Brevet FR2885449A1 — publié le 20061110

La présente invention se rapporte à un canon à électrons pour tubes à rayons cathodiques et plus particulièrement à la structure d'un canon à électrons pour tubes en couleurs destiné à être incorporé dans un tube à rayons cathodiques à face avant sensiblement plane. Un tube à rayons cathodiques destiné à générer des images en couleur comprend généralement un canon à électrons émettant trois faisceaux d'électrons, chaque faisceau étant destiné à exciter sur l'écran du tube, des matériaux luminescents d'une couleur primaire déterminée (rouge, verte et bleue). Les faisceaux d'électrons balayent l'écran du tube sous l'influence des champs de déflection créés par un dispositif de déflection encore appelé déviateur, fixé sur le col du tube, comportant des bobines de déflection horizontale et verticale desdits faisceaux. Un anneau de forme sensiblement tronconique, en matériau ferromagnétique, entoure de manière conventionnelle les bobines de déflection de manière à concentrer les champs de déflection dans la zone appropriée. Un canon à électrons pour tube en couleur est constitué d'une part de trois cathodes dont la surface émet des électrons et, d'autre part, d'une succession d'électrodes et dont l'une au moins des électrodes constitue avec l'électrode suivante une lentille de focalisation. Les électrodes sont percées de trous pour laisser passer les faisceaux d'électrons issus de la cathode et forment des lentilles électrostatiques ayant pour effets de mettre en forme les faisceaux, de les accélérer et de les focaliser sur l'écran du tube. L'impact du faisceau d'électrons forme sur l'écran une tache lumineuse, encore appelée spot, due à l'excitation des matériaux luminescents. Plus particulièrement dans le cas des tubes à trois canons en ligne dits auto convergents, les trois faisceaux d'électrons convergent en un même point sur l'écran du fait de l'astigmatisme des champs magnétiques de déviation horizontal et verticale. L'astigmatisme des champs de déviation a pour effet de déformer les faisceaux d'électrons et par conséquent de déformer le spot. Pour contrebalancer cet effet, il est d'usage dans la région de formation du faisceau d'électrons d'introduire au moins une lentille électrostatique astigmatique. Par ailleurs, dans le cas de faisceaux en ligne, du fait de la structure unitaire des électrodes, les champs électriques de focalisation sont différents entre les faisceaux latéraux et le faisceaux central; ce différentiel de focalisation augmente avec le courant de faisceau et peut entraîner une forte dégradation de la résolution de l'image finale. Ce différentiel de focalisation est généralement partiellement corrigé par une réduction du diamètre de l'ouverture centrale par rapport aux ouvertures latérales. Cependant, la tendance actuelle est de rendre la surface visible de la face avant du tube la plus plane possible; cette exigence induit des champs dont l'astigmatisme est encore plus complexe et plus difficile à contrebalancer par la structure des électrodes de focalisation des électrodes de focalisation. L'invention se rapporte à une structure de lentille principale de focalisation pour canon à électrons à trois faisceaux en lignes, permettant entre autres avantages de faciliter l'assemblage du canon et de régler de manière indépendante les deux principales fonctions de ladite lentille: - la différence de focalisation entre les faisceaux latéraux et le faisceau central - la différence d'astigmatisme à appliquer au faisceau central par rapport aux faisceaux latéraux. Pour cela, le canon électronique pour tube à rayons cathodiques en couleurs selon l'invention, comprend: - trois cathodes émissives et une succession d'électrodes disposées suivant un axe longitudinal Z et destinées à former et accélérer trois faisceaux électroniques en ligne, deux électrodes successives comportant chacune trois ouvertures en ligne, une ouverture centrale et deux ouvertures latérales, ces deux électrodes formant une lentille de focalisation, - au moins une des électrodes de la lentille de focalisation comprenant une plaque percée de trois ouvertures en ligne, ladite plaque étant disposée en retrait du bord de la dite électrode située au plus prés de la deuxième électrode de ladite lentille de focalisation, ledit bord comprenant en outre une lèvre périphérique interne s'étendant dans la direction longitudinale, caractérisé en ce que ladite au moins une des électrodes de la lentille de focalisation est telle que la plaque percée de trois ouvertures est pliée de manière à ce que les ouvertures latérales soit disposées dans un plan différent du plan de l'ouverture centrale. L'invention ainsi que ses différents avantages seront mieux compris à l'aide de la description ci-après et des dessins parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe selon un plan horizontal contenant l'axe longitudinal d'un tube à rayons cathodiques incorporant la présente invention - la figure 2 est une vue de profil, partiellement en éclaté d'un canon à électrons selon l'état de la technique. - la figure 3 illustre par une vue en coupe la structure des parties se faisant face des électrodes constituant le lentille de focalisation principale. - la figure 4 montre en perspective la plaque percée d'ouvertures en ligne constituant une partie de la présente invention. - la figure 5 montre en perspective l'électrode de focalisation selon la présente invention la figure 6 montre la même électrode en coupe suivant un plan contenant l'axe longitudinal et les centres des ouvertures en ligne de l'électrode de focalisation. les figures 7A et 7B illustrent par des vues en coupe au niveau d'une ouverture latérale et au niveau de l'ouverture centrale, suivant des plans parallèles à l'axe longitudinal et perpendiculaires à la direction d'alignement des ouvertures de l'électrode de focalisation, les modifications des lignes équipotentielles engendrées par la structure d'électrode selon l'invention. la figure 8 illustre un mode de réalisation alternatif de la présente invention. La figure 1 montre une vue en coupe selon un plan horizontal contenant l'axe longitudinal Z un tube à rayons cathodiques 8. Ce tube est composé d'une enveloppe en verre 10, comprenant un panneau avant rectangulaire 12, une partie arrière 16 en forme d'entonnoir et un col cylindrique 14 contenant un canon à électrons 26 selon l'invention. Le panneau 12 comprend une face avant 18 et une jupe périphérique 20 reliant la face avant à la partie arrière 16 en forme d'entonnoir. Un écran 22 composé de matériaux luminophores est déposé sur la surface interne de la face avant 18. L'écran est préférentiellement composé de lignes successives destinées à reproduire les trois couleurs primaires rouge, vert et bleu. Un masque de sélection des couleurs 24 est conventionnellement placé à distance prédéterminée de l'écran luminescent. Le canon à électrons 26 émet trois faisceaux électroniques coplanaires passant par les orifices du masque 24 pour illuminer le réseaux de lignes de luminophores composant l'écran 22. Le tube 8 est conçu de manière à être utilisé avec un dispositif magnétique de déflexion des faisceaux électroniques, ledit dispositif de déflexion étant disposé sur le col du tube à proximité de l'extrémité du canon électronique 26. Lorsqu'il est en fonctionnement, le dispositif de déflection 30 soumet les trois faisceaux électroniques du canon 26 à des champs magnétiques de manière à ce que les faisceaux viennent explorer la surface rectangulaire de l'écran 22. Les figures 2 et 3 montrent en détails un canon à électrons selon l'état de la technique, tel que décrit par exemple dans le brevet américain US4583024. Le canon comprend deux perles en verre 32 dont la fonction est de maintenir les différentes électrodes du canon à électrons. Le canon comprend successivement trois cathodes 34 en ligne, une électrode de contrôle 36 (G1), une électrode écran 38 (G2),une succession d'électrodes non représentées, une première électrode de focalisation 40 (G3) et une deuxième électrode de focalisation 42 (G4) par exemple portée au potentiel d'anode. Chacune des électrodes est percée d'ouvertures en ligne disposées dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal pour permettre le passage de trois faisceaux électroniques en ligne. Les extrémités de G3 et G4 se faisant face définissent la lentille électronique de focalisation principale; ces extrémités possèdent de profond renfoncement, respectivement 54 pour G3 et 56 pour G4, distant des extrémités par une lèvre périphérique interne ( respectivement 70 et 72). Cette lèvre périphérique interne a une largeur longitudinale constante selon l'axe longitudinal du canon et les ouvertures en lignes 58,60,62 pour G3 et 64,66,68 pour G4 sont dans un plan disposé à une distance de l'extrémité de l'électrode égale à la largeur longitudinale de ladite lèvre. Dans le cadre de l'invention, selon un des modes de réalisation préférentiels, le découplage entre les deux fonctions de la lentille de focalisation est réalisé en disposant les ouvertures latérales d'au moins une électrode constituant la lentille de focalisation dans un plan différent du plan contenant l'ouverture centrale. Les figures 4 à 7 décrivent en détails ce mode de réalisation. Le canon selon l'invention comporte de manière connue une succession d'électrodes pour extraire les faisceaux électroniques des cathodes, les mettre en forme, les accélérer et les focaliser; les deux dernières électrodes 150 et 250 dont les extrémités réalisent la lentille de focalisation sont l'une portée au potentiel dit de focalisation et l'autre portée à un potentiel plus élevé, par exemple à la haute tension anodique. Selon l'invention l'extrémité de l'électrode portée à la tension de focalisation comporte une plaque 110, percée d'ouvertures en ligne 100,101,102. Cette plaque est pliée de manière à ce que les ouvertures latérales 100,102 soient disposées dans un plan différent du plan de l'ouverture centrale. Comme indiqué sur la figure 4 le plan de l'ouverture centrale 161 est disposé vers l'intérieur de l'électrode, à une distance h du plan 160 des ouvertures latérales, ce dernier plan 160 étant situé selon la direction longitudinale à une distance H de l'extrémité 151 de l'électrode 150, extrémité située face à l'électrode 250 portée au potentiel d'anode; la plaque 110 est disposée à l'intérieur de l'électrode et maintenue en place par exemple par soudure laser sur le flancs longitudinaux de l'électrode 150; il est ainsi possible d'ajuster la focale de la lentille principale de façon identique pour les trois ouvertures en faisant varier la position de la plaque 110 et donc la valeur H; il est aussi possible de faire varier la focale de façon différente pour les faisceaux latéraux et pour le faisceau central en faisant varier la valeur de la distance h des plans 160 et 161. Ainsi pour une plaque 110 dont les centres des ouvertures 100, 101, 102 sont distants de 6.2 mm avec une électrode 150 portée à un potentiel de l'ordre de 8kv et potentiel d'anode de l'ordre de 30KV, il est possible de compenser partiellement le différentiel de focalisation en utilisant une ouverture centrale de 4.06mm de diamètre et des ouvertures latérales de 4.57mm de diamètre. Il n'est cependant pas possible de compenser complètement par cette méthode les quelques 200 volts de différentiel de focalisation résiduels car le diamètre de l'ouverture centrale doit rester à une valeur minimum et l'encombrement total est limité par le diamètre du col du tube dans lequel le canon est inséré, ce qui limite le diamètre des ouvertures latérales. Le différentiel de focalisation résiduel de l'ordre de 200 volts est alors compensé en décalant les plans des ouvertures comme indiqué sur la figure 4, d'une valeur h de l'ordre de 0.38mm. L'invention peut également être mise en application pour corriger tout le différentiel de focalisation qui apparaîtrait dans une structure où les ouvertures auraient toutes le même diamètre, en adaptant l'amplitude du décalage h à l'amplitude du différentiel à corriger. Cette configuration permet d'avoir un diamètre de l'ouverture centrale maximum ce qui présente l'avantage d'éviter les phénomènes d'interception de faisceaux, particulièrement à fort courant, lorsque le diamètre de l'ouverture est faible. La structure d'électrode selon l'invention permet en outre de modifier l'astigmatisme du champ électrique agissant sur les faisceaux et ce de manière différente sur les faisceaux latéraux et sur le faisceau central. Pour cela, comme illustré par le mode de réalisation des figures 5, 7A, 7B, la lèvre périphérique interne 120, s'étend selon la direction longitudinale Z, suivant une largeur 171 au niveau de l'ouverture centrale différente de sa largeur 170 au niveau des ouvertures latérales. La lentille de focalisation vue présente alors une force dans la direction Y, perpendiculaire à la direction X d'alignement des trois ouvertures, plus importante pour le faisceau électronique central que pour les faisceaux latéraux. Cette différence de force est due à la modification de la distribution des lignes équipotentielles dans la direction verticale Y due à la largeur plus importante de la lèvre périphérique interne dans la direction longitudinale Z. Cette modification est illustrée sur les figures 7A et 7B où sont représentées les lignes équipotentielles respectivement 180 suivant la coupe AA (plan parallèle au plan ZY au niveau d'une ouverture latérale) et 181 suivant la coupe BB (plan ZY au niveau de l'ouverture centrale). L'astigmatisme introduit par la structure de la lèvre 120 dépend des corrections à apporter pour compenser des astigmatismes introduits soit par les différents étages du canon à électrons soit par les champs de déflection du système de déflection 30. Il en résulte que la largeur longitudinale de la lèvre interne 120, peut comme dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 7A et 7B être plus importante au niveau de l'ouverture centrale qu'au niveau des ouvertures latérales mais qu'elle peut être également plus faible au niveau de l'ouverture centrale suivant le type et l'amplitude d'astigmatisme à compenser. Dans un mode de réalisation alternatif, la plaque percée de trois ouvertures 110 est pliée non seulement de manière à ce que le plan contenant l'ouverture centrale soit distinct du plan contenant les ouvertures latérales, mais les ouvertures latérales sont également contenues dans des plans différents. La figure 8 illustre ce mode de réalisation dans lequel les ouvertures latérales sont disposées dans des plans faisant avec le plan des ouvertures centrales un angle a non nul. Cette structure présente l'avantage supplémentaire d'agir sur la convergence des faisceaux électroniques du fait de l'inclinaison des ouvertures latérales par rapport à l'axe longitudinal du canon. Dans un mode de réalisation non représenté, la structure selon l'invention permettant la correction d'astigmatisme et du différentiel de focalisation peut également être disposée sur l'électrode portée au potentiel d'anode plutôt que sur l'électrode de focalisation. Alternativement, la structure selon l'invention permettant la correction d'astigmatisme et du différentiel de focalisation peut avantageusement être répartie sur les parties se faisant face des électrodes 150, 250 formant la lentille de focalisation en faisant en sorte que ces parties incorporent chacune une structure selon l'invention, avec une plaque percée de trois ouvertures, pliée de manière à ce que le plan contenant l'ouverture centrale soit distinct du ou des plans contenant les ouvertures latérales. Cette disposition présente de nombreux avantages parmi lesquels d'avoir éventuellement des pièces d'électrodes identiques favorisant l'assemblage du canon en n'ayant pas à différentier les deux pièces, la gestion du stock de pièces du canon par la diminution du nombre de pièces à gérer ainsi que la diminution du nombre d'outils de fabrication desdites pièces. 9 REVENDICATIONS 1/Canon électronique (26) pour tube à rayons cathodiques en couleurs, comprenant trois cathodes émissives (34) et une succession d'électrodes disposées suivant un axe longitudinal Z et destinées à former et accélérer trois faisceaux électroniques en ligne, parmi lesquelles deux électrodes successives (150,250) comportent chacune trois ouvertures en ligne, une ouverture centrale(100) et deux ouvertures latérales (101,102), ces deux électrodes formant une lentille de focalisation, au moins une des électrodes de la lentille de focalisation comprenant une plaque (110) percée de trois ouvertures et disposée en retrait du bord extrême de la dite électrode situé au plus prés de la deuxième électrode de ladite lentille, ledit bord comprenant en outre une lèvre périphérique dont la partie interne (120) s'étend dans la direction longitudinale, caractérisé en ce que ladite au moins une des électrodes de la lentille de focalisation est telle que la plaque percée de trois ouvertures est pliée de manière à ce que le plan contenant l'ouverture centrale soit distinct du ou des plans contenant les ouvertures latérales 2/ Canon selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ouverture centrale et les ouvertures latérales sont contenues dans des plans parallèles 3/ Canon selon la revendication 1 caractérisé en ce que la largeur (171) de la lèvre interne mesurée au niveau de l'ouverture centrale est différente de la largeur (170) mesurée au niveau des ouvertures latérales. 4/Canon selon la revendication 3 caractérisé en ce que la lèvre périphérique interne est plus large au niveau de l'ouverture centrale qu'au niveau des ouvertures latérales 2885449 5/Canon selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la plaque percée de trois ouvertures est pliée de manière à ce que les ouvertures latérales soient disposées dans un même plan plus éloigné du bord extrême que le plan contenant l'ouverture centrale 6/ Canon selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite au moins une des électrodes de la lentille de focalisation est l'électrode (150) située au plus près des cathodes (34). 7/ Canon électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes de la lentille de focalisation sont telles qu'elles comprennent toutes les deux une plaque percée de trois ouvertures pliée de manière à ce que le plan contenant l'ouverture centrale soit distinct du ou des plans contenant les ouvertures latérales. 8/ Tube à rayons cathodiques à face avant plane caractérisé en ce qu'il incorpore un canon à électrons conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.