Brevet FR2647264A1 — publié le 19901123

TUBE ELECTRONIQUE A INDEXATION DE FAISCEAU A FILTRE DICHROIQUE L'invention concerne la fabrication des écrans de tubes électroniques dits à 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 I'écran s'illumine avec une intensité désirée. L'écran est subdivisé en points d'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'détendant 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 à 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 â 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, l'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 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 qualité 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 où les détecteurs sont placés devant 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 un tube électronique à indexation de faisceau, comportant un écran transparent ayant une surface supérieure portant des zones de luminophores de formation d'images lumineuses, et des zones de luminophores d'indexation de faisceau émettant à une longueur d'onde différente des longueurs d'onde émises par les luminophores de formation d'image, caractérisé en ce que l'écran comprend une surface arrière constituée par un filtre dichroïque, essentiellement réfléchissant pour les longueurs d'ondes des luminophores d'indexation et essentiellement transparent pour les longueurs d'onde des luminophores de formation d'images. Un filtre dichroïque est un filtre ayant des caractéristiques de transmission et réflexion de lumière qui dépendent essentiellement de la longueur d'onde de la lumière considérée (et qui dépendent en pratique aussi des angles d'incidence de cette lumière). On sait fabriquer par superpositions de couches d'épaisseurs et d'indices optiques bien choisis des filtres dichroïques ayant des courbes de coefficients de transmission et réflexion de lumière qui varient de manière très abrupte avec la longueur d'onde. On choisira de préférence des luminophores d'indexation émettant dans l'ultraviolet; des luminophores dopés au cérium permettent d'obtenir des émissions dans l'ultraviolet et sont particulièrement intéressants compte-tenu de la rapidité de réaction de ce matériau lorsqu'il est frappé par un faisceau électronique. Les luminophores de formation d'image émettent, sauf exception, dans le visible. Le rayonnement émis par les bandes d'indexation est alors détecté par un détecteur placé à la périphérie de l'écran et collectant le rayonnement sortant par la tranche de l'écran. Ce rayonnement est en effet piégé dans l'écran grâce au filtre dichroïque alors que le rayonnement visible correspondant à l'image lumineuse est transmis à travers le filtre vers l'observateur. La tranche de l'écran est d'ailleurs de préférence revêtue d'une couche réfléchissante pour augmenter la proportion de rayonnement capté par le détecteur. Les luminophores de formation d'image sont de préférence organisés en bandes de couleurs alternées (en principe une bande rouge, une bande verte, une bande bleue). Les luminophores d'indexation sont alors disposés en bandes intercalée s entre les bandes de luminophores de formation d'image; par exemple on a une bande d'indexation toutes les deux ou trois ou quatre bandes de luminophores de formation d'image. L'électronique de gestion des signaux vidéo tient compte bien entendu de la relation entre la périodicité des bandes de luminophores et la périodicité des bandes d'indexation. En pratique, les bandes de luminophores sont séparées les unes des autres par des bandes opaques; les bandes d'indexation sont également séparées des autres bandes de luminophores par des bandes opaques. Grâce à cette nouvelle structure, on peut estimer que plus de 80% de l'énergie lumineuse émise par les bandes d'indexation peut être récupérée par le détecteur bien qu'il soit placé latéralement par rapport à 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. 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 l'écran d'un tube selon l'invention; - la figure 4 représente une vue de face de l'écran montrant la position latérale des détecteurs. - la figure 5 représente des courbes de coefficient de réflexion de filtres dichroïques en fonction de la longueur d'onde. 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. La face inférieure comporte un filtre dichroïque 26 qui est essentiellement transparent pour les longueurs d'onde émises par les luminophores de formation d'image (en principe des longueurs d'onde visibles pour les écrans de visualisation), mais qui est essentiellement réfléchissant pour les longueurs d'onde émises par les luminophores d'indexation (et de préférence pour une gamme d'angles d'incidence aussi large que possible). 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 écran sur toute sa périphérie à l'exception d'une ou plusieurs portions devant lesquelles sont placées des détecteurs 22 sensibles à la longueur d'onde du rayonnement des bandes d'indexation. 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 différente. Elles sont disposées comme les bandes 16 directement sur la plaque de verre entre des bandes opaques 17. I1 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 l'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). Sauf pour des angles d'incidence très obliques par- rapport à la face inférieure, cette lumière traverse le filtre dichroïque 26 et est vue par l'observateur. Au contraire, la lumière émise par les bandes d'indexation dans l'ultraviolet (par exemple aux alentours d'une longueur d'onde de 380 nanomètres) ne peut traverser le filtre dichrolque qui a un fort pouvoir de réflexion pour ces longueurs d'onde courtes, et ceci même pour des angles d'incidence très proches de la normale. La lumière issue des bandes d'indexation subira à l'intérieur de la plaque de verre des réflexions multiples et sortira par la tranche vers les détecteurs 22. La figure 4 montre comment on peut avoir par exemple deux détecteurs 22 en vis-å-vis, un de chaque côté de ltecran, pour recueillir un signal lumineux plus important. Etant donné que les coefficients de réflexion et transmission du filtre dichrolque dépendent non seulement de la longueur d'onde mais aussi de l'angle d'incidence, on calculera ce filtre pour que le coefficient de réflexion aux longueurs d'onde visibles soit très faible jusqu'à des angles d'incidence obliques correspondant à la réflexion totale à l'interface entre la face supérieure de la plaque et l'air. La figure 5 représente une courbe typique de coefficient de réflexion R d'un filtre dichroïque en fonction de la longueur d'onde, pour deux angles d'incidence différents de 450 et 800. La longueur d'onde Li désigne une longueur d'onde ultraviolette émise par les luminophores d'indexation. On sait réaliser de tels filtres par dépôts de couches transparentes minces d'épaisseurs et d'indices optiques choisies en fonction de la fréquence de coupure désirée pour un angle d'incidence déterminé; la fréquence de coupure est une fréquence à laquelle le filtre passe assez brusquement d'un état principalement réfléchissant à un état principalement transparent. Les bandes opaques 17 peuvent être en chrome; dans ce cas, elles sont réfléchissantes et participent au piégeage de la lumière d'indexation dans la plaque de verre 14. REVENDICATIONS 1. Tube électronique à 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) émettant à une longueur d'onde différente des longueurs d'onde émises par les luminophores de formation d'image, caractérisé en ce que l'écran comprend une surface arrière constituée par un filtre dichrolque (26), essentiellement réfléchissant pour les longueurs d'ondes des luminophores d'indexation et essentiellement transparent pour les longueurs d'onde des luminophores de formation d'images. 2. Tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un détecteur (22) placé à la périphérie de l'écran pour collecter le rayonnement lumineux émis par les luminophores d'indexation. 3. Tube électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que, sauf à l'emplacement du détecteur, la tranche de l'écran est revêtue d'une substance réfléchissante (24) favorisant la récupération de lumière par le détecteur. 4. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les luminophores de formation d'image sont organisés en bandes de couleurs alternées et les luminophores d'indexation sont disposés en bandes intercalées entre les bandes de luminophores de formation d'image. 5. Tube électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bandes de luminophores de formation d'image et les bandes de luminophores d'indexation sont séparées les unes des autres par des bandes opaques.