Brevet FR2855320A1 — publié le 20041126

-q L'invention concerne un canon à électrons pour tube cathodique et notamment un canon à électrons haute définition pour tube de télévision couleur. Un tube de télévision conventionnel comporte un 5 panneau avant ou écran de forme rectangulaire et quasiment plane. L'écran est muni sur sa face interne d'une mosaïque de pastilles de luminophores ou pixels qui excitées par un faisceau d'électrons émettent une lumière qui peut être bleue, verte ou rouge selon le luminophore 10 excité. Un canon à électron scellé dans l'enveloppe du tube est dirigé vers le centre de l'écran et permet d'émettre le faisceau d'électrons vers les différents points de l'écran à travers un masque perforé (ou 15 shadomask) . Le canon à électrons permet de focaliser le faisceau d'électrons sur la face interne de l'écran portant les luminophores. Un système de déviation placé autour ou de part et d'autre du tube permet d'agir sur la direction du 20 faisceau d'électrons pour dévier sa trajectoire. Une action continuelle du système de déviation permet ainsi de réaliser un balayage horizontal et vertical de l'écran de façon à explorer toute la mosaïque de luminophores. Sans déviation du faisceau d'électrons et avec 25 des électrodes du canon symétriques qui créent dans le canon des champs électrique symétriques, le faisceau d'électrons atteint le centre de l'écran et le spot formé est circulaire. Lorsqu'on agit sur le système de déviation et qu'on défléchit la direction du faisceau, le spot sur l'écran est déformé et le problème est d'autant plus crucial que le faisceau est défléchi vers la périphérie 5 de l'écran voire vers les coins de l'écran. Notamment, dans le cas d'un écran rectangulaire dont la grande dimension est horizontale, une déflexion horizontale vers les bords de gauche et de droite donne lieu à un spot déformé horizontalement. Dans les coins ont a une 10 déformation combinée verticalement et horizontalement. Pour remédier à ces défauts on prévoit dans la technique des électrodes réalisées sous forme de quadripôles et commandées électriquement de façon différentes dans le sens vertical et dans le sens 15 horizontal et cela pour pré compenser les déformations du faisceau que l'on vient de décrire. Les effets quadripolaires permettent ainsi de réaliser des facteurs de formes pour les faisceaux électroniques. Ces effets tendent à contrer les 20 phénomènes de distorsion de formes de faisceaux créés par le déviateur en situation de déviation vers la périphérie de l'écran et donc de déformation de taille de spot sur l'écran. Le facteur de forme doit être dynamique en fonction de la déviation du faisceau. La distorsion horizontale du faisceau électronique vers la périphérie de l'écran est donc le résultat d'une déflexion magnétique provoquée par le déviateur assurant la déflexion du faisceau pour réaliser le balayage de l'écran, et associé à ce déviateur 30 l'action d'un quadripôle de sortie dans le canon. Il résulte de la combinaison de ces effets une dégradation de la résolution horizontale et une forte amélioration de la résolution verticale. Comme cela est représenté sur la figure 2a, les lignes de forces électriques sont alors orientées dans le 5 sens des flèches 4 et le faisceau électronique subit une force de compression 2 selon le plan horizontal et de distorsion 3 selon le plan vertical. En partant du principe qu'un faisceau électronique doit de préférence occuper une surface suffisamment grande dans le plan 10 d'une lentille principale de sortie d'un canon à électrons pour obtenir une meilleure résolution possible et que la taille du faisceau en bord d'écran n'est pas optimale pour une bonne résolution, il apparaît un problème à résoudre. Parmi les différentes possibilités de structures, une structure de quadripôle utilisant trois électrodes est utilisée. C'est le cas par exemple de la structure décrite dans le brevet US 5 027 043. Dans ce système, les électrodes d'entrée et de sortie sont à un potentiel 20 variable ce qui entraîne une altération des propriétés optiques des lentilles en amont et en aval de ce système. L'objet de l'invention est donc d'améliorer la forme du spot en bord d'écran sur un écran de télévision haute définition et notamment d'augmenter la dimension 25 horizontale du faisceau d'électrons dans la lentille principale du canon. Pour cela, l'invention prévoit de placer un dispositif quadripolaire permettant d'annuler les effets indésirables produits par le dispositif quadripolaire placé en sortie du canon et par le 30 déviateur. L'invention concerne donc un canon à électrons pour tube cathodique comprenant alignés en série le long d'un axe: - une cathode émissive d'électrons, - une première électrode et une deuxième électrode réalisant la formation d'un faisceau d'électrons et sa focalisation vers un point dit de crossover - une lentille électronique de pré focalisation 10 du faisceau d'électrons, - un premier dispositif quadripolaire commandé électriquement de façon dynamique en synchronisme avec le balayage d'écran pour corriger des défauts de focalisation du faisceau en bord d'écran, une lentille électronique principale permettant de focaliser le faisceau d'électrons sur un écran. Ce canon comporte en outre un deuxième dispositif quadripolaire situé entre la lentille électronique de pré focalisation et le premier dispositif quadripolaire et 20 comportant, disposées parallèlement et en série le long dudit axe: - une première électrode présentant au moins une ouverture rectangulaire dont les grands côtés sont orientés selon une 25 première direction, - une deuxième électrode présentant au moins une ouverture rectangulaire dont les grands côtés sont orientés selon une deuxième direction orthogonale à la 30 première, - une troisième électrode présentant au moins une ouverture rectangulaire dont les grands côtés sont orientés selon la première direction,la première électrode 5 et la troisième électrode étant mise à un potentiel de polarisation fixe, la troisième électrode étant à un potentiel de polarisation variant en synchronisme avec le balayage d'écran. L'écran étant de forme rectangulaire, la première direction d'orientation des grands côtés des ouvertures des électrodes de la première et la troisième électrode du deuxième dispositif quadripolaire est parallèle aux grands côtés de l'écran. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention,la première et la troisième électrode du deuxième dispositif quadripolaire sont à une même distance d de la seconde électrode. De plus on pourra prévoir avantageusement que la 20 distance d et les distances focales Fo du deuxième dispositif quadripolaire soient liées par la relation: Fo = ao + al.d + a2.L + a3.H + a12.d.L + a23.L.H + a22. L2 + a33.H2 dans la quelle: - L est la longueur d'un grand côté des ouvertures des électrodes du deuxième dispositif quadripolaire, - H est la longueur d'un petit côté des ouvertures des électrodes du deuxième dispositif 30 quadripolaire, - ao, ai, a3, a12, a23, a22, a33 sont des constantes. De plus, la distance dl du deuxième dispositif quadripolaire au premier dispositif quadripolaire est 5 liée à la distance d2 du premier dispositif quadripolaire à la lentille électronique principale par la relation: (Gtmin-ao-al.dl)/a2 Selon un mode de réalisation de l'invention, les grands côtés des ouvertures des électrodes possèdent des 15 évidements de formes circulaires dont le rayon R est égal à : R = (H/2) / cos(OE.n/2) Avec: H: distance entre les deux grands côtés d'une 20 ouverture - e: pourcentage du périmètre du cercle de rayon R. Les différents aspects et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la 25 description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: les figures la et lb, un exemple de réalisation d'un canon à électrons pour tubes cathodiques 30 selon l'invention applicable à des canons haute définition, - les figures 2a et 2b, des diagrammes illustrant des effets quadripolaires induits sur la forme d'un faisceau d'électrons émis par un canon à électrons, - les figures 3 et 4, un exemple de 5 réalisation d'un dispositif quadripolaire selon l'invention, - la figure 5, un schéma illustrant les positions respectives des dispositifs quadripolaires du canon selon l'invention, - la figure 6, une ouverture d'une électrode d'un dispositif quadripolaire. En se reportant à la figure 1, on va donc décrire un exemple de réalisation d'un canon à électrons selon l'invention. Ce canon à électrons comporte une cathode K émettant des électrons par thermo émission. Une électrode G1 en coopération avec l'électrode G2 initialise la formation d'un faisceau d'électrons selon l'axe XX' à partir des électrons émis par la cathode. L'électrode G2 focalise le faisceau ainsi constitué vers un point de focalisation, appelé " crossover ". La taille de ce point de focalisation est aussi ponctuelle que possible. A titre d'exemple, l'électrode G1 est à un potentiel statique compris entre 25 la masse et 100 volts. L'électrode G2 est à un potentiel compris entre 300 volts et 1200 volts. L'électrode G3 portée, selon cet exemple, à un potentiel compris entre 6000 et 9000 volts contribue à l'accélération des électrons. L'électrode G4 portée à potentiel sensiblement équivalent à celui de l'électrode G2 constitue avec l'électrode G3 et la partie de l'électrode G5 face à G4 une lentille électronique de pré focalisation pour le faisceau d'électrons. Les électrodes G5, G6 et G7 constituent des 5 lentilles quadripôlaires et vont induire sur le faisceau un effet quadripolaire de façon à exercer un effort de compression du faisceau d'électrons dans le plan vertical et une distorsion dans le plan horizontal. Comme on l'a décrit précédemment, les déformations du faisceau sont 10 plus importantes à la périphérie de l'écran et notamment aux angles de l'écran. Elles augmentent continûment du centre de l'écran vers la périphérie. L'ensemble d'électrodes ou quadripôle G5, G6, G7 doit donc réaliser une précorrection en fonction de la déviation du 15 faisceau. Cette correction doit donc être réalisée continûment en synchronisme avec le système de balayage d'écran. La constitution des quadripôles créés par G5, G6, G7 et la commande des électrodes seront décrites ultérieurement. Le dispositif G7-G8 réalise un effet quadripolaire qui tend à exercer sur le faisceau d'électrons un effort de compression selon le plan horizontal et un une distorsion selon le plan vertical comme cela a été décrit en relation avec la figure 2a. L'électrode G9 est l'électrode constituant avec G8 la lentille principale de sortie. La figure lb représente de façon plus détaillée un exemple de réalisation du dispositif quadripolaire constitué essentiellement par les électrodes G5, G6, G7. 30 Cet exemple de réalisation est appliqué à un canon permettant d'obtenir un tube trichrome. Chaque plan d'électrode comporte donc trois électrodes et le canon à électrons traite donc trois faisceaux d'électrons. On retrouve sur cette figure les électrodes G3 et G4. L'électrode G6 est située à égales distances des électrodes G5 et G7. Les électrodes G5 et G7 sont portées à un même potentiel fixe qui est par exemple compris entre 6000 et 9000 volts. L'électrode G6 reçoit un potentiel variable appelé également potentiel dynamique qui varie en synchronisme avec le balayage de ligne. La tension dynamique Vd varie, par exemple, entre quasiment 0 volts et jusqu'à 2000 volts. L'électrode G6 est à un potentiel 15 V6 = V5 + Vd. Au centre de l'écran le potentiel de l'électrode G6 vaut V6=V5=V7=Vf. La tension dynamique Vd (0-2000V) est appliquée à l'électrodes G6 en situation de déflexion des faisceaux électroniques. La tension de l'électrode G6 est donc la somme de Vf+Vd= V6 dans les 20 coins et en périphérie. Les formes des différentes électrodes G5, G6 et G7 sont représentées en figures 3 et 4. Chaque électrode comporte une ouverture 8, 9, 10 respectivement de forme générale rectangulaire. Chaque 25 grand côté de ces ouvertures comporte un élargissement en forme d'arc de cercle utile pour le montage des électrodes et dont la forme sera précisé ultérieurement. Les ouvertures 8, 9 et 10 sont identiques ou quasiment identiques. La plus petite dimension de ces 30 ouvertures a pour valeur H et la plus grande dimension a pour valeur L. Les électrodes G5 et G7 ont leurs ouvertures 8 et orientées de telle façon que leurs grandes dimensions sont horizontales alors que l'électrode G6 a ses ouvertures orientées avec ses grandes dimensions 5 verticales c'est-à-dire perpendiculairement aux ouvertures 8 et 9 des électrodes G5 et G7. Les surfaces de l'élargissement en forme d'arcs de cercles ont les mêmes dimensions pour les différentes ouvertures des trois électrodes. L'ensemble du dispositif quadripolaire possède des focales verticale et horizontale Fo et est conçu pour que ces focales permettent d'obtenir une résolution de haute définition. La focale Fo est déterminée à partir des 15 dimensions L et H des ouvertures des électrodes G5 à G7 et de la distance d entre les électrodes G5-G6 et G6-G7. La variation de la focale Fo s'exprime sous la forme mathématique par un modèle polynomial approché du second degré applicable dans tout le domaine de variabilité des 20 paramètres (d, L, H). C'est ainsi que la valeur de Fo peut s'écrire sous la forme: Fo = ao + al.d + a2.L + a3.H + a12.d.L + a23.L.H + a22.L2 + a33.H2 Les coefficients ao à a33 ont des valeurs constantes qui dépendent des gammes de valeurs choisies pour D, L et H. D'autres paramètres interviennent également dans la détermination de ces coefficients. Il 30 s'agit par exemple de: - la valeur relative a des élargissements en forme d'arcs de cercle mentionnés précédemment par rapport à la dimension L des ouvertures. Ce coefficient a sera explicité ultérieurement en relation avec la figure 6. - L'erreur d'estimation admise et d'autres coefficients de précision. A titre d'exemple, pour des valeurs de paramètres suivantes: 0.9mm De manière générale la longueur du canon à électrons correspondant à dO+dl+d2 est une donnée constructeur. On aura de préférence 32 mm La détermination des valeurs de dO, dl et d2 dépend notamment du niveau de la tension dynamique Vd appliquée au quadripôle G5-G6-G7 (tension dynamique 10 appliquée aux deux quadripoles) et du grandissement transversal optique Gt. Le choix des deux critères (tension dynamique Vd, grandissement transversal Gt) est conséquent à l'étude 15 analytique du canon "Haute définition". Les valeurs estimées sont quelques peu différentes de la réalité mais ont permis un positionnement relatif des quadripôles utilisés dans notre canon. La variation du grandissement transversal 20 s'exprime sous la forme d'un polynôme simple: Gt = ao + al*dl + a2 *d2 Et la tension dynamique appliquée au quadripole G5-G6-G7 s'exprime sous la forme du polynome: Vd = bo + bl *dl + b2*d2 Dans ces relations les coefficients aO à b2 peuvent avoir, à titre d'exemple, les valeurs suivantes: aO = -25.74 al = +0.51 a2 = +0.27 bO = +470.21 bl = +34.04 b2 = +27.17 Dans le cadre d'un exemple d'application, on pourra se fixer avantageusement: Vd Gtmin avec Gtmin = -17.5 Les relation précédentes s'écriront: Vd = bo + bl *dl + b2*d2 Gtmin (2) On aura donc: (Gtmin-ao-al.dl)/a2 Comme cela a été mentionné précédemment, les élargissements des ouvertures 8, 9 10 sous forme d'arcs de cercles peuvent être calculées. En se reportant à la figure 6, on va décrire comment déterminer ces élargissements. On remarque tout d'abord que la distance Pl entre 5 les points A et B de l'ouverture est égale de préférence à la distance entre les points C et D. Si on désigne par O le pourcentage d'un arc de cercle par rapport au périmètre de cercle de rayon R, la somme des longueurs des arcs de cercle AB et CD est 10 P = . n. R La longueur d'un arc de cercle étant donnée par la formule P = R.@ et qu'on a 0= an Pour une dimension déterminée H d'une ouverture 15 d'une électrode, il faut avoir un élargissement des ouvertures de rayon R tel que la relation suivante soit respectée: R = (H/2) / cos(O.n/2) REVENDICATIONS 1. Canon à électrons pour tube cathodique comprenant alignés en série le long d'un axe (XX') : - une cathode (K) émissive d'électrons, - une première électrode (Gl) et une deuxième électrode (G2) réalisant la formation d'un faisceau d'électrons et sa focalisation vers un point dit de crossover - une lentille électronique de pré focalisation (G3, G4, G5) du faisceau d'électrons, - un premier dispositif quadripolaire (G7, G8) commandé électriquement de façon dynamique en synchronisme avec le balayage d'écran pour corriger des défauts de focalisation du faisceau en bord d'écran, - une lentille électronique principale (G815 G9) permettant de focaliser le faisceau d'électrons sur un écran, caractérisé en ce qu'il comporte également un deuxième dispositif quadripolaire ( G5, G6, G7) situé entre la lentille électronique de pré focalisation (G3, 20 G4) et le premier dispositif quadripolaire et comportant, disposées parallèlement et en série le long dudit axe (XX'): - une tpremière électrode (G5) présentant au moins une ouverture 25 rectangulaire dont les grands côtés sont orientés selon une première direction, - une deuxième électrode (G6) présentant au moins une ouverture rectangulaire dont les grands côtés sont orientés selon une deuxième direction orthogonale à la première, - une troisième électrode (G7) présentant au moins une ouverture 5 rectangulaire dont les grands côtés sont orientés selon la première direction, la première électrode et la troisième électrode étant mise à un potentiel de polarisation fixe, la deuxième électrode étant à un potentiel de polarisation 10 variant en synchronisme avec le balayage d'écran. 2.Canons à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran est de forme rectangulaire et a ses grands côtés orientés parallèlement à la première direction d'orientation des 15 grands côtés des ouvertures des électrodes de la première et la troisième électrode du deuxième dispositif quadripolaire. 3.Canons à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la troisième 20 électrode du deuxième dispositif quadripolaire sont à une même distance d de la deuxième électrode du même dispositif. 4.Canons à électrons selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite distance d et les distances 25 focales Fo du deuxième dispositif quadripolaire sont liées par la relation: Fo = ao + ai.d + a2.L + a3.H + a12.d.L + a23.L.H + a22.L2 + a33.H2 dans la quelle: - L est la longueur d'un grand côté des ouvertures des électrodes du deuxième dispositif quadripolaire, - H est la longueur d'un petit côté des 5 ouvertures des électrodes du deuxième dispositif quadripolaire, - ao, al, a3, a12, a23, a22, a33 sont des constantes. 5. Canons à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance dl du deuxième dispositif quadripolaire au premier dispositif quadripolaire est liée à la distance d2 du premier dispositif quadripolaire à la lentille électronique principale par la relation: (Gtmin-ao-al.dl)/a2 6. Canons à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grands côtés des ouvertures des électrodes possèdent des évidements de formes circulaires dont le rayon R est égal à : R = (H/2) / cos(O.n/2) Avec: - H: distance entre les deux grands côtés d'une ouverture - a: pourcentage du périmètre du cercle de rayon R.