Brevet FR2886455A1 — publié le 20061201

L'invention se rapporte à un tube à rayons cathodiques en couleurs comportant un canon à électrons à trois faisceaux et plus particulièrement au procédé permettant d'améliorer les performances du canon en terme de convergence des faisceaux électroniques sur l'écran du tube. II est connu d'utiliser dans les tubes à rayons cathodiques de type en couleurs un canon à électrons générant trois faisceaux disposés dans un même plan, ces trois faisceaux allant converger sur un point de l'écran du tube. En l'absence de champ de déflection, les trois faisceaux convergent vers le centre de l'écran: on parle alors de convergence statique. La convergence statique des faisceaux électroniques est réalisée partiellement au niveau de la structure du canon, par exemple au niveau de la lentille de focalisation du canon par le décalage des ouvertures latérales d'au moins une électrode constituant la lentille de focalisation. La convergence statique est donc obtenue en partie par la structure des électrodes du canon et la position du faisceau électronique traversant la lentille de focalisation ou la lentille de pré-focalisation qui peut comprendre deux ou trois ( voire plus) électrodes successives. Une fois que le tube est opérationnel, c'est-à-dire quand le vide est effectué dans l'enceinte du tube et que les cathodes du canon sont activées, la convergence statique est réglée à un niveau minimum par des dispositifs de déflection magnétiques additionnels disposés sur le col du tube au niveau de l'extrémité du canon. Cependant un problème relativement nouveau est apparu dans les tubes incorporant des dispositifs de contrôle de la convergence statique qui est la dérive de cette convergence durant les premières heures de fonctionnement du tube succédant à sa première mise en route ou à une mise en route après une longue période de non fonctionnement. Cette dérive de convergence apparaît après analyse faite dans le cadre de l'invention, comme due à une accumulation de charges électriques sur la surface interne du col du tube au niveau du canon à électrons. La charge de col est un phénomène physique qui se produit suite à une interaction entre des électrons et la surface interne du verre dans les gradients de potentiel créés par les électrodes polarisées du canon électronique des tubes à rayons cathodiques. Ces charges accumulées sur le col, dévient les faisceaux électroniques et affectent donc la position de leur atterrissage sur l'écran. Compte tenu de la symétrie du canon, cette modification de position agit principalement et en sens opposé sur les faisceaux latéraux Rouge et Bleu du canon et donc sur la performance de convergence Rouge / Bleu au centre du de l'écran du tube (dite convergence statique) et, par voie de conséquence, sur la situation de convergence Rouge / Bleu en tout point de l'écran (dite convergence dynamique) lorsque les faisceaux subissent l'influence des champs de déflection horizontaux et verticaux. L'apparition de ces charges sur le col modifie également la distribution du potentiel dans le col et donc l'interaction entre les électrons et la surface du verre. De sorte qu'après une longue période de fonctionnement, la distribution de potentiel dans le col, la valeur de la charge de col et donc la valeur de convergence se stabilisent. La valeur de convergence Rouge/Bleu au centre de l'écran fait l'objet d'un réglage dans les usines de fabrication des tubes à rayons cathodiques. Ce réglage s'effectue lorsque le tube est opérationnel c'est à- dire lorsque le vide est fait à l'intérieur du tube et que les cathodes du canon sont activées. Si la charge de col n'est pas à sa valeur stabilisée (de régime permanent) au moment où ce réglage est effectué, ce qui oblige d'attendre au moins une heure après allumage du tube avant d'effectuer celui-ci, le fonctionnement ultérieur du tube va induire une dérive de convergence et dérégler la situation qui a été ajustée en usine. Le tube fournira alors en régime permanent une image déconvergée à l'utilisateur final. Différentes méthodes ont été proposées pour résoudre ce problème de dérive de convergence. Les brevets EP425205 et US5081393 proposent par exemple de choisir les matériaux constitutifs des électrodes de manière à minimiser les effets de ce phénomène. Cependant cette méthode complique la conception du canon à électrons et ne tient pas compte des problèmes de charge du col qui ne sont pas diminués par le choix des matériaux constituant les électrodes. L'invention apporte une solution au problème de dérive de converge par une approche différente qui n'interfère pas avec les éléments de conception du canon à électrons. Pour cela, selon l'invention, la fabrication du tube à rayons cathodiques en couleurs comportant un canon à électrons disposé à l'extrémité cylindrique du tube est caractérisée en ce qu'elle incorpore une fois que le tube est opérationnel, une étape de pré-charge du col du tube qui amène la charge du col à une valeur proche de celle du régime permanent, cette pré-charge étant localisée au moins au niveau de l'électrode portée au potentiel d'anode. 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 illustre par une vue partiellement en éclaté la structure d'un tube à rayons cathodiques La figure 2 montre par une vue de coté un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques en couleurs. La figure 3 illustre le processus de charge du col du tube et la dérive de convergence en résultant. La figure 4 montre un chronogramme de la variation de convergence au centre sur un tube mis en fonctionnement nominal dans une situation de col non chargé et l'influence de la méthode selon l'invention pour atteindre des conditions de convergence proches de celles du régime permanent. Comme illustré par la figure 1 un tube à rayons cathodiques en couleurs comprend un bulbe en verre 1 composé d'une face avant 2, d'une partie arrière en forme d'entonnoir 3 terminée par un col 9 sensiblement cylindrique. Un écran 6 composé de réseaux de luminophores trichromes est traditionnellement déposé sur la surface interne de la face avant 2. Le col comporte un canon à électrons 4 destiné à émettre trois faisceaux électroniques en ligne 7 convergents en permanence sur l'écran interne 6 du tube pour reproduire sur ce dernier une image colorée. Un masque 30 de sélection des couleurs 5 est disposé à proximité de l'écran 6, pour faire en sorte que chaque faisceau électronique ne vienne illuminer que le réseau de luminophore lui correspondant. Un dispositif de déflection 8 est disposé sur le col du tube pour 5 dévier les faisceaux 7 de manière à leur faire balayer toute la surface de l'écran 6. La dernière électrode du canon est portée à la tension d'anode par contact d'un ressort 10 solidaire de cette électrode avec une couche de graphite conducteur 11 couvrant la surface interne de la partie en forme d'entonnoir 3 jusqu'au niveau de l'extrémité du canon. La couche de graphite est elle-même portée à la tension d'anode grâce à un bouton d'anode traversant l'épaisseur de verre de la partie 3. Afin d'assurer la convergence statique des trois faisceaux, de manière à ce qu'en l'absence de champ de déflexion les faisceaux d'électrons viennent converger au centre de I écran, un dispositif magnétique 12 est disposé sur le col du tube au niveau de l'extrémité du canon à électron. Par des champs magnétiques statiques réglés in situ, ce dispositif permet de rattraper des désalignements du canon ou du col du tube par rapport au centre de l'écran. Comme illustré par la figure 2, le canon à électrons comporte une succession d'électrodes 21 à 26, destinées à extraire, accélérer et mettre en forme trois faisceaux électroniques en ligne issus de cathodes émissives 20. Les électrodes sont maintenues en place les unes par rapport aux autres grâce à des perles en verre 30, 31 dans lesquelles des griffes solidaires des électrodes sont insérées à chaud. Les électrodes du canon sont nominalement polarisées de la façon suivante: - la cathode est à une tension comprise généralement entre 100 et 200 volts 30 - la première électrode 21 est mise à la masse - la deuxième électrode 22 est mise à un potentiel entre 300 et 1000 volts Les potentiels de la cathode et de la deuxième électrodes sont choisis de manière à ce qu'en l'absence de signal vidéo appliqué sur les cathodes il n'y ait pas d'émission de faisceaux mais que tout signal vidéo venant se superposer à la tension de polarisation de cathode entraîne une émission de faisceau proportionnelle à la tension de superposition. Les faisceaux sont ensuite mis en forme et traversent une lentille de focalisation située entre l'électrode 25 portée à un potentiel de l'ordre de 6-10Kv et l'électrode 26 portée au potentiel d'anode généralement compris entre 25Kv et 32kv. L'étude effectuée dans le cadre de l'invention s'est intéressée à l'évolution de la charge électrique qui s'accumule au niveau du col du tube à la première mise sous tension de ce dernier. La charge de col est un phénomène physique qui se produit suite à une interaction entre la surface interne du verre et des électrons qui la heurtent au niveau de la partie cylindrique du col, dans les gradients de potentiel créés par la succession d'électrodes polarisées du canon électronique. Lorsque le tube est en fonctionnement, cette interaction fait apparaître par émission secondaire des charges positives sur la surface interne du col. Les électrons qui atterrissent sur la surface interne du col et qui sont à l'origine de cette interaction proviennent: É soit d'une émission secondaire venant du masque. É soit des fuites locales de certaines électrodes (liées à un micro défaut d'état de surface) É soit des fuites au niveau des traversées verre-métal de l'embase du canon. Comme illustré par la figure 3, après interaction les électrons d'émission secondaire résultant de l'interaction avec le col sont drainés par le revêtement de graphite 11 porté au potentiel d'anode et laissent une charge de col positive 50. Les charges positives qui apparaissent des 2 cotés sur la surface interne du col attirent les faisceaux latéraux vers le verre du col. Par raison de symétrie: É le faisceau central n'est pas affecté. É Les faisceaux latéraux ne se déplacent pas dans la direction verticale. Au centre, on constate donc une variation de la convergence horizontale entre les faisceaux Rouge et Bleu, le faisceau latéral initial 40 étant par exemple dévié vers la surface du col en un faisceau 400. L'amplitude totale de la dérive de convergence due à la charge de col, c'est à dire la différence de convergence au centre entre le moment qui suit la mise en fonctionnement du tube et le moment où charge de col atteint sa valeur stabilisée, est fonction de plusieurs paramètres: ^ La distance entre certaines électrodes du canon et principalement la distance entre les électrodes de focalisation 25,26: plus cette distance est faible, plus la dérive totale est faible É Les différences de potentiel appliquées entre ces électrodes:plus elles sont faibles, plus la dérive totale est faible. ^ La distance entre la surface interne du col où les charges apparaissent et l'axe des faisceaux rouge et bleu sur lesquels elles agissent:plus elle est forte, plus la dérive totale est faible. La solution proposée par la présente invention consiste à appliquer pendant quelques secondes des conditions de polarisation particulières au canon du tube pour amener rapidement la charge de col à sa valeur de régime permanent. Dans le cadre de l'invention il a été mis en évidence que le processus de charge de col est dû à des interactions en cascade initiées par des électrons qui viennent heurter le col et que dans les conditions nominales de fonctionnement, la charge de col est lente car limitée par le nombre d'électrons qui sont à l'origine des interactions qui la génèrent. La solution consiste donc à accélérer le processus de charge de col en créant une source additionnelle importante d'électrons au voisinage de la surface interne du verre pour augmenter le nombre des interactions qui chargent le col. Pour cela un mode de réalisation de l'invention consiste à mettre le tube dans les conditions de régime permanent de charge du col avant de réaliser l'étape finale de réglage de la convergence statique, par exemple à l'aide de dispositifs magnétiques externes connus. Les étapes principales de ce mode de réalisation consistent à fortement dé-focaliser la lentille principale du canon électronique et à émettre un courant de faisceau important sur au moins un des faisceaux latéraux R et B. La combinaison de cette dé-focalisation et du fort courant faisceau augmente la taille du faisceau et l'amène à un diamètre supérieur au diamètre des ouvertures de électrodes: il y a interception d'une partie du faisceau électronique par une électrode de focalisation. Au niveau de l'électrode où l'interception de situe, l'interaction entre le faisceau et le métal crée une ionisation qui est une source importante d'électrons participant au processus de charge accélérée du col. Si, la tension d'anode est nominale, le régime permanent est obtenu rapidement et la valeur stabilisée de la charge de col est très proche de celle obtenue en fonctionnement nominal. Dans un mode de réalisation préférentiel de la méthode selon l'invention, les conditions qui sont appliquées pour obtenir le phénomène 20 de charge rapide sont sensiblement les suivantes: É Polarisation de la partie basse du canon (G1&G2) = nominale É Tension d'anode = valeur nominale (par exemple 30 kV) É Tension de focalisation: 2 kV (valeur nominale= 9 kV) É Courant faisceau rouge: >1 mA É Courant faisceau Bleu: >1 mA É Durée d'application de ces conditions: 15 sec. É Extinction des vidéos (courants faisceaux commutés à 0) É Extinction des tensions de polarisation Les conditions ci-dessus ne sont pas limitatives. On peut utiliser par exemple une tension de focalisation plus importante (mais préférentiellement inférieure ou égale à 50% de la tension normale de focalisation), mais la durée de précharge va être augmentée pour arriver au régime permanent; l'expérience menée dans le cadre de l'invention montre qu'en utilisant une tension de focalisation supérieure à 50% de la tension de focalisation, le temps pour obtenir le régime permanent de charge du col augmentait pour dépasser la dizaine de minutes. II est également possible de ne polariser qu'une seule cathode latérale de manière à ne faire émettre qu'un seul faisceau électronique latéral. Cependant selon la structure du canon et les particularismes du tube dans lequel le canon va fonctionner, la seule émission d'un faisceau latéral peut se révéler insuffisante pour réaliser une pré charge, répartie de façon homogène et dans un laps de temps suffisamment court. Pour symétriser le résultat, on pourra alors consécutivement réaliser l'opération sur un seul faisceau électronique puis sur l'autre La figure 4 illustre l'évolution de la dérive de convergence mesurée au centre de l'écran entre les points d'impact sur l'écran des faisceaux rouge/bleu latéraux et du faisceau central vert et l'impact de la pré charge rapide selon l'invention. Cette évolution mesurée dans les conditions nominales de fonctionnement du canon montre une stabilisation de la situation de convergence qui s'opère après environ une heure de fonctionnement continu. L'influence de la méthode de charge rapide selon l'invention est mise en évidence de la façon suivante: - la mise en fonctionnement du tube avec le col déchargé donne une situation initiale de convergence des faisceaux rouge et bleu repérée par le point A de la courbe. - Après les mesures au point A, on pratique une charge rapide du col selon l'invention: la situation de convergence horizontale R/B arrive immédiatement à la situation représentée par les points B qui est très proche de celle du régime permanent après au moins une heure de fonctionnement continu. - si on décharge le col brutalement le système revient dans les conditions initiales lorsque le tube est remis en fonctionnement (point C de la courbe) - Si, à partir de cette situation initiale, on met le tube en fonctionnement nominal, on obtient le dérive de convergence lente qui abouti en quelques heures au point D de la courbe - si lorsque le tube est arrivé dans une situation de charge permanente après plus d'une heure de fonctionnement du canon, on décharge brutalement le col et la situation de convergence horizontale RIB ( point E de la courbe) revient dans la situation du début de fonctionnement. Dans un mode de réalisation alternatif, les électrodes du canon sont polarisées à des tensions proches de leur valeur nominale, et au moins une cathode est polarisée de façon à émettre un faisceau latéral d'au moins 1 mA. A titre d'exemple le canon de la figure 2 est polarisé avec les tensions suivantes: É Polarisation de la partie basse du canon (G1 &G2) = nominale É Tension d'anode = valeur nominale (par exemple 30 kV) É Tension de focalisation: valeur nominale (environ 9 kV) É Courant faisceau rouge: >1 mA É Courant faisceau Bleu: >1 mA É Application d'un champ magnétique spécifique au niveau du canon É Durée d'application de ces conditions: 15 sec. É Extinction des vidéos ( courant faisceau commuté à 0) É Extinction des tensions de polarisation Les moyens magnétiques sont disposés sur le col du tube, par exemple au niveau de la lentille de focalisation. Ces moyens sont destinés à créer un ou plusieurs champs magnétiques destinés à dévier les trajectoires des faisceaux latéraux de manières à ce que lesdits faisceaux viennent intercepter une des électrodes au lieu de la traverser par les ouvertures prévues à cet effet. L'interception avec le métal de l'électrode crée l'ionisation qui va être la source des électrons nécessaire à la charge du col. Les moyens magnétiques utilisables peuvent préférentiellement être réalisés par des bobines créant un champ magnétique radial et tournant de manière à réaliser une charge de col homogène. L'invention présente donc plusieurs avantages: ^ Il n'est plus nécessaire d'attendre l'établissement du régime permanent naturel de charge qui prend généralement plus d'une heure;. la présente solution apporte donc un gain significatif sur le temps nécessaire au réglage final du tube. ^ le temps très court de pré charge permet d appliquer cette étape de procédé plusieurs fois au cours du cycle de fabrication, par exemple: juste avant le réglage des convergences au centre pour simuler les conditions d'utilisations finales - juste avant l'inspection finale du produit pour ramener la situation de charge ce col qui a été affectée par les étapes intermédiaires de procédé, dans le même état chargé simulé. La solution proposée autorise donc une meilleure flexibilité lors de la définition du processus de fabrication (ou pour son introduction dans un processus de fabrication existant) ^ le temps très court de pré charge et les conditions électriques nécessaires (telles que canon fortement défocalisé) permettent d'appliquer l'étape proposée sans que l'écran soit balayé par le faisceau, ce qui simplifie notablement l'opération puisqu'elle ne nécessite pas d'électronique de balayage, ni de connexion au déviateur sur la station de pré-charge. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'un tube à rayons cathodiques en couleurs comportant un canon à électrons disposé à l'extrémité cylindrique du tube, caractérisé en ce qu'il comprend, une fois que le tube est opérationnel, une étape de pré-charge de cette extrémité cylindrique, cette pré-charge étant localisée au moins au niveau de l'espace entre l'électrode portée au potentiel d'anode et l'électrode portée au potentiel de focalisation, cette étape de pré- charge étant réalisée avant l'étape de réglage de la convergence statique des faisceaux électroniques. 2/ Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la réalisation de la pré-charge comprend les étapes suivantes: -polarisation d'au moins une cathode et des électrodes du canon à électrons pour faire émettre au moins un faisceau latéral d'électrons -polariser l'électrode de focalisation à une tension inférieure la tension de focalisation nominale 3/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'électrode de focalisation est polarisée à une tension inférieure ou égale à 50% de la tension nominale de focalisation. 4 / Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les deux cathodes latérales sont polarisées de manière à faire émettre les deux faisceaux latéraux. 5/ / Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le faisceau latéral émet un courant supérieur ou égal à 1 milliampère. 6/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réalisation de la pré-charge comprend les étapes suivantes: 20 -polarisation d'au moins une cathode et des électrodes du canon à électrons pour faire émettre au moins un faisceau latéral d'électrons. - activer des moyens magnétiques au niveau du canon à électrons pour générer un ou des champs magnétiques afin de faire intercepter le faisceau latéral d'électrons par une électrode du canon. 7/ Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que les moyens magnétiques sont des bobines créant un champ magnétique tournant.