Brevet FR2855321A1 — publié le 20041126

L'invention concerne un canon à électrons pour tube cathodique et notamment un tube de télévision. Dans un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques, la région de formation du faisceau d'électrons également 5 appelée Beam Forming Region (BFR) comporte principalement une cathode, une électrode de commande et une électrode d'écran (l'ensemble constituant une triode) et une lentille de pré focalisation. Le bombardement d'ions vers la cathode est l'une des causes majeures de détérioration de celle-ci notamment dans le cas de cathodes imprégnées. Lors de la fabrication du tube, pour des questions de coûts, il n'est pas possible de faire le vide parfait dans le tube et il peut rester trop de 15 molécules de gaz. On peut piéger les molécules actives, par contre les molécules non actives restent. Par ailleurs, à partir de la surface de la cathode, les électrons d'un faisceau d'électrons sont accélérés vers l'anode par un champ électrique 20 d'électrode. Des collisions vont se produire entre les électrons émis et les molécules de gaz contenues dans le canon à électrons, donnant lieu à la génération d'ions positifs. Ces ions positifs vont être soumis aux différences de potentiels des électrodes. Ils vont 25 s'accélérer et venir vers la cathode qui est une électrode négative, et ainsi bombarder la cathode. Le matériau de cathode va donc être attaqué et détérioré. On notera que l'intensité du courant d'ions est proportionnelle au courant électronique de la cathode. De plus, plus les ouvertures des électrodes du canon sont grandes, plus on a un risque d'avoir un retour d'ions important (voir le document: T.Higushi,S.Yamamoto,H.Kudoand H. Murata, "Modeling of life deterioratin by ion bombardment of a dispenser cathode coated with Ir/Wfilm", Applied Surface Science, 200, p 125-137 (2002).). Différentes approches ont été proposées pour résoudre ce problème. Une approche consiste à prévoir une discontinuité du champ électrique dans la région de formation du faisceau (BFR) pour dévier les ions positifs 10 à partir de leur trajectoire initiale qui pointe normalement vers la cathode. Mais cette méthode nécessite une modification de la distribution du champ électrique dans la lentille de pré focalisation du faisceau d'électrons (voir le document: F.A.vanAbeelen,andM.C.J.M. Vissenberg, "Low-Cost Electron-Optically Neutral Ion Trap", IDW'02, p. 14011402 (2002).). Une autre approche consiste à prévoir un piège à ions sous forme d'une plaque placée au niveau de la zone de glissement entre la lentille de pré focalisation et la 20 lentille principale qui stoppe les ions en retour. Cependant tous les ions créés dans le canon ne sont pas piégés et notamment les ions générés en amont de la lentille de pré focalisation. L'invention a pour objet de résoudre ce problème. 25 L'invention concerne donc un piège à ions pour canon à électrons lequel comprend disposées, en série le long d'un axe, une cathode émissive d'électrons, une première électrode et une deuxième électrode de formation de faisceau, au moins une troisième électrode de pré 30 focalisation, chaque électrode étant munie d'au moins une ouverture pour le passage des électrons. Un dispositif de masquage en matériau conducteur de l'électricité est disposé le long de l'axe, à proximité de la première électrode ou est associé à la première électrode et est connecté électriquement à cette première électrode. Les 5 dimensions de ce masque selon un plan perpendiculaire à l'axe sont inférieures aux dimensions de l'ouverture de la première électrode. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de masquage est plaqué contre une face de 10 ladite première électrode et est en contact avec cette électrode. Le dispositif de masquage comporte une partie périphérique plaquée contre ladite face de la première électrode ainsi qu'un élément de masquage disposé selon ledit axe et est raccordé à la partie périphérique par au 15 moins un élément de raccordement. Selon un autre mode réalisation, le dispositif de masquage est situé dans ladite ouverture de la première électrode et est connecté à cette électrode par au moins un élément de raccordement. Le dispositif de masquage et 20 la première électrode forment une même pièce. Selon un mode de réalisation, le dispositif de masquage à la même forme générale que l'ouverture de l'électrode. Mais il peut également avoir une forme générale différente de celle de l'ouverture de 25 l'électrode. Pratiquement, le dispositif de masquage peut comporter au moins deux trous qui délimitent le masque et qui servent de passages aux électrons émis par la cathode. Ces trous peuvent être de formes oblongues. Les différents aspects et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - La figure la, un exemple général de réalisation d'un canon à électrons mettant en oeuvre le piège à ions de l'invention, - les figures lb et lc, des courbes équipotentielles mettant en évidence un intérêt supplémentaire de l'invention, - les figures 2a à 2e, des exemples de réalisation du piège à ions selon l'invention réalisés sous forme de plaques accolées à une face de l'électrode G1, - les figures 3a et 3b, un exemple de réalisation du piège à ions selon l'invention intégré à l'électrode G1. En se reportant à la figure la, on va donc tout d'abord décrire un exemple général de réalisation du 20 piège à ions selon l'invention. Sur cette figure, on reconnaît un canon à électrons pour tube cathodique avec sa cathode K, les électrodes G1 et G2 servant à former le faisceau d'électrons, et un système de focalisation G3-G4 du 25 faisceau d'électrons vers un écran EC situé à droite du canon à électrons. Ces différents dispositif sont alignés selon un axe XX'. Le faisceau d'électrons est focalisé en un point CO appelé point de crossover, le faisceau devient ensuite 30 divergent, puis il est focalisé sur l'écran EC. En l'absence de déflexion du faisceau, celui-ci est focalisé en principe au centre de l'écran EC. On sait que l'on peut arrêter les ions susceptibles de se diriger vers la cathode K en plaçant 5 un piège à ions entre les électrodes G3 et G4 (voir document: J.H.A. Vasterink, "Cathode ray tube with an ion trap including a barrier member", Patent US 4749904). Un tel piège est constitué d'une plaque placée selon l'axe XX' qui permet d'absorber les ions qui viennent la frapper. Cependant, la cathode 10 n'est pas protégée contre les ions qui sont créés entre l'électrode G1 et l'électrode G3, ni contre les ions qui ne sont pas arrêtés par un tel piège à ions. Par ailleurs, il n'est pas envisageable de placer un piège à ions à proximité de pourquoi, l'invention prévoit de 15 placer un piège à ions au niveau de l'électrode G1. Pourtant, il y avait là aussi la crainte de perturber la transmission l'électrode G2 car la zone du point de focalisation de crossover se trouve sensiblement au niveau de l'électrode G2 et un piège à ions placé dans 20 cette zone perturberait gravement la propagation du faisceau d'électrons venant de la cathode. - C'est du faisceau d'électrons. Cependant, on s'est aperçu qu'au contraire, cela pouvait être un avantage de placer un dispositif de 25 masquage constituant un piège à ions au niveau de l'électrode G1. Sur la figure la, on a donc représenté un masque M placé le long de l'axe XX' et à proximité de l'ouverture 10 de l'électrode G1. Ce masque est en 30 matériau conducteur et est relié électriquement à l'électrode G1. Les ions qui vont venir toucher le masque M vont donc être absorbés par le circuit électrique de l'électrode G1. Bien entendu, la surface de ce masque selon un plan perpendiculaire à l'axe XX' est inférieur à la surface de l'ouverture 10 de l'électrode G1. Des 5 indications sur la surface de ce masque seront données ultérieurement. Comme mentionné précédemment, le fait de prévoir un masque tel que M à proximité de l'ouverture de l'électrode G1 présente un avantage supplémentaire (outre 10 le fait de bloquer le passage des ions vers la cathode K). En effet, en absence de masque M, la répartition des courbes équipotentielles entre la cathode et l'électrode Gi est représentée en figure lb. On voit donc qu'on a un maximum de densité de courant le long de l'axe XX'. Par contre, en prévoyant un masque M selon l'axe XX', à proximité de l'électrode G1 et en portant ce masque au potentiel de l'électrode G1, on obtient des répartitions de potentiel tels que représentées en figure lc. Les maximums de densité de courant se répartissent 20 donc de part et d'autre de l'axe XX' et plus précisément de part et d'autre du masque M. Si l'ouverture 10 de l'électrode G1 est circulaire et que le masque est également circulaire, on obtient des densités de courant qui se répartissent selon un cylindre creux compris entre 25 l'électrode G1 et le masque M. Si on considère un plan perpendiculaire à l'axe XX', les maximums de densité de courant se répartissent donc selon un cercle. Le piège à ions permet, par sa structure, de générer des faisceaux creux. Dans ces faisceaux, la répulsion des électrons 30 entre eux est diminuée.. On va maintenant décrire différents modes de réalisation du masque M. En figure 2a à 2d, on a représenté un mode de réalisation selon lequel le masque M se présente sous la 5 forme d'une plaque qui est positionnée contre une des deux faces de l'électrode G1 et qui obstrue partiellement l'ouverture 10 de l'électrode Gi. La plaque M est fixée à l'électrode G1 et lui est connectée électriquement de façon à être au même potentiel que cette électrode. Les figures 2b à 2d représentent différents exemples de réalisation de cette plaque. Sur la figure 2b, la plaque M comporte une partie périphérique M2 destinée à être plaquée contre l'électrode Gi, une partie centrale Ml destinée à assurer 15 la fonction de piège à ions et des éléments de raccordement M3 (par exemple trois sur la figure 2b) reliant mécaniquement et électriquement la partie centrale Ml à la partie périphérique M2. Les différents éléments de plaque M sont en matériau conducteur. La 20 partie périphérique M2, la partie centrale M1 et les éléments M3 délimitent des ouvertures telles que 01 et 02 permettant le passage du faisceau d'électrons. La figure 2c représente une plaque M en matériau conducteur comportant des trous tels que T1 et T2 25 répartis selon un cercle. La partie centrale Ml délimitée par ces trous assure la fonction de piège à ions. Les trous T1, T2 permettent le passage du faisceau d'électrons. La figure 2d représente un mode réalisation dans 30 lequel une partie périphérique Ml comporte une ouverture Sl au moins aussi grande que l'ouverture 10 de l'électrode Gi. La partie centrale Ml est supportée par une grille conductrice GR qui est fixée à la partie périphérique M2. Sur la figure 2d, la partie centrale tenant lieu de piège à ions a une forme carrée mais elle pourrait avoir une autre forme. Les figures 3a et 3b représentent un mode réalisation dans lequel le masque est placé dans l'ouverture 10 de l'électrode G1. Selon l'exemple de la figure 2b, le masque est réalisé dans le matériau de 10 l'électrode G1. Par exemple, la face de sortie de l'électrode est découpée de façon à présenter une partie centrale M1 reliée à la partie périphérique par des éléments de liaison et comportant des ouvertures disposées à égale distance de l'axe XX'. Cependant 15 d'autres formes de découpes pourraient convenir. A titre d'exemple de réalisation, la surface de la partie centrale de ces masques servant de pièges à ions pourra avoir une surface équivalente au minimum à 4% de la surface de l'ouverture 10 de l'électrode G1. La 20 somme des ouvertures d'un masque pourra être de préférence équivalente à au moins 50% de la surface de l'ouverture de l'électrode G1. Dans ce qui précède, on a considéré que l'ouverture de l'électrode G1 était circulaire et on a 25 envisagé des masques de formes générales circulaires. Mais on peut également prévoir des masques n'ayant pas la même forme que l'ouverture de l'électrode et en l'occurrence ils pourraient ne pas être circulaires. De plus, l'ouverture de l'électrode G1 pourrait 30 ne pas être circulaire. Par exemple, elle pourrait rectangulaire ou carrée. Le masque pourrait bien sûr avoir une forme également rectangulaire ou carrée, mais il pourrait avoir une forme différente, par exemple triangulaire. Enfin, l'espace libre prévue entre la zone de 5 masquage et les bords de l'ouverture de l'électrode n'entoure pas forcément la totalité de la zone de masquage. Par exemple, on peut prévoir que deux trous, de préférence de formes oblongues, disposés de part et d'autre de la zone de masquage comme cela est représenté 10 en figure 2e. REVENDICATIONS l.Piège à ions pour canon à électrons comprenant disposées, en série le long d'un axe (XX'), une cathode (K) émissive d'électrons, une première électrode (G1) et une deuxième électrode (G2) de formation de faisceau, au 5 moins une troisième électrode de pré focalisation, chaque électrode étant munie d'au moins une ouverture pour le passage des électrons, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de masquage en matériau conducteur de l'électricité, disposé le long de l'axe (XX'), à 10 proximité de la première électrode ou associé à la première électrode et connecté électriquement à cette première électrode, les dimensions de ce masque selon un plan perpendiculaire à l'axe (XX') étant inférieures aux dimensions de l'ouverture de la première électrode (G1). 15 2.Piège à ions pour canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit masque (M) est plaqué contre une face de ladite première électrode (G1) et est en contact avec cette électrode. 3.Piège à ions pour canon à électrons selon la 20 revendication 2, caractérisé en ce que le masque (M) comporte une partie périphérique (M2) plaquée contre une des faces de la première électrode ainsi qu'un élément de masquage (Mi) disposé selon l'axe (XX') et raccordé à la partie périphérique par au moins un élément de 25 raccordement (M3). 4.Piège à ions pour canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit masque (M) est situé dans ladite ouverture de la première électrode et est connecté à cette électrode par au moins un élément de raccordement. 5. Piège à ions pour canon à électrons selon la revendication 4, caractérisé en ce que le masque (M) et la première électrode (G1) forme une même pièce. 6. Piège à ions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de masquage (M) a la même forme générale que l'ouverture de l'électrode (Gi). 7. Piège à ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de masquage (M) a une forme générale différente de celle de l'ouverture de l'électrode (Gi). 8. Piège à ions selon l'une des revendications 15 précédentes caractérisé en ce que le dispositif de masquage comporte au moins deux trous qui délimitent le masque et qui servent de passages aux- électrons émis par la cathode. 9. Piège à ions selon la revendications 8, 20 caractérisé en ce que lesdits trous sont de formes oblongues.