plaque 14 contre la tranche de celle-ci. Un moyen qui est de préférence prévu selon l'invention pour permettre le piégeage sélectif de la lumière issue des bandes d'indexation sans provoquer le piégeage de la lumière issue des luminophores de formation d'image est celui qui va maintenant être décrit. Les luminophores de formation d'image 16 sont déposés d'une manière classique en couche relativement épaisse (de l'ordre de 5 à 10 micromètres environ) et avec une granulométrie relativement importante (grains de l'ordre de 2 à 4 micromètres de diamètre). L'épaisseur de la couche et la granulométrie importante font que l'émission lumineuse se produit avec une concentration d'énergie importante dans une direction globalement normale à la surface de l'écran (surtout avec l'aide de la surface réfléchissante de l'aluminium de la couche 18 qui recouvre les luminophores). Dans ces conditions, la majeure partie de la lumière émise par ces luminophores sera transmise à l'observateur à travers l'écran de verre. Au contraire, les luminophores d'indexation sont déposés en couche très fine, de granulométrie très faible, de l'ordre de la longueur d'onde à laquelle ils-émettent. Pour des couches de luminophores à base de cérium émettant dans l'ultraviolet (environ 380 nanomètres), on utilisera de préférence une granulométrie comprise entre environ 0,3 et environ 0,8 micromètres. L'épaisseur de la couche de luminophore sera aussi faible que possible et de préférence ce sera une couche monograin (c'est-à-dire avec une seule épaisseur de grains juxtaposés). Si la granulométrie est inférieure à la longueur d'onde, il pourra y avoir plusieurs épaisseurs de grains superposés. L'épaisseur pourra être comprise par exemple entre 0,5 et 1,5 micromètres. En moyenne, le rapport entre la granulométrie des luminophores de couleur et celle des luminophores d'indexation est donc de plusieurs unités, et peut même atteindre 10 ou 15. Le rapport entre les épsisseurs de couches correspondantes est du même ordre. Dans ces conditions, la lumière émise par les luminophores d'indexation n'est pas principalement émise d'une manière orientée et avec une concentration d'énergie principale normale à la surface. Au contraire, la majeure partie de la lumière est émise sous une incidence telle que la lumière reste piégée à l'intérieur de l'écran de verre. Elle sera finalement recueillie par le détecteur 22 qui pourra fournir un signal électrique d'indexation å chaque passage du faisceau d'électrons sur une bande d'indexation. On utilise donc avantageusement un phénomène de piégeage qui était connu et qui constituait un inconvénient pour certains écrans de visualisation utilisant des luminophores. Il est particulièrement avantageux de prévoir que la longueur d'onde émise par les luminophores d'indexation est nettement différente de la longueur d'onde des luminophores de formation d'image : d'une part le détecteur 22 peut être un détecteur sélectif ne captant pratiquement que la longueur d'onde des luminophores d'indexation; il ne sera donc pas perturbé par les résidus de lumière émanant des luminophores 16 et piégés dans l'écran. D'autre part on peut prévoir que la face arrière de l'écran est revêtue d'une ou plusieurs couches agissant comme filtre et ayant pour particularité d'être essentiellement transparentes pour les longueurs d'onde visibles et plutôt réfléchissantes pour la longueur d'onde des luminophores d'indexation. On sait faire ce type de couche filtrante par dépôts de couches successives transparentes d'épaisseurs et d'indices convenablement choisies. La tranche de l'écran est de préférence revêtue d'une couche 24 réfléchissante pour éviter la sortie de la lumière d'indexation par la tranche. Cette couche 24 recouvre la tranche de l'écran sur toute sa périphérie à l'exception d'une ou plusieurs portions devant lesquelles sont placés le ou les détecteurs 22 sensibles à la longueur d'onde du rayonnement des bandes d'indexation. La figure 4 montre comment on peut avoir par exemple deux détecteurs 22 en vis-à-vis, un de chaque côté de l'écran, pour recueillir un signal lumineux plus important. On peut noter que le film d'aluminium 18, qui renvoie la lumière des luminophores, participe au piégeage de la lumière des bandes d'indexation. De même, si les bandes opaques 17 sont en chrome (métal assez fortement réfléchissant), elles participeront aussi au guidage de la lumière dans l'écran vers les détecteurs périphériques. REVENDICATIONS 1. Tube électronique a indexation de faisceau, comportant un écran transparent (14) ayant une surface supérieure portant des zones de luminophores (16) de formation d'images lumineuses, et des zones de luminophores d'indexation de faisceau (20), avec un détecteur (22) pour fournir un signal électrique d'indexation lors du passage du faisceau d'électrons sur une bande d'indexation, caractérisé en ce que le détecteur est placé contre la tranche de l'écran. 2. Tube électronique à indexation de faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur d'onde des luminophores d'indexation n'est pas la même que celle des luminophores de formation d'image. 3. Tube électronique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les luminophores d'indexation de faisceau sont déposés en couche de granulométrie de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la lumière qu'ils émettent et avec une épaisseur de couche du même ordre. 4. Tube électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les luminophores d'indexation sont déposés en couche essentiellement monograin. 5. Tube électronique selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la granulométrie des luminophores d'indexation est comprise entre environ 0,3 et environ 0,8 micromètres. 6. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tranche de l'écran est recouverte d'une substance réfléchissante å l'exception de l'emplacement du détecteur (22). 7. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface inférieure de l'écran est recouverte d'une couche essentiellement transparente pour les longueurs d'onde émises par les luminophores de formation d'image et plutôt refléchissante pour les longueurs d'onde émises par les luminophores d'indexation.