Brevet FR2875946A1 — publié le 20060331

L'invention concerne une triode de canon à électrons pour tube à rayons cathodiques. Un canon à électrons d'un tube à rayons cathodiques comporte une cathode émettant des électrons par thermo émission et deux électrodes qui initialisent la formation d'un faisceau d'électrons à partir des électrons émis par la cathode. Un point de focalisation est ainsi formé. La taille de ce point de focalisation est aussi ponctuelle que possible. Ce point de focalisation sera appelé "crossover" dans la suite de la description. La figure 1 représente de façon schématique une telle triode appliquée à un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques couleur. La cathode et les deux électrodes sont alignées selon l'axe Z. L'axe Z est l'axe longitudinal principal du canon à électrons, les 3 faisceaux d'électrons rouge vert et bleu cheminant de façon essentiellement parallèle à l'axe Z. L'axe horizontal X est perpendiculaire à l'axe Z et passe par les 3 centres des trous rouge, vert et bleu de l'électrode G1. L'axe vertical Y est perpendiculaire aux axes X et Z et passe par le centre du trou vert de l'électrode 25 G1. La forme, la position et l'étendue du crossover d'un canon à électrons sont causées par le fait que dès après avoir été émis par la zone émissive de la cathode K, les électrons subissent, entre la cathode et l'électrode G1, l'action d'une lentille électronique fortement convergente. Autrement dit, les électrons émis plus loin du centre de la zone émissive ont des trajectoires dont les angles par rapport à l'axe longitudinal Z du canon sont beaucoup plus grands. Par conséquent les trajectoires du faisceau croisent l'axe Z à des positions Z différentes et avec des angles différents: d'où l'étendue du crossover en Z et en transversal (dans le plan (X Y). De plus, le déplacement du crossover, lorsque le courant de faisceau varie, est causé par deux effets: (1) Plus le courant de faisceau est grand, plus des électrons sont émis loin du centre de la zone émissive, donc s'ensuivent les effets décrits au paragraphe précédent. (2) Plus le courant de faisceau est grand, moins la lentille cathode/électrode G1 est convergente, donc plus les trajectoires se croisent loin de la cathode. Comme l'effet (2) l'emporte sur l'effet (1), la position du crossover s'éloigne de la cathode lorsque le courant de faisceau augmente. Il en résulte que la focalisation optimale par la lentille principale du canon ("main lens") est différente en fonction du courant de faisceau. Ceci s'appelle le "focus tracking" et le concepteur de canon à électrons cherche à le minimiser. Dans la suite, on appelle surface émissive de la cathode, la surface capable d'émettre des électrons. Selon la triode choisie et les paramètres électriques choisis pour son fonctionnement, une portion plus ou moins étendue de la surface émissive émet effectivement le faisceau d'électrons. Dans un canon à électrons classique, tel que celui décrit dans le brevet US5760550 équipé d'une région de formation de faisceau (BFR) astigmate, on prévoit un trou dissymétrique dans la partie de la première électrode G1 qui est en regard de la cathode, c'est-à-dire un trou qui ne possède pas une symétrie de révolution autour de l'axe Z, et qui est axisymétrique. Ce trou est, par exemple, rectangulaire ou elliptique ou en losange). Dans un tel canon à électrons l'ovalisation du faisceau et l'astigmatisme ne sont pas indépendants parce qu'ils sont tous les deux liés à la forme de la zone émissive, l'astigmatisme étant en outre lié aux forces de la lentille convergente cathode/Gl dans le plan horizontal et dans le plan vertical. L'ovalisation et l'astigmatisme varient lorsque le courant de faisceau varie (parce que la zone émissive varie). Le fait que l'ovalisation et l'astigmatisme ne sont pas indépendants est illustré par les figures 2a à 2d. Ces figures représentent une triode de canon à électrons dans laquelle les trous de l'électrode Gi ont la forme d'un rectangle dont la plus grande dimension est selon l'axe vertical Y. Les figures 2a et 2b représentent la triode fonctionnant à faible courant de faisceau d'électrons, la figure 2a étant selon le plan XZ et la figure 2b, selon le plan YZ. Les figures 2c et 2d représentent la même triode fonctionnant à fort courant de faisceau d'électrons. Ces figures montrent que, en raison de la dissymétrie entre le plan horizontal et le plan vertical, la force de la lentille cathode/électrode G1 présente une dissymétrie entre le plan horizontal et le plan vertical, de sorte que le crossover horizontal est séparé du crossover vertical. Par ailleurs, le brevet US 4091311 décrit une cathode annulaire plane permettant de créer un faisceau d'électrons tubulaire ("hollow beam") dans le canon à électrons. Cette cathode annulaire est mise dans un ensemble formé de la cathode et d'une électrode Gl et d'une électrode G2. Les figures 3a à 3c représentent le cas d'une triode équipée d'une cathode annulaire plane pour deux valeurs de courant de faisceaux d'électrons. On constate que, lorsque le courant de faisceau est plus fort, le crossover change de localisation, mais la zone émissive garde à peu près la même étendue. La forme annulaire apporte les avantages suivants sur une cathode classique plane dont la zone émissive est en forme de disque: - un moindre déplacement du crossover quand le courant de faisceau varie, puisque la zone émettrice du faisceau s'agrandit (quand le courant de faisceau augmente) de part et d'autre de l'anneau médian de la zone annulaire, de sorte que le crossover s'agrandit selon l'axe Z mais son barycentre bouge peu. - une moindre modulation de la tension de commande vidéo (moindre "drive amplitude"), ce qui permet de simplifier le circuit de modulation ( drive circuit.) et d'en réduire la puissance électrique consommée. - une réduction de l'artefact de l'image télévision appelé "moiré" grâce à une moindre finesse du spot électronique aux faibles valeurs du courant de faisceau, grâce au fait que le crossover ne change quasiment pas de localisation en Z lorsque le faisceau passe d'un haut à un bas courant. La demande de brevet W002052599 décrit des variantes de cathodes annulaires qui présentent une ou plusieurs protubérances annulaires dépassant au-dessus de la surface principale de la cathode. Les protubérances ont une symétrie de révolution et ont une forme en demitore ou approchante. Les Figure 4a à 4c représentent une triode équipée d'une telle cathode. La surface émissive est en saillie symétrique de révolution, et toute la triode est symétrique de révolution. Les figures 4b et 4c représentent le fonctionnement de cette triode pour deux valeurs du courant de faisceau. On constate que, lorsque le courant de faisceau est plus fort le crossover change de localisation, mais la zone émissive garde à peu près la même étendue. La zone émissive est légèrement plus étendue puisqu'elle occupe une région un peu plus étendue de part et d'autre de la zone sommitale de la saillie, Alors qu'une cathode à zone émissive en couronne plane a la propriété de restreindre les évolutions du crossover en restreignant la zone émissive à la couronne, cette propriété est obtenue dans le cas d'une cathode à zone émissive protubérante parce que cette protubérance subit un plus fort champ électrique d'extraction et donc l'émission est restreinte à cette zone. Ces cathodes émissives en anneaux protubérants présentent les mêmes avantages listés ci-dessus, que les cathodes à zones émissives en anneaux plans. Mais en outre elles présentent l'avantage de zones émissives plus restreintes pour un courant de faisceau donné, donc une moindre taille de spot sur l'écran et ainsi une meilleure résolution d'image. L'inconvénient est que la zone émissive reste symétrique de révolution, donc l'ovalisation et l'astigmatisme ne sont pas indépendants, et notamment ils ne peuvent pas être ajustés indépendamment lors de la conception. L'objet de l'invention est d'obtenir à la sortie de la région de formation du faisceaux d'électrons, un faisceaux d'électrons dont l'ovalisation (Degré de dissymétrie du profil de densité de courant entre le plan horizontal XZ et le plan vertical YZ) et l'astigmatisme (espacement le long de l'axe Z entre le crossover horizontal et le crossover vertical) sont ajustables indépendamment lors de la conception du canon à électrons et varient peu lorsque le courant de faisceau électronique varie. L'invention concerne donc une triode de canon à électrons pour tube à rayons cathodiques comprenant, disposés selon un premier axe, une cathode ainsi qu'une première électrode dont le potentiel est inférieur sur l'échelle des nombres algébriques, c'est-à-dire en tenant compte du signe, à celui de la cathode et une deuxième électrode dont le potentiel est supérieur à celui de la cathode. La cathode possède au moins une zone émissive en forme de saillie, centrée sur ledit premier axe et s'avançant vers la première électrode. Les électrodes possèdent chacune un trou centré sur le premier axe. Selon l'invention, la zone émissive en forme de saillie ne présente pas une symétrie de révolution autour dudit premier axe. Selon une forme de réalisation le trou de la première électrode ne présente pas de symétrie de révolution par rapport audit premier axe. De façon générale, les espacements mesurés en projection sur un plan, défini par un deuxième et troisième axe perpendiculaire audit premier axe entre la ligne sommitale de la zone émissive en forme de saillie et le bord du trou de l'électrode sont différents selon les deuxième et troisième axes. Avantageusement, la zone émissive en forme de saillie possède deux plans de symétrie contenant le premier axe. Le trou de la première grille peut également posséder deux plans de symétrie contenant le premier axe. La plus grande dimension de la zone émissive en forme de saillie mesurée sur la ligne sommitale est inférieure au diamètre du trou de la première électrode. Selon une forme de réalisation, la projection orthogonale de la ligne sommitale de la protubérance en saillie sur le plan de la première électrode s'inscrit à l'intérieur du trou de cette première électrode. De préférence, la ligne sommitale de la saillie a la forme d'un premier rectangle dont le rapport des dimensions détermine le profil de densité de courant émis et détermine ainsi l'ovalisation du faisceau. Egalement, la partie du trou de la première électrode qui est en regard de la cathode a la forme d'un deuxième rectangle dont les côtés sont parallèles à ceux du premier rectangle le rapport de l'espacement entre les côtés des deux rectangles mesuré parallèlement au deuxième axe à l'espacement entre les côtés mesuré parallèlement au troisième axe détermine la distance entre le crossover horizontal et le crossover vertical, déterminant ainsi l'astigmatisme du faisceau d'électrons. On pourra prévoir également que la cathode comporte plusieurs zones émissives en forme de saillie, ces zones ne présentant pas de symétrie de révolution autour dudit premier axe. L'invention est applicable à un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques couleur comportant trois triodes ainsi décrites et disposées parallèlement audit premier axe. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre ainsi que dans les figures annexées qui représentent: - les figures 1 à 4c, différents états de la 10 technique déjà décrits précédemment, - la figure 5, un exemple de réalisation d'une triode de canon à électrons selon l'invention, - les figures 6a à 6d, des modes de fonctionnement de la triode de la figure 5, à faible courant de faisceau d'électrons et à fort courant d'électrons, la figure 7, une variante de réalisation de la triode selon l'invention, les figures 8a à 8d, des modes de fonctionnement de la triode de la figure 7, à faible courant de faisceau d'électrons et à fort courant d'électrons, - les figures 9a et 9b, une triode selon l'invention dans laquelle la cathode comporte plusieurs 25 zones émissives en saillie. Les dispositions de base de l'invention sont les suivantes: A) donner à la zone émissive en saillie protubérante une forme non symétrique de révolution dans le plan XY, par exemple en donnant une forme en rectangle à la ligne sommitale de la saillie. On crée ainsi un effet de dissymétrie géométrique du profil de densité de courant émis, en quelque sorte une ovalisation du faisceau. B) Prévoir un trou de l'électrode G1 avec une forme non symétrique de révolution dans le plan (X,Y), en choisissant les espacements, mesurés en projection dans le plan (X,Y), entre la saillie de la cathode et le bord du trou de façon à ce qu'ils soient différents selon X et selon Y. On détermine ainsi les emplacements sur l'axe Z du crossover horizontal et du "crossover vertical", autrement dit on gouverne l'astigmatisme du faisceau. En effet, la zone émissive reste restreinte et fixée spatialement sur la saillie tandis que les dimensions du trou selon X et selon Y gouvernent les courbures des équipotentielles sur la saillie et donc gouvernent les orientations angulaires des trajectoires, et finalement gouvernent les emplacements sur l'axe Z du "crossover horizontal" et du "crossover vertical". La figure 5 représente un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel la saillie n'est pas symétrique de révolution mais est rectangulaire. Par exemple, la ligne sommitale S de la saillie est un rectangle dont la largeur parallèle au plan XZ est 2a et dont la longueur parallèle au plan YZ est 2b. Le trou de l'électrode G1 est symétrique de révolution autour de l'axe Z. Ce trou a pour rayon R. Selon l'exemple de réalisation de la figure 5, le diamètre du trou de l'électrode G1 est plus grand que la diagonale du rectangle de la saillie. De préférence, on prévoira que ce diamètre est au moins plus grand que la diagonale du rectangle formé par la ligne sommitale de la saillie S. La projection orthogonale de la ligne sommitale sur le plan de l'électrode G1 est donc inscrite dans la circonférence du trou de cette électrode Les figures 6a à 6d représentent le fonctionnement de cette triode pour deux valeurs du courant de faisceau d'électrons. Les figures 6a et 6b représentent un fonctionnement à faible courant de faisceau et les figures 6c et 6d, un fonctionnement à courant de faisceau plus élevé. On constate que, lorsque le courant de faisceau est plus fort, le crossover change de localisation mais la zone émissive est légèrement plus étendue puisqu'elle occupe une région plus étendue de part et d'autre de la zone sommitale de la saillie. De plus, on constate que, parce que les équipotentielles situées entre la cathode et le trou de l'électrode G1 sont d'autant plus courbées et moins parallèles au plan XY qu'elles sont loin de l'axe Z. Le faisceau est émis par les côtés de longueur 2a du rectangle en saillie en formant avec l'axe Z un angle d'autant plus grand que le rapport a/R est plus grand. Ainsi ce ratio a/R détermine l'emplacement, sur l'axe Z, du "crossover horizontal" Ch. De la même façon, le ratio b/R détermine l'emplacement, sur l'axe Z, du "crossover horizontal" Cv. (figure 6b et 6d). Dans ces conditions la distance entre le crossover horizontal Ch et le crossover vertical Cv est déterminée par les rapports a/R et b/R des dimensions du rectangle de la saillie au rayon R du trou de la première électrode. Ces rapports permettent ainsi de déterminer l'astigmatisme du système. Par ailleurs, en agissant sur les dimensions de la saillie et choisissant un rapport des dimensions a/b, 30 on détermine l'ovalisation du faisceau émis. La Figure 7 représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel la saillie est rectangulaire, la ligne sommitale de la saillie étant un rectangle dont la largeur dans le plan XZ est 2a et dont la longueur dans le plan YZ est 2b. Le trou de l'électrode Gl est aussi rectangulaire. Le trou de l'électrode G1 a une forme de rectangle dont la largeur dans le plan XZ est 2f et dont la longueur dans le plan YZ est 2g. Les Figures 8a à 8d représentent, pour deux valeurs du courant de faisceau, le fonctionnement du système de la figure 7. On constate que le rapport a/f gouverne la localisation, sur l'axe Z, du "crossover horizontal" Ch (figures 8b et 8d) et que le rapport b/g détermine l'emplacement du "crossover vertical" Cv (figures 8a à 8c). On peut donc considérer que le rapport de l'espacement (f-a) entre les côtés des deux rectangles mesuré parallèlement au deuxième axe (X) à l'espacement (g-b) entre les côtés mesuré parallèlement au troisième axe (Y) détermine la distance entre le crossover horizontal et le crossover vertical déterminant ainsi l'astigmatisme du faisceau d'électrons. On constate aussi que le ratio a/b gouverne la dissymétrie géométrique du profil de courant émis et donc l'ovalisation du faisceau et que cette ovalisation est indépendante des localisations des crossovers. Dans les exemples qui précèdent on a considéré que la zone émissive en saillie de la cathode a une forme rectangulaire dans le plan XY. Sans sortir du cadre l'invention, elle pourrait avoir une autre forme telle qu'une forme elliptique telle que l'on puisse avoir deux dimensions différentes selon les axes X et Y. En ce qui concerne la partie du trou de l'électrode G1 qui est en regard de la cathode, il peut avoir une forme carrée au lieu d'une forme présentant une symétrie de révolution (comme dans la figure 5). Ou bien, il peut avoir une forme ovale au lieu de la forme rectangulaire de la figure 7. Dans la description qui précède on a prévu une cathode possédant une zone émissive en forme de saillie. Cependant, l'invention est également applicable à une triode dans laquelle la cathode possède plusieurs zones émissives en forme de saillies. Par exemple, les figures 9a et 9b représentent une triode dans laquelle la cathode comporte de zones en saillie zef et ze2. Ces zones sont de formes générales rectangulaires et leurs lignes sommitales S1 et S2 sont équidistantes. Dans la description qui précède, on a décrit la forme de la cathode centrale et du trou de l'électrode situés selon l'axe Z, ce qui correspond à la partie du canon permettant d'émettre un faisceau d'électrons destiné à exciter les pixels verts de l'écran d'un tube à rayons cathodiques couleur. Les cathodes et les trous de l'électrode G1 situés de part et d'autre de l'axe Z (figure 1) et permettant l'excitation des pixels rouges et bleus auront des constitution similaires voir identiques. L'invention s'applique avantageusement au cas 30 d'une cathode imprégnée, dont on peut choisir précisément la forme de surface émissive. REVENDICATIONS 1. Triode de canon à électrons pour tube à rayons cathodiques comprenant, disposés selon un premier axe Z, une cathode (K) ainsi qu'une première électrode (G1) dont le potentiel est inférieur algébriquement à celui de la cathode et une deuxième électrode (G2) dont le potentiel est plus positif que celui de la cathode, la cathode possédant au moins une zone émissive en forme de saillie, centrée sur ledit premier axe (Z) et s'avançant vers la première électrode, lesdites électrodes possédant chacune un trou centré sur ledit premier axe (Z), caractérisé en ce que ladite zone émissive en forme de saillie ne présente pas une symétrie de révolution autour dudit premier axe (Z). 2. Triode de canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou de la première électrode ne présente pas une symétrie de révolution par rapport audit premier axe (Z). 3. Triode de canon à électrons selon 1"une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les espacements mesurés en projection sur un plan (XY), défini par un deuxième et troisième axe (X, Y) perpendiculaire audit premier axe (Z) entre la ligne sommitale de la zone émissive en forme de saillie et le bord du trou de l'électrode (G1) sont différents selon les deuxième et troisième axes (X, Y). 4. Triode de canon à électrons selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone émissive en forme de saillie possède deux plans de symétrie (XZ et YZ) contenant le premier axe (Z). 5. Triode de canon à électrons selon la revendication 4, caractérisé en ce que le trou de la première grille possède deux plans de symétrie (XZ et YZ) contenant le premier axe (Z). 6. Triode de canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plus grande dimension (b) de la zone émissive en forme de saillie mesurée sur la ligne sommitale est inférieure au diamètre du trou de la première électrode (D1). 7. Triode de canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la projection orthogonale de la ligne sommitale de la protubérance en saillie sur le plan de la première électrode s'inscrit à l'intérieur du trou de cette première électrode. 8. Triode de canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne sommitale de la saillie à la forme d'un premier rectangle dont le rapport des dimensions (a/b) détermine le profil de densité de courant émis et détermine ainsi l'ovalisation du faisceau. 9. Triode de canon à électrons selon la revendication 8, caractérisé en ce que le trou de la première électrode a la forme d'un deuxième rectangle dont les côtés sont parallèles à ceux du premier rectangle, le rapport de l'espacement (f-a) entre les côtés des deux rectangles mesuré parallèlement au deuxième axe (X) à l'espacement (g-b) entre les côtés mesuré parallèlement au troisième axe (Y) détermine la distance entre le crossover horizontal et le crossover vertical déterminant ainsi l'astigmatisme du faisceau d'électrons. 10. Triode de canon à électrons selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cathode comporte plusieurs zones émissives en forme de saillie lesdites zones émissives en forme de saillie ne présentant pas de symétrie de révolution autour dudit premier axe (Z). 11. Canon à électrons pour tube à rayons cathodiques couleur, caractérisé en ce qu'il comporte trois triodes selon l'une quelconque des revendications précédentes disposées parallèlement audit premier axe.