Brevet FR2744564A1 — publié le 19970808

La présente invention concerne un corps de ca- thode utilisant un émetteur ferroélectrique, et un canon à électrons et un tube à rayons cathodiques utilisant la cathode ferroélectrique, et de manière plus particulière un corps de cathode utilisant un émetteur ferroélectrique en tant que source d'émission d'électrons et un canon à électrons et un tube à rayons cathodiques utilisant la cathode ferroélectrique. De manière générale, un corps de cathode utili- sé dans un tube à rayons cathodiques émet des électrons à partir du corps de la cathode formé d'un matériau tel que de l'oxyde de baryum excité thermiquement. Un tel corps de cathode a une source de chaleur destinée à chauffer le corps de cathode, par exemple un filament, et peut être séparé en corps de cathode chauffé directement ou corps de cathode chauffé indirectement selon le type de fila- ment utilisé pour chauffer le corps de cathode. De plus, l'intérieur d'un tube à rayons catho- diques doit être maintenu dans un état sous vide élevé de sorte que les électrons émis par le canon à électrons puissent se déplacer en direction d'un écran sans aucune obstruction, et de manière à pouvoir empêcher toute dété- rioration du matériau du corps de cathode due à une pul- vérisation d'ions. Un processus de fabrication de tube à rayons cathodiques comporte de manière générale une série d'éta- pes d'optimisation telles que des étapes de mise sous vide et de vieillissement de sorte que les électrons peu- vent être émis avec succès depuis le matériau du corps de cathode. Cependant, un tel processus prend du temps et entraîne une détérioration du matériau de corps de ca- thode du fait d'un contact avec impact avec des matériaux étrangers ionisés. Un but de la présente invention consiste à fournir un corps de cathode utilisant un émetteur ferro- électrique capable de diminuer la détérioration du maté- riau de cathode du fait d'un impact d'ions même sous un état de faible vide. Un autre but de la présente invention consiste à fournir un canon à électrons et un tube à rayons catho- diques qui utilisent le corps de cathode utilisant l'émetteur ferroélectrique. Pour aboutir au premier but, il est fourni un corps de cathode comportant: un substrat, une couche d'électrode inférieure formée sur le substrat, une couche de cathode formée sur la couche d'électrode inférieure, en utilisant un émetteur ferro- électrique, une couche d'électrode supérieure, formée sur la couche de cathode ferroélectrique, ayant des zones ca- pables d'émettre des électrons à partir de sa surface, et une couche d'électrode de commande, formée sur la couche d'électrode supérieure pour commander l'émis- sion des électrons depuis les zones d'émission d'élec- trons de la couche d'électrode supérieure. Pour aboutir au deuxième but, il est fourni un canon à électrons comportant: le corps de cathode décrit ci-dessus, un groupe d'électrodes comportant plusieurs électrodes de commande et d'accélération des électrons émis par le corps de cathode, et des moyens de support pour supporter le corps de cathode et le groupe d'électrodes. Pour aboutir au troisième but, il est fourni un tube à rayons cathodiques comportant: le canon à électrons décrit ci-dessus, un tube ayant une partie de col dans laquelle est installé le canon à électrons, et un panneau ayant un écran sur lequel des images sont affichées par un faisceau d'électrons émis par le canon à électrons. Les buts et avantages indiqués ci-dessus, de la présente invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d'un mode préféré de réalisation de celle-ci, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma en coupe transver- sale représentant un mode de réalisation de corps de ca- thode selon la présente invention, - la figure 2 est une vue schématique en pers- pective représentant une cathode selon un mode de réali- sation de la présente invention, - la figure 3 est une vue schématique en coupe du corps de cathode représenté sur la figure 2, - la figure 4 est un schéma représentant une partie agrandie de l'électrode supérieure du corps de ca- thode représenté sur la figure 2, - les figures 5 à 8 représentent le processus de fabrication du corps de cathode représenté sur la fi- gure 2, - la figure 9 est une vue schématique en coupe représentant un canon à électrons utilisant un corps de cathode selon un mode de réalisation de la présente in- vention, et - la figure 10 est une vue schématique en coupe représentant un tube à rayons cathodiques utilisant un canon à électrons selon un mode de réalisation de la pré- sente invention. En se reportant à la figure 1, la référence nu- mérique 120 indique une couche de cathode ferroélectrique qui est un émetteur d'électrons, et les références numé- riques 110 et 130 sont des couches d'électrodes infé- rieure et supérieure, respectivement, destinées à exciter la couche de cathode ferroélectrique. Lorsqu'une impulsion de tension élevée est ap- pliquée aux électrodes supérieure et inférieure 110 et 130, pendant moins d'une micro-seconde, une polarisation spontanée survient sur la surface et à l'intérieur de la couche de cathode ferroélectrique 120 et des électrons sont donc émis. En se reportant à la figure 2, qui représente un corps de cathode 190 selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode inférieure 110 est formée sur un substrat 100 et ensuite, la couche de ca- thode 120 utilisant l'émetteur ferroélectrique, la couche d'électrode supérieure 130, une couche isolante 140 et une couche d'électrode de commande 150 sont formées de manière séquentielle sur celle-ci. Le corps de cathode représenté sur la figure 2 a trois trous d'émission d'électrons 151 pour être utilisé dans un tube couleur à rayons cathodiques. Avec plus de détails, il existe une couche d'électrode supérieure 130 et une couche d'électrode in- férieure 110 pour exciter la couche de cathode ferroélec- trique 120. Sur la couche isolante 140, la couche d'élec- trode de commande 150 est constituée de trois électrodes de commande agencées selon des intervalles réguliers. Chaque électrode de commande 150 a un trou d'émission d'électrons 151 destiné à l'émission et à la commande d'électrons. De plus, sur une partie de la couche d'élec- trode supérieure 130 correspondant aux trous d'émission d'électrons 151, est formé un grand nombre de petits trous 131, comme représenté sur la figure 4, de sorte que les électrons peuvent se déplacer en direction des trous d'émission d'électrons 151 de la couche d'électrode de commande 150. La couche d'électrode de commande 150 re- çoit des signaux de commande tels qu'un signal d'image, et commande l'émission d'électrons et l'amplitude de l'émission. Dans le corps de cathode selon un mode de réa- lisation de la présente invention, le PZT et le PLSZT qui sont bien connus en tant que matériaux ferroélectriques peuvent être adaptés. De plus, un métal très conducteur tel que Al, Au, ou At peut être utilisé pour les électro- des supérieure et inférieure 130 et 110. Conformément à l'expérience, la tension de com- mande pour émettre des électrons à partir de la couche de cathode ferroélectrique 120 doit être en dessous de volts de manière à réduire les fuites de courant et assurer une émission d'électrons stable. La tension de commande est fonction de l'état du matériau ferroélectri- que c'est-à-dire de la phase cristalline et de l'épais- seur de celui-ci. De plus, conformément à l'expérience, il est souhaitable que l'épaisseur de la couche de ca- thode ferroélectrique 120 (par exemple du PLZT), soit in- férieure à 100 micromètres de manière à maintenir la ten- sion d'impulsion de commande en dessous de 100 volts. La tension de commande diminue lorsque l'épaisseur de la couche de cathode diminue, alors qu'un court-circuit peut survenir entre les électrodes au niveau d'une épaisseur inférieure à un micromètre et donc l'épaisseur de la cou- che de cathode doit être supérieure à un micromètre. En outre, l'amplitude de la tension de commande est forte- ment fonction de la dimension de la zone d'émission d'électrons, c'est-àdire la dimension du trou d'émission d'électrons de l'électrode de commande 150. Conformément à l'expérience, la dimension de trou d'émission d'élec- trons doit être en dessous de 300 micromètres pour une émission d'électrons stable en dessous de 100 volts. Un procédé de fabrication d'un tel corps de ca- thode selon un mode de réalisation de la présente inven- tion va être décrit ci-dessous. Comme représenté sur la figure 5, tout d'abord, une pâte d'or est formée sur le substrat 100, constitué par du verre cristallisé, en utilisant un procédé d'im- pression, et ensuite est plastifiée pendant un temps pré- déterminé pour former la couche d'électrode inférieure 110. Lorsque la couche d'électrode inférieure 110 est terminée, comme représenté sur la figure 5, du PZT ou du PLZT en forme de pâte est agencé sur une épaisseur de 20 micromètres en utilisant un procédé d'impression, et ensuite est plastifié pour former la couche de cathode ferroélectrique 120, comme représenté sur la figure 6. Comme représenté sur la figure 7, une pâte d'or est déposée sur la couche de cathode ferroélectrique 120 en utilisant un procédé d'impression, et ensuite est plastifiée pour former la couche d'électrode supérieure 130. A ce moment, l'électrode supérieure 130 est formée selon la même configuration que celle représentée sur la figure 4 c'est-à-dire ayant de nombreux minuscules trous d'émission 131. Comme représenté sur la figure 8, la couche isolante 140 et la couche d'électrode de commande 150 sont aussi formées en séquence en utilisant un procédé d'impression. En résultat, le corps de cathode voulu est obtenu. De plus, la couche isolante 140 et la couche d'électrode de commande 150 doivent avoir des trous cor- respondant aux minuscules trous d'émission 131 de l'élec- trode supérieure 130. Un corps de cathode selon un autre mode de réa- lisation de la présente invention, utilisant un procédé autre que le procédé d'impression, peut être utilisé. Par exemple, pour la formation de la couche d'électrode, on peut utiliser une pulvérisation, ou un procédé à lame de raclage, et pour former la couche de cathode ferroélec- trique, on peut utiliser un procédé consistant à fabri- quer une feuille ferroélectrique dans un état brut, à re- vêtir une couche d'électrode sur un côté de celle-ci, à mouler celle-ci à l'aide d'une résine acrylique, à polir l'autre côté jusqu'à une épaisseur prédéterminée et à le fixer sur le substrat 100. La figure 9 représente un canon à électrons 900 utilisant un corps de cathode selon un mode de réalisa- tion de la présente invention. Le canon à électrons 900 a une lentille princi- pale constituée par le corps de cathode 190 décrit ci- dessus, une électrode de commande G1, une électrode for- mant écran G2, une électrode de focalisation G3 et une électrode d'accélération G4. Les éléments sont supportés par un isolant en verre 800. La référence numérique 820 indique un arbre de fixation variable destiné à fixer le corps de cathode 190 sur l'isolant en verre 800. La figure 10 représente un tube à rayons catho- diques utilisant un canon à électrons selon un mode de réalisation de la présente invention. En se reportant à la figure 10, un tube 300, ayant une culasse de déviation 320 située sur sa surface extérieure, comportant un canon à électrons 900 et un panneau 400, ayant un écran 410 sur sa paroi intérieure, sont combinés l'un à l'autre pour former un conteneur sous vide. Un masque 420 et un écran intérieur 440 qui sont supportés par un châssis 430 fixé sur le panneau 400 sont installés à l'intérieur du tube à rayons cathodi- ques. Lorsque l'assemblage d'un tel tube à rayons ca- thodique est terminé, des processus de mise sous vide et de vieillissement sont effectués qui prennent environ quatre heures dans le cas d'un tube à rayons cathodiques habituel, mais qui ne prennent que deux heures dans le cas d'un tube à rayons cathodiques utilisant un corps de cathode selon un mode de réalisation de la présente in- vention. De plus, par comparaison avec un tube à rayons cathodiques habituel, le tube à rayons cathodiques utili- sant un corps de cathode selon un mode de réalisation de la présente invention n'est pas détérioré en diminuant l'amplitude du vide d'une unité au niveau de l'exposant. Comme décrit ci-dessus, en utilisant un corps de cathode ferroélectrique, des processus de mise sous vide et de vieillissement qui ont été relevés comme étant un problème dans un processus de fabrication de tube à rayons cathodiques habituel peuvent être techniquement simplifiés et le coût de production de celui- ci peut donc être réduit. De plus, du fait qu'on n'utilise pas de source thermique telle qu'un filament, le coût des par- ties peut aussi être réduit et la modification thermique du corps de cathode et des éléments situés au voisinage de la source thermique peuvent être empêchés. De plus, une émission d'électrons est réalisée lors de l'applica- tion d'impulsions transitoires et donc l'émission des électrons peut être réalisée rapidement. REVENDICATIONS 1. Corps de cathode (190), caractérisé en ce qu'il comporte: un substrat (100), une couche d'électrode inférieure (110) formée sur ledit substrat, une couche de cathode (120) formée sur ladite couche d'électrode inférieure, en utilisant un émetteur ferroélectrique, une couche d'électrode supérieure (130), formée sur ladite couche de cathode ferroélectrique, ayant des zones capables d'émettre des électrons à partir de sa surface, et une couche d'électrode de commande (150), for- mée sur ladite couche d'électrode supérieure, pour com- mander l'émission des électrons depuis les zones d'émis- sion d'électrons de ladite couche d'électrode supérieure. 2. Corps de cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'électrode de com- mande (150) comporte trois électrodes de commande, ayant chacune un trou d'émission d'électrons (151) destiné à laisser passer les électrons, et ladite couche d'élec- trode supérieure (130) comporte plusieurs minuscules trous d'émission (131) sur les zones correspondant auxdits trous d'émission d'électrons de ladite couche d'électrode de commande (150). 3. Corps de cathode selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre desdits trous d'émis- sion d'électrons (151) de ladite couche d'électrode de commande est inférieur à 300 micromètres. 4. Corps de cathode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche de cathode ferroélectrique (120) est une couche constituée d'un matériau choisi parmi le groupe constitué de PZT et PLZT. 5. Corps de cathode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche de cathode ferroélectrique (120) est comprise entre 1 et 100 micromètres. 6. Canon à électrons (900), caractérisé en ce qu'il comporte: un corps de cathode (190) selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, un groupe d'électrodes comportant plusieurs électrodes (150) pour commander et accélérer les élec- trons émis par ledit corps de cathode, et des moyens de support (820) pour supporter le- dit corps de cathode et ledit groupe d'électrodes. 7. Tube à rayons cathodiques, caractérisé en ce qu'il comporte: un canon à électrons (900) selon la revendica- tion 6, un tube (300) ayant une partie de col dans laquelle est installé ledit canon à électrons, et un panneau (400) ayant un écran (410) sur le- quel des images sont affichées par le faisceau d'élec- trons émis par ledit canon à électrons.