Dans le domaine de l'affichage vidéoscopique, on ressent actuellement le besoin d'une solution intermédiaire entre le tube cathodique traditionnel, lourd et encombrant, et le panneau d'affichage électroluminescent de type plat dont l'apparition sur le marché reste pour l'instant problématique tant pour des questions de performances que pour des raisons de coûts de fabrication.
On connaît déjà des dispositifs qui s'inscrivent dans la perspective d'une telle solution intermédiaire, tel par exemple le tube vidéocathodique décrit par le brevet suisse N" 556605, qui se présente sous la forme d'un parallélépipède de faible épaisseur, et dont le principe repose sur la séparation des fonctions de distribution électronique et d'excitation du phosphore. Dans un tel tube, en effet, la fonction de distribution électronique est assurée par l'utilisation de deux canons électroniques distincts disposés der riére l'écran et parallèlement à ce dernier de façon à balayer indépendamment deux rangées de contacts situées le long de deux arêtes perpendiculaires de l'écran.
L'une de ces rangées de contacts est connectée à un premier réseau de bandes conductrices, parallèles entre elles et recouvrant la couche de phosphore, cependant que l'autre rangée est reliée à un second réseau de bandes parallèles, dotées de pointes à émission par effet de champ dirigées en direction de la couche de phosphore, et constituant une matrice croisée avec ledit premier réseau.
Les contacts de ces deux rangées sont recouverts de métaux aux propriétés d'émission secondaire telles que, sous l'effet du balayage par les faisceaux électroniques, les bandes recouvrant le phosphore se chargent séquentiellement à un premier potentiel positif, cependant que les bandes dotées de pointes se chargent séquentiellement à un second potentiel négatif par rapport au premier potentiel, de sorte qu'au croisement des bandes balayées la différence de potentiel s'élève jusqu'à l'émission d'électrons par la pointe située en cet endroit. L'excitation du phosphore est alors assurée par ces électrons émis qui sont accélérés par cette différence de potentiel jusqu'à venir bombarder la plage de phosphore située au point de croisement.
Cependant, le bon fonctionnement d'un tel tube vidéocathodique pose un certain nombre de problèmes, dont l'un des principaux réside dans le fait que c'est la même différence de potentiel (celle engendrée au croisement des bandes excitées) qui doit assurer à la fois les opérations d'extraction et d'accélération des électrons, ce qui rend impossible tout contrôle indépendant des processus d'émission par effet de champ et d'excitation du phosphore.
Or, on sait, d'une part, que le processus d'excitation du phosphore exige l'utilisation de tensions accélératrices élevées, de l'ordre de quelques kilovolts (I'éclairement E produit par du phosphore excité varie en effet avec l'énergie des électrons incidents, par conséquent avec la tension V nécessaire pour accélérer ces électrons, selon la relation E = nl(V- Vo)"l où Vo représente la perte d'énergie des électrons dans la couche conductrice recouvrant le phosphore, nl est un coefficient de proportionnalité, et n2 un coefficient compris entre I et 2). On verra d'autre part qu'il est grandement souhaitable, pour un certain nombre de raisons qui seront analysées ultérieurement, d'utiliser des pointes émettrices par effet de champ qui émettent sous des tensions relativement faibles, de l'ordre de quelques centaines de volts.
Ces conditions de tension difficilement conciliables du fait de l'interdépendance des processus d'émission par effet de champ et d'excitation du phosphore, constituent un inconvénient particulièrement gênant pour les tubes vidéocathodiques actuels.
La présente invention a précisément pour but de remédier à cet inconvénient.
A cet effet, la présente invention a pour objet un tube vidéocathodique destiné à restituer, sous forme visible, des signaux élec
triques représentant une image, comprenant une enceinte vide d'air, délimitée par une paroi dont une portion constitue une fenêtre transparente, cette enceinte contenant:
: - une couche d'au moins une substance luminescente portée par
une plaque transparente, cette couche ayant une extension sen
siblement égale à celle de cette fenêtre et étant visible à travers
celle-ci; - une matrice d'émetteurs par effet de champ à bas seuil d'émis
sion répartis en lignes et en colonnes, orientés de façon à
émettre vers ladite couche luminescente; - un premier réseau de pistes conductrices isolées les unes des
autres et disposées le long des lignes d'émetteurs, chacun des
émetteurs d'une ligne quelconque étant relié électriquement à
la piste correspondante dudit premier réseau:
: - un second réseau de pistes conductrices isolées les unes des
autres ainsi que des pistes dudit premier réseau, disposées en
contact avec ladite couche luminescente et s'étendant en
regard des colonnes d'émetteurs; un premier ensemble de moyens capable de porter séquen
tiellement les pistes dudit premier réseau à un premier poten
tiel;
; - un second ensemble de moyens capable de porter séquentielle
ment les pistes dudit second réseau à un second potentiel,
positif par rapport audit premier potentiel, et - une électrode en forme de grille reliée à une source de tension,
interposée entre ladite matrice d'émetteurs et ledit second
réseau et ayant sensiblement la même extension que ceux-ci, le
choix de la tension de ladite source et dudit second potentiel
par rapport audit premier potentiel étant tel qu'il règne au
croisement des pistes portées respectivement auxdits premier
et second potentiels, simultanément, au voisinage immédiat de
l'extrémité de l'émetteur situé en ce croisement une chute de
potentiel faible, suffisante pour provoquer l'émission par effet
de champ d'électrons de cet émetteur,
et au voisinage de la
portion de couche luminescente située au droit de ce croise
ment une chute de potentiel élevée, capable de procurer aux
électrons émis une énergie suffisante pour exciter cette portion
de couche luminescente, ledit premier ou ledit second
ensemble de moyens étant modulés par lesdits signaux de
façon que cette portion de couche luminescente s'illumine en
fonction desdits signaux, l'ensemble des points lumineux ainsi
obtenus séquentiellement constituant ladite image.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre
d'exemple, une forme d'exécution du dispositif, objet de la pré
sente invention.
Les fig. la et lb sont deux vues expliquant le principe mis en
oeuvre dans le dispositif selon l'invention.
La fig. 2 est une vue en perspective, partiellement coupée, de la
partie interne du dispositif.
La fig. 3 est une vue en coupe, selon l'axe III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe, selon l'axe IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue partielle en coupe, selon l'axe V-V de la
fig. 3.
La fig. 6 est une vue de face, depuis l'extérieur, du dispositif
entier.
La fig. 7 est une coupe, selon la ligne VII-VII de la fig. 6.
La fig. 8 représente des courbes relatives au phénomène phy
sique qu'exploite le dispositif.
La fig. 9 est une vue partielle, analogue à celle de la fig. 5,
illustrant une première variante.
La fig. 10 est une vue partielle en coupe, analogue à celle de la
fig. 3, illustrant une seconde variante.
Avant d'aborder la description du dispositif proprement dit, il
convient d'abord d'examiner de manière plus approfondie les pro
blèmes soulevés par les phénomènes d'émission par effet de
champ, examen qui nous permettra ensuite d'exposer le principe
de la solution adoptée pour résoudre ces problèmes.
Les propriétés d'émission par effet de champ que présentent
certains matériaux conducteurs en forme de pointes - c'est-à-dire
la faculté que présentent ces pointes de pouvoir émettre des élec
trons lorsqu'elles sont placées dans les champs électriques rela
tivement intenses - sont fonction d'un certain nombre de para
mètres, parmi lesquels on peut citer les caractéristiques intrin sèques du matériau constituant la pointe (travail de sortie, conductivité électrique...), la géométrie de cette pointe (rayon de l'extrémité, forme de la pointe...) et son état de surface.
La variation du courant I émis par une pointe en fonction de la différence de potentiel V appliquée entre cette pointe et une anode collectrice placée en regard de cette dernière est donnée par une loi théorique bien connue, dite loi exponentielle de Fowler
Nordheim, qui dans le cas d'une pointe de forme paraboloïde par exemple, s'énonce de la façon suivante:
I = A1r2ss2V2 exp [-A2/V] où Ai et A2 sont des constantes, r le rayon de l'extrémité de la pointe et ss un coefficient, dit facteur d'amplification, qui est fonction du rayon r de la pointe et de la distance d de cette pointe à l'anode collectrice selon la relation:
:
2 '3=
r log (4 d/r)
Cette loi théorique de Fowler-Nordheim est représentée sur le diagramme I-V de la fig. la (I étant exprimé en microampères et V en kilovolts) par la courbe A, dite caractéristique couranttension de l'émetteur. Cette caractéristique A, tracée pour une valeur de rayon de pointe particulière, présente une première branche quasi horizontale correspondant à une émission pratiquement nulle, et une seconde branche fortement ascendante correspondant à une émission très intense dès que la différence de potentiel appliquée dépasse une valeur seuil Vs.
En faisant varier la valeur r du rayon de pointe, on pourrait ainsi obtenir sur le diagramme I-V tout un réseau de caractéristiques, chacune de ces caractéristiques se déplaçant vers des tensions plus élevées en voyant sa pente diminuer au fur et à mesure de l'accroissement du rayon r.
On qualifiera d'émetteurs basse tension des émetteurs capables d'émettre à partir de valeurs critiques Vs faibles (de l'ordre de 500 V) et possédant des caractéristiques à pente raide, ce qui correspond à des émetteurs très pointus (rayon r de pointe compris entre 100 et 1000 i). De même, on qualifiera d'émetteurs haute tension des émetteurs possédant des valeurs critiques Vs élevées (de l'ordre de 5 kV) et des caractéristiques à pente plus faible, ce qui correspond à des émetteurs aux pointes plus arrondies (rayon de pointe r compris entre 1000 et 10000 \).
Cependant, un certain nombre de facteurs tenant tant aux techniques de fabrication mises en oeuvre (variation inéluctable de l'état de surface d'une pointe à une autre, difficulté pour contrôler le rayon des pointes en cours de fabrication) qu'aux conditions de fonctionnement (variation de l'état de surface avec le temps en cours d'émission) entraînent une dispersion inévitable des caractéristiques de ces pointes. C'est pourquoi l'allure des caractéristiques réelles diffère sensiblement de celle des caractéristiques théoriques données par la loi de Fowler-Nordheim. A titre d'exemple, on a tracé sur la fig. la deux de ces caractéristiques réelles, respectivement une caractéristique B relative à un émetteur basse tension et une caractéristique C relative à un émetteur haute tension (la largeur des zones hachurées représentant la dispersion de ces caractéristiques).
On peut constater sur cette fig. la que la caractéristique B relative à l'émetteur basse tension présente une pente nettement plus raide ainsi qu'une dispersion absolue considérablement plus faible que celles de la caractéristique C relative à l'émetteur haute tension.
Examinons de plus près les facteurs qui sont la cause de la dispersion de ces caractéristiques. On sait en théorie fabriquer des états de surface pratiquement parfaits (nettoyage des émetteurs par flash haute température par exemple) et empêcher que ces états de surface ne s'altèrent au cours du temps (mise en fonctionnement des émetteurs sous ultravide par exemple). Les conditions à respecter pour parvenir à un tel résultat sont cependant incompatibles avec des exigences de fabrication en grande série et de fonctionnement sous vide moyen. C'est ainsi que l'on constate que l'atmosphère résiduelle présente dans tout tube vidéocathodique (vide d'environ 10-7 torr) est à l'origine d'un certain nombre de pollutions qui viennent altérer progressivement l'état de surface des émetteurs.
Ces pollutions, qui se traduisent par l'apparition progressive à la surface des émetteurs de monocouches d'atomes étrangers, résultent tant de mécanismes d'interaction directe entre l'atmosphère résiduelle elles émetteurs, que de mécanismes du type pulvérisation cathodique dus à l'ionisation de l'atmosphère résiduelle par les électrons émis.
L'état de surface des émetteurs peut encore être perturbé par la présence au voisinage de leurs pointes de champs électriques relativement intenses, qui peuvent entraîner une modification de leur structure cristalline superficielle (migrations d'atomes par exemple).
A cette altération progressive de l'état de surface vient s'ajouter un autre facteur, lui aussi responsable du manque de reproductibilité des émetteurs (donc de la dispersion observée dans les caractéristiques de ces émetteurs), facteur qui a pour origine la difficulté que l'on éprouve au cours de la fabrication à contrôler avec une grande exactitude le rayon de l'extrémité de ces émetteurs, principalement lorsqu'il s'agit de fabriquer des émetteurs aux pointes relativement arrondies. Si l'on sait en effet fabriquer des émetteurs très pointus avec des rayons relativement précis et des angles de cône reproductibles (rayons garantis au-dessous d'une certaine valeur), on éprouve par contre des difficultés plus grandes pour fabriquer des émetteurs arrondis avec une précision analogue.
En effet, pour fabriquer ces émetteurs arrondis, on part en général d'émetteurs pointus qui sont ensuite progressivement arrondis selon diverses techniques; c'est précisément ces tech- niques que l'on a le plus de mal à maîtriser de façon parfaite, ce qui explique en partie pourquoi les émetteurs haute tension présentent une dispersion nettement plus élevée que celle des émetteurs basse tension.
On verra, pour des raisons qui seront expliquées ultérieurement, qu'il est fortement souhaitable de pouvoir utiliser des émetteurs qui présentent des caractéristiques à pente raide et à faible dispersion, c'est-à-dire des émetteurs basse tension. L'utilisation de tels émetteurs étant cependant difficilement compatible avec l'exigence haute tension requise pour l'excitation du phosphore, il convient de trouver un artifice qui permette de résoudre cette apparente incompatibilité. C'est précisément ce que se propose de faire le dispositif selon l'invention.
Le principe de solution adopté dans un tel dispositif consiste en effet à utiliser des émetteurs basse tension et à interposer entre ces émetteurs et les bandes anodiques une grille portée à un potentiel fortement négatif, dans le but d'assurer, comme on va maintenant l'expliquer en détail, une translation des caractéristiques basse tension de ces émetteurs vers les hautes tensions.
Soit en effet (représentés schématiquement sur la fig. Ib) une série d'émetteurs basse tension e portés à un potentiel faiblement positif Vc, une bande anodique a portée à un potentiel fortement positif Va, disposée en regard de ces émetteurs basse tension e, et une grille g interposée entre cette bande anodique et ces émetteurs, et portée à un potentiel fortement négatif Vg.
Les caractéristiques réelles I (Vem) de ces émetteurs basse tension (c'est-à-dire les caractéristiques qui représentent la variation du courant I véhiculé par les électrons émis en fonction de la chute de tension Vem qui règne au voisinage immédiat de ces émetteurs) ont l'allure de la courbe B tracée sur le diagramme I-V de la fig. la. Cependant, cette chute de tension Vem qui règne au voisinage des émetteurs reste une variable interne au système, qu'il est impossible de voir depuis l'extérieur.
Les seules variations que l'on est à même de constater depuis l'extérieur sont en effet les variations du courant I en fonction de la différence de potentiel (Va-Vc) appliquée entre émetteurs et bande anodique, variations qui correspondent sur le diagramme I-V à des caractéristiques apparentes I (Va - Vc), dites caractéristiques équivalentes.
Pour déterminer la façon dont ces caractéristiques équiva lentes I (Va-Vc) se déduisent des caractéristiques réelles I (Vem), il faut établir la relation existant entre la chute de tension interne Vem et cette différence de potentiel extérieure appliquée (Va-Vc).
Les émetteurs pointus présentant la propriété de concentrer la chute de tension au voisinage immédiat de leur pointe, la carte des champs électriques dans l'espace situé entre la pointe et la bande anodique n'est pratiquement pas modifiée par la présence de cette pointe, et on peut ainsi établir en première approximation que la chute de tension Vem régnant au voisinage de la pointe est égale à la différence entre une moyenne des tensions des surfaces se trouvant au voisinage de la pointe (grille au potentiel Vg et bande anodique au potentiel Va) et la tension Vc appliquée sur cette pointe. La relation entre Vem et (Va-Vc) peut ainsi s'écrire:
Va+kVg
Vem = l+k k Vc où k est un coefficient qui dépend de la configuration des différentes surfaces (k voisin de l'unité pour des configurations classiques).
En supposant Vc constant (hypothèse proche de la réalité) et en choisissant alors Vc comme potentiel de référence nul, on peut ainsi en déduire: va = (va-vc)=(l+ k) Vem-kVg.
De cette dernière relation, il résulte que les caractéristiques équivalentes I (Va-Vc) peuvent se déduire des caractéristiques réelles I (Vem) par une dilatation en tension d'un facteur (1 + k), la pente de ces caractéristiques apparentes se trouvant donc divisée par un facteur (1 +k), suivie d'une translation en tension égale à-kVg.
Ainsi, I'effet d'une grille portée à un potentiel négatif Vg consiste principalement à translater la caractéristique réelle I (Vem) d'un émetteur d'une tension kVg. Par un choix judicieux de la tension négative Vg (tension qui doit cependant rester, dans le cas où k > 1, inférieure en valeur absolue à la tension anodique Va) on peut ainsi translater la caractéristique d'un émetteur basse tension (I pA à 300 V) en une caractéristique haute tension (1 A à 6 kV). C'est ce qui est schématisé sur la fig. la où (par application d'une tension Vg égale à -5,4 kV) on translate la courbe B en une courbe D (translation schématisée par la flèche F sur le dessin).
On observe sur cette fig. la que la courbe translatée D présente une pente nettement plus raide et une dispersion nettement moins élevée que celles présentées par la caractéristique C relative à un émetteur haute tension.
Le dispositif d'affichage selon l'invention comprend, comme le montrent les fig. 2 à 5, une première plaque-support 1, transparente, qui est disposée en regard d'une seconde plaque-support 2, laquelle peut être opaque. Pour des raisons qui apparaîtront plus loin, la plaque-support 1 sera appelée plaque anodique et la plaque-support 2 sera appelée plaque cathodique. La face de la plaque anodique 1 qui se trouve en regard de la plaque cathodique 2 est revêtue d'une couche 3 d'un matière luminescente usuelle (par exemple un phosphore). Sur cette couche luminescente est disposée une série de fines bandelettes conductrices très minces 4, dites bandelettes anodiques, isolées électriquement les unes des autres et disposées parallèlement les unes aux autres (dans le sens vertical pour l'exemple représenté sur la fig. 2).
Dans la face de la plaque cathodique 2 se trouvant en regard de la plaque anodique 1 est encastrée une série de conducteurs 5, dits conducteurs cathodiques, isolés électriquement les uns des autres et disposés parallèlement les uns aux autres, dans une direction perpendiculaire à la direction des bandelettes anodiques (donc dans le sens horizontal pour l'exemple représenté sur la fig. 2).
Ces conducteurs cathodiques 5 sont constitués par des rubans métalliques rigides 6, encastrés par l'une de leurs tranches dans la face de la plaque cathodique 2, et munis sur toute la longueur de leur autre tranche d'une pluralité de pointes 7 disposées à intervalles réguliers de façon à pointer chacune en face d'une bandelette anodique 4, les rubans 6 dotés de leurs pointes 7 revêtant ainsi la forme de peignes. Ces pointes 7 sont faites en une matière douée d'un fort pouvoir d'émission par effet de champ, et leurs caractéristiques (notamment le diamètre de leurs extrémités) sont choisies de façon telle que l'émission de champ puisse être provoquée pour des valeurs de potentiel d'extraction peu élevées (inférieures à 1 kV). Il s'agit donc, suivant la terminologie adoptée plus haut, de pointes basse tension.
Entre les bandelettes anodiques 4 et les rubans cathodiques 5 est disposé un grillage métallique 8, situé dans un plan passant sensiblement par les extrémités de chacune des pointes 7 (fig. 3 et 4) et agencé de telle sorte que l'extrémité de chacune de ces pointes 7 se trouve pratiquement au centre de chacune des mailles constituant le grillage 8 (fig. 5).
Les bandelettes anodiques ont par exemple une largeur de l'ordre de 0,3 mm, un espacement de l'ordre de 0,2 mm et leur épaisseur est de l'ordre de 1 . Les rubans cathodiques ont une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm et un espacement de l'ordre de 0,7 mm. Leur largeur en revanche est indifférente, par exemple 4 mm. Les pointes ont un diamètre à la base de l'ordre de l'épaisseur du ruban cathodique 5, une largeur de l'ordre de 5 mm et un diamètre d'extrémité de l'ordre de 1000 A. A titre d'exemple, ces pointes peuvent être réalisées en acier inoxydable recouvert d'une mince couche de carbone.
Les peignes cathodiques 5 sont reliés à des lamelles 10, qui débordent sur la face arrière de la plaque cathodique 2, c'est-àdire la face qui est opposée à celle qui porte les peignes cathodiques 5, et l'ensemble de ces lamelles 10 constitue une rampe 1 1 de contacts cathodiques qui sont alignés le long du bord vertical de cette plaque cathodique 2, mais sans la toucher.
Les bandelettes anodiques 4 sont, elles, reliées à des lamelles 12 qui débordent aussi sur cette même face de la plaque cathodique 2, mais sur le côté horizontal de celle-ci. Chacune de ces lamelles 12 se compose d'une partie plane 1 2a se prolongeant par un ruban 13 de faible épaisseur replié un certain nombre de fois sur lui-même en forme de zigzag de façon à former une série de dièdres aux angles identiques se succédant les uns par rapport aux autres en présentant alternativement leur ouverture vers le haut et vers le bas de sorte que les arêtes desdits dièdres ouverts vers le bas se trouvent situés dans un premier plan coïncidant avec celui de la partie plane 12a, cependant que les arêtes desdits dièdres ouverts vers le haut sont situés dans un second plan, parallèle au premier et situé au-dessous de ce dernier.
Pour des raisons qui seront expliquées ultérieurement, les angles de ces dièdres successifs sont, de préférence, compris entre 10 et 200. Le ruban 13 peut, par exemple, être un ruban d'acier inoxydable, présentant une largeur d'environ 0,3 mm et une épaisseur d'environ 0,03 mm. La hauteur des zigzags peut être de l'ordre de 1 mm à 1,5 mm, et leur largeur totale peut par exemple être de l'ordre de 10 mm (pour un écran de 700 mm).
L'ensemble de ces rubans zigzags 13 constitue une rampe 14 de contacts anodiques qui sont alignés dans le prolongement du bord supérieur de la plaque cathodique 2.
La plaque anodique 1 porte encore une bandelette auxiliaire 15, conductrice, disposée à travers l'ensemble des bandes anodiques 4 (donc dans le sens horizontal pour l'exemple représenté en fig. 2) et séparée de ces dernières par une couche d'isolement 16 faiblement conductrice présentant à l'égard des bandelettes anodiques des fuites électriques.
La rampe de contacts anodiques 14 est entourée par une électrode conductrice 19 de forme parallélépipédique, dans la face inférieure de laquelle est découpée une fenêtre rectangulaire 20 dévoilant presque entièrement l'ensemble des rubans zigzags 13.
De même, la rampe de contacts cathodiques 11 est entourée d'une électrode conductrice 21 de forme parallélépipédique, dans la face interne de laquelle est également découpée une fenêtre rectangulaire 22 qui laisse apparaître presque en totalité l'ensemble des lamelles de contact 10. Entre les bords 21a et 21b de cette fenêtre 22, est tendu un grillage 22a à mailles serrées (visible en coupe sur la fig. 4 et partiellement à la fig. 3). Pour des raisons qui apparaîtront plus loin, l'électrode 19 sera appelée électrode collectrice et l'électrode 21 sera appelée suppresseur.
L'électrode collectrice 19 est connectée à une première source de tension extérieure V19 fortement positive (de l'ordre de quelques kilovolts) capable de la porter à un potentiel positif par rapport au potentiel des contacts zigzags 13. Le suppresseur 21 est relié à une seconde source de tension extérieure V21 faiblement positive (de l'ordre d'une centaine de volts). La grille 8 est reliée, quant à elle, à une troisième source de tension extérieure Vo fortement négative (de l'ordre de quelques kilovolts). A titre d'exemple, la source de tension V19 peut être de 6 kV, la source de tension V21 de 50 V et la source de tension Vg de -5 kV.
Derrière la plaque cathodique 2, dans le coin qui est opposé à la fois à la rampe cathodique 1 1 et à la rampe anodique 14, sont placés deux canons électroniques 24 et 28. Le canon 24, dit canon anodique, est pointé perpendiculairement à la rampe anodique 14 (c'est-à-dire pointé dans le sens vertical pour l'exemple représenté en fig. 2).
Le canon anodique 24 est équipé de dispositifs de focalisation (non représentés) permettant d'obtenir un faisceau électronique 25 de section rectangulaire ou elliptique aplatie dont la longueur et la largeur sont sensiblement égales, respectivement, à la longueur et à la largeur de chacun des rubans zigzags 13 constituant la rampe anodique 14, et de dispositifs de balayage (dont seules sont représentées les plaques déflectrices 26) imposant à ce faisceau électronique 25 de balayer cette rampe anodique 14 à travers la fenêtre 20, ce que représente la flèche 27.
Le canon 28, dit canon cathodique, est pointé perpendiculairement à la rampe cathodique 11 (c'est-à-dire pointé dans le sens horizontal pour l'exemple représenté en fig. 2). Ce canon cathodique 28 est équipé de dispositifs de focalisation (non représentés) permettant d'obtenir un faisceau électronique 29 de section également rectangulaire ou elliptique aplatie dont la longueur et la largeur sont sensiblement égales, respectivement, à la largeur de la fenêtre 22 et à la largeur des lamelles 10 constituant la rampe cathodique 11, et de dispositifs de balayage (dont seules sont représentées les plaques déflectrices 30) imposant à ce faisceau électronique 29 de balayer cette rampe cathodique 11 à travers la fenêtre 22, ce que représente la flèche 31.
L'espace balayé par l'ensemble des deux faisceaux, cathodique et anodique, se trouve par ailleurs délimité par deux plaques conductrices parallèles constituant des blindages électriques, respectivement un premier blindage 34 disposé contre la face arrière de la plaque cathodique 2, et un second blindage 35 (visible seulement partiellement sur la fig. 2) disposé en arrière des canons 24 et 28. Ces blindages 34 et 35 s'étendent respectivement, du côté de la rampe anodique 14 (fig. 3), jusqu'à venir en contact avec les bords 19a et 19b de la fenêtre 20 découpée dans l'électrode collectrice 19 de façon à se trouver portés eux aussi au potentiel V19 de cette électrode 19, et du côté de la rampe cathodique (fig. 4), jusqu'au voisinage seulement du suppresseur 21, de façon à se trouver isolés électriquement de ce suppresseur 21 porté au potentiel faiblement positif V21.
Les extrémités de ces blindages 34 et 35 situées au voisinage du suppresseur 21 sont munies respectivement de rebords internes 34a et 35a, disposés respectivement sensiblement en regard des bords 21a et 21b de la fenêtre 22 découpée dans le suppresseur 21.
Le rôle des blindages 34 et 35 portés au potentiel haute tension V19 est d'empêcher l'apparition éventuelle de champs parasites extérieurs qui pourraient perturber la trajectoire des faisceaux cathodique 29 et anodique 25 avant leur arrivée sur les rampes respectives 11 et 14, cependant que la présence des rebords 34a et 35a portés au potentiel haute tension V19 et de la grille 22a portée au potentiel basse tension V21 est destinée à limiter le gradient haute tension/basse tension au volume le plus faible possible et à empêcher que le champ engendré par le blindage fortement positif ne vienne exercer un effet d'extraction près de la rampe cathodique 11.
L'ensemble qui vient d'être décrit est enfermé dans une enveloppe hermétique vide d'air dont une face au moins est transparente et permet de regarder la plaque anodique 1 et, à travers celle-ci, la couche de matière luminescente 3 dont elle est revêtue sur la face interne. C'est ce que montrent schématiquement les fig. 6 et 7 où l'on reconnaît l'enveloppe 40 formée de deux coques 41 et 42 assemblées par soudage sur chacune des faces d'une bague annulaire plate 43. Etant donné que la coque antérieure 41 doit être transparente, il y a avantage à faire les deux coques 41 et 42 ainsi que la bague 43 en verre: cela facilite la soudure des coques sur la bague. Les coques 41 et 42 pourront par exemple être en verre trempé, et la bague 43 en verre fritté.
On reconnaît également à l'intérieur de l'enveloppe 40 la plaque anodique 1, la plaque cathodique 2, la grille 8, le réseau des bandelettes anodiques 4, le réseau des peignes cathodiques, la rampe 11 des contacts cathodiques et, partiellement, la rampe 14 des contacts anodiques (non visible à la fig. 7) ainsi que les canons anodique 24 et cathodique 28. La réalisation de l'enveloppe en deux coques soudées sur une bague permet d'assembler ces divers éléments sur tout le pourtour de cette bague 43 ainsi que de pratiquer dans cette bague 43 des passages pour les diverses connexions électriques avec l'extérieur (assemblages mécaniques et passages électriques illustrés schématiquement sur la fig. 7, respectivement, par les chiffres 44 et 45).
Les blindages 34 et 35 constitués par des plaques métalliques peuvent, en variante, être remplacés par des couches conductrices revêtant, respectivement, la face arrière de la plaque cathodique 2, et la face interne de la coque postérieure 42. Après soudage des coques 41 et 42 sur la bague 43, I'enveloppe 40 est vidée d'air à travers le queusot 46.
On vient de dire que les coques 41 et 42 pouvaient être réalisées en verre trempé. En effet, on ne se trouve plus dans l'obligation comme dans les tubes habituels d'employer des verres au plomb (donc non trempables), car les tensions de travail utilisées (6 à 8 kV au lieu des 20 kV habituels des tubes habituels) éliminent pratiquement tout risque de production de rayons X. Ce verre trempé présente l'avantage, par rapport au verre au plomb, d'être moins coûteux et de posséder une résistance mécanique plus élevée, ce qui permet une réduction de l'épaisseur du verre, et par conséquent une diminution du poids total.
Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant: le balayage de la rampe de contacts anodiques 14 par le faisceau 25 du canon anodique 24 a pour effet d'extraire des électrons secondaires des rubans zigzags 13 constituant ladite rampe 14, électrons secondaires qui sont recueillis par l'électrode collectrice 19 connectée à la source de tension V19 (capable, rappelons-le, de porter cette électrode 19 à un potentiel positif par rapport au potentiel des contacts 14).
L'angle d'incidence et l'énergie du faisceau 25 sont tels (le faisceau 25 frappant en effet les différentes faces individuelles des rubans zigzags sous une incidence presque rasante du fait de la configuration géométrique particulière de ces rubans zigzags) que le rendement en électrons secondaires des rubans zigzags 13 frappés par ce faisceau est nettement supérieur à l'unité, de sorte que les bandelettes anodiques 4 acquièrent une charge positive sous l'effet de cette émission secondaire élevée, et par conséquent un potentiel positif. Ce potentiel peut atteindre des valeurs positives élevées, de l'ordre de quelques kilovolts.
La bandelette auxiliaire 15 (fig. 4) est reliée à une source de tension extérieure Vls, de manière à imposer aux bandelettes anodiques 4, tant que celles-ci ne sont pas frappées par le faisceau électronique 25, un potentiel déterminé dépendant des fuites électriques dont la couche d'isolement 16 est le siège.
Le balayage de la rampe 11 de contacts cathodiques par le faisceau 29 du canon cathodique 28 a également pour effet d'extraire les électrons secondaires des contacts cathodiques 10 constituant la rampe. Ces électrons secondaires sont soit, lorsque la tension des contacts cathodiques 10 est supérieure à la tension V21 du suppresseur 21, repoussés par ce suppresseur 21 et réabsorbés par les contacts 10 de sorte que ces contacts se chargent négativement et voient leur potentiel diminuer, soit, lorsque la tension est inférieure à la tension V21, absorbés par le suppresseur qui joue alors le rôle d'une électrode collectrice.
Le potentiel des peignes cathodiques 5 va donc se maintenir, du fait de l'action du suppresseur 21, à des valeurs positives faibles, voisines de la tension V21 de ce suppresseur (le potentiel des contacts cathodiques ne peut en effet devenir négatif, car il repousserait le faisceau et annulerait le courant transmis).
A un instant déterminé, il s'établit ainsi au croisement de la bandelette anodique 4 et du peigne cathodique 5 dont les contacts sont excités - contacts excités définis par la position instantanée qu'occupent les deux faisceaux mobiles provenant des canons électriques - une différence de potentiel (et par conséquent un champ électrique) qui s'élève jusqu'à une valeur suffisante pour entraîner une extraction d'électrons par émission de champ de la pointe 7 située en ce point de croisement. Les électrons émis par effet de champ à partir de la pointe 7 sont alors accélérés par cette différence de potentiel, frappent la bandelette anodique 4, la traversent en s'y ralentissant et pénètrent dans la partie de la couche de phosphore 3 située en regard de ce point de croisement, assurant ainsi l'excitation de ce phosphore, excitation qui donne lieu à une émission de lumière.
L'intensité lumineuse (ou éclairement) qui résulte de l'excitation du phosphore dépend donc à la fois de la différence de potentiel ayant servi à accélérer les électrons émis par effet de champ et du courant véhiculé par ces électrons. Soit AV cette différence de potentiel et I ce courant. Pour faire varier à volonté l'intensité lumineuse d'un point quelconque de l'écran (en vue par exemple de réaliser un affichage déterminé ou de reproduire des images de télévision) il faut donc en principe pouvoir faire varier ce courant I et/ou cette différence de potentiel AV. Cependant, il est préférable, pour les raisons qui vont suivre, de maintenir la différence de potentiel AV la plus constante possible et de ne faire varier que le courant I.
En effet, étant donné que les bandes anodiques présentent des capacités contre terre qui ne peuvent être abaissées en dessous d'une certaine valeur limite (de l'ordre de I pF), le passage d'une intensité lumineuse à une autre implique un certain laps de temps (pour charger ou décharger ces capacités), laps de temps d'autant plus important que la variation de AV est plus grande. Ce laps de temps se traduit au-dessus d'une certaine fréquence de balayage par une perte de définition de l'affichage (phénomène sensible pour les fréquences de balayage employées en télévision). Pour éliminer cet inconvénient, il convient donc de limiter au maximum les écarts susceptibles d'être enregistrés par cette valeur AV.
Il n'est cependant pas possible, pour régler à volonté cette
intensité lumineuse, d'agir directement sur les valeurs I et/ou AV qui restent des valeurs internes au système. Les seuls paramètres sur lesquels on puisse agir directement sont en effet les paramètres extérieurs au système, à savoir: intensité des faisceaux issus du canon cathodique 28 ou du canon anodique 24, ou tensions du suppresseur 21 ou du collecteur 19 (tensions qui peuvent permettre d'exercer une action globale sur la tension des contacts cathodiques ou anodiques).
Il convient donc d'examiner de plus près le processus par lequel le phosphore se trouve excité (c'està-dire comment s'établissent les valeurs I et AV) en fonction de ces paramètres extérieurs, et de voir comment évolue ce processus (c'est-à-dire comment varient ces valeurs I et AV) en fonction des variations qui sont imposées à ces paramètres extérieurs.
Pour simplifier, on supposera que, dans le dispositif décrit, on choisit d'agir uniquement sur l'intensité du faisceau anodique 25, les autres paramètres extérieurs étant maintenus constants. L'intensité lumineuse obtenue sur l'écran est donc réglée uniquement par la modulation du faisceau anodique 25 (pour obtenir une image télévision par exemple, on appliquera ainsi le signal vidéo sur le canon anodique).
Supposons tout d'abord que le canon anodique 24 délivre un nux d'électrons 25 véhiculant une intensité bien déterminée Ia, et soit I1, le courant circulant dans celui des peignes cathodiques 5 :lUi correspond au contact cathodique 10 frappé par le faiseau 29, I2 le courant circulant dans celle des bandelettes ano iniques 4 qui correspond au contact anodique 14 frappé par le faisveau anodique 25 et I le courant véhiculé par les électrons émis par effet de champ par la pointe 7 située au point de croisement de cette bandelette anodique et de ce peigne cathodique.
Soit Vl le potentiel de contact cathodique 10, donc du peigne correspondant 5, par rapport à la cathode du canon cathodique 28, V2 le potentiel du contact anodique 13, donc de la bandelette correspondante 4, par rapport à la cathode du canon anodique 24, et supposons que les cathodes des canons cathodique 28 et anodique 24 sont à un même potentiel, par exemple à celui de la masse. Dans ces conditions, la différence de potentiel AV qui existe entre la bandelette anodique 4 et le peigne cathodique 5 vaut AV=V1-V2.
Le courant anodique 12, qui résulte du bilan entre le courant d'émission secondaire engendré par le contact anodique 13 sous l'effet de l'impact des électrons du faisceau anodique 25 et le courant de faisceau anodique Ia que véhiculent ces électrons, dépend du potentiel V2 du contact 13 selon une loi représentée par la courbe 12 de la fig. 8. Cette courbe est tracée dans un diagramme I-V dans lequel on a placé le zéro de 12 sur l'axe V. Dans ces conditions, les points 53 et 54 qui, sur cette courbe, correspondent à la valeur (s= 1 du rendement en électrons secondaires, se trouvent sur l'axe des abscisses.
La partie de cette courbe qui est située entre les points 53 et 54, donc au-dessus de cet axe, correspond à a > 1; comme c'est la partie utile, elle est tracée en trait plein. Les parties qui sont utilisées à gauche du point 53 et à droite du point 54, donc au-dessous de l'axe des abscisses, correspondent à a < 1: elles sont tracées en traits interrompus.
Les courants de fuite étant supposés négligeables, le courant I2 doit, pour satisfaire la loi de conservation du courant, avoir la même valeur que le courant I résultant de l'émission par effet de champ du peigne cathodique 5. Ce courant I varie en fonction de la différence de potentiel (VV,), selon une loi qui est représentée, comme on l'a expliqué plus haut, par la caractéristique équivalente I de la fig. 8 (caractéristique translatée de la caractéristique basse tension de la pointe d'une quantité -kVs). La branche quasi verticale de cette courbe I intersecte la courbe I2 en un point 55 qui correspond à l'égalité des courants 12 et I et qui constitue le point de fonctionnement.
L'abscisse de ce point de fonctionnement définit le potentiel V2 (mesuré par rapport à la cathode du canon anodique 24) que prennent, à l'équilibre, la bandelette anodique 4 et son contact 13; I'ordonnée de ce point définit le courant I que fournit, à l'équilibre, l'émission de champ du peigne cathodique 5, par conséquent le courant I1, qui traverse ce peigne et son contact 10.
Or, ce courant I1, qui résulte du bilan entre le courant du faisceau cathodique 29 véhiculé par les électrons émis par le canon cathodique 28 et le courant d'émission secondaire engendré par le contact cathodique 10 sous l'effet de l'impact des électrons de ce faisceau cathodique 29, dépend du potentiel Vi du contact 10 selon une loi représentée par la courbe I1 de la fig. 8, laquelle comprend une première branche quasi verticale suivie d'une seconde branche pratiquement horizontale.
L'ordonnée I1= Ii =1=12 correspond sur cette branche ascendante à un point 58 dont l'abscisse définit le potentiel V1 que doit avoir, à l'équilibre, le peigne cathodique 5 et son contact 10 par rapport à la cathode du canon cathodique 28.
On voit ainsi que, pour une intensité de faisceau anodique déterminée Ia, il s'établit dans le système un équilibre correspondant à un courant I et à une différence de potentiel AV bien déterminés, lesquels donnent lieu à une illumination du phosphore d'une intensité lumineuse bien définie.
Supposons maintenant que l'on fasse varier l'intensité de ce faisceau anodique, celle-ci prenant par exemple une valeur I'a, inférieure à la. Les courbes I et I1 tracées sur le diagramme de la fig. 8 restent inchangées.
La courbe I2 par contre est remplacée par une courbe I'2, à la forme plus aplatie. Cette courbe I'2 intersecte la courbe I en un point 65 qui constitue le nouveau point de fonctionnement. L'abscisse de ce point 65 définit le nouveau potentiel V'2 que prennent la bandelette anodique 4 et son contact 13, cependant que son ordonnée définit le nouveau courant I' que fournit, à l'équilibre,
I'émission de champ. Cette ordonnée correspond sur la courbe I à un point 68 dont l'abscisse définit le nouveau potentiel V'1 que présentent, à l'équilibre, le peigne cathodique 5 et son contact 10.
Dans ces conditions, la nouvelle différence de potentiel AV' qui existe entre la bandelette anodique 4 et le peigne cathodique 5 vaut AV'=V',-V'2.
Ainsi, le fait de réduire l'intensité du faisceau anodique d'une valeur déterminée Ia à une autre valeur I'a, inférieure à Ia, entraîne conjointement un abaissement du courant d'émission de la valeur I à la valeur I' et un abaissement de la différence de potentiel accélératrice de la valeur AV = V2-VI à la valeur AV'=V'2-V'1, lesquels entraînent à leur tour une diminution de l'intensité lumineuse produite sur l'écran. On observe ainsi une adaptation automatique de la luminance du phosphore au signal de commande de l'intensité du faisceau anodique, par l'intermédiaire d'un ajustement simultané des valeurs I et AV.
On peut toutefois constater sur la fig. 8 que la présence d'une caractéristique I (AV) à forte pente permet de limiter au maximum les écarts susceptibles d'être enregistrés par la valeur AV, et par conséquent d'éliminer les risques de perte de définition à l'affichage, susceptibles de se produire en raison des effets capacitifs mentionnés plus haut. Par ailleurs, une forte dispersion de cette caractéristique I (AV) aurait eu pour conséquence néfaste d'entraîner une scintillation de l'affichage, à cause de ces mêmes effets capacitifs. On comprend dés lors pourquoi il est particulièrement souhaitable d'avoir une caractéristique I (AV) à pente raide et à dispersion réduite.
Rappelons que cette caractéristique haute tension à pente raide et dispersion réduite est obtenue grâce à l'utilisation combinée de pointes émettrices basse tension 7 et d'une grille 8 portée à un potentiel fortement négatif.
La présence d'une grille portée à un potentiel négatif présente en outre l'avantage additionnel, en attirant vers elle une grande part des ions qui se forment dans l'espace entre émetteurs et bandes anodiques, de réduire considérablement l'érosion ionique de ces émetteurs.
L'utilisation de contacts anodiques 13 en forme de zigzag a pour but de contraindre le faisceau anodique 25 à venir frapper les différentes surfaces individuelles constitutives de ces contacts sous une incidence presque rasante, ce qui présente l'avantage d'augmenter le rendement en émission secondaire de ces contacts.
De la sorte, on peut utiliser pour ces rubans zigzags un matériau à rendement voisin ou inférieur à l'unité sous incidence normale, mais stable en fonction des pollutions, tout en maintenant le rendement en émission secondaire global supérieur à l'unité et stable au cours du temps, malgré l'apparition progressive de pollutions à la surface de ces contacts. Pour une explication plus détaillée du phénomène, on se référera au brevet N" 603007.
La forme de grille représentée dans le mode d'exécution décrit n'est pas la seule possible. Au lieu d'une grille constituée par un réseau de fils entrelacés formant les mailles, on peut en effet imaginer d'autres types de grilles, constituées par exemple par de simples fils parallèles, ou bien présentant la forme d'un masque perforé. C'est ce dernier type de grille qui est représenté partiellement à la fig. 9 où l'on peut voir une portion de plaque 69 percée d'un réseau régulier de trous rectangulaires 70 au voisinage du centre de chacun desquels pointent les émetteurs 7. Ce masque perforé peut être obtenu mécaniquement, ou bien par attaque photochimique par exemple.
Pour résoudre le problème des déformations qui pourraient éventuellement être causées par l'attraction électrostatique (principalement entre plaque anodique et grille), on peut par ailleurs utiliser des grilles et des plaques anodiques légèrement galbées. C'est cette variante qui est représentée sur la fig. 10 où l'on peut voir une plaque anodique 71 et une grille 72 légèrement galbées, la plaque anodique portant par ailleurs un réseau de bandelettes anodiques 73 reliées aux contacts 74. On peut également voir sur cette fig. 10 un réseau de peignes cathodiques 75, légèrement décalés les uns par rapport aux autres de façon à épouser le galbe de la plaque 71 et de la grille 72. A titre d'exemple, le galbe peut correspondre à une flèche de l'ordre de quelques millimètres pour un côté de plusieurs centaines de millimètres.
In the field of videoscopic display, there is currently a need for an intermediate solution between the traditional, heavy and bulky cathode ray tube, and the flat-type electroluminescent display panel, the appearance of which on the market remains for the time being. problematic moment both for performance issues and for reasons of manufacturing costs.
Devices are already known which fall within the perspective of such an intermediate solution, such as for example the video cathode tube described by Swiss patent No. 556605, which is in the form of a thin parallelepiped, and of which the principle is based on the separation of the functions of electronic distribution and excitation of phosphorus. In such a tube, in fact, the electronic distribution function is ensured by the use of two separate electronic guns arranged behind the screen and in parallel. to the latter so as to independently sweep two rows of contacts located along two perpendicular edges of the screen.
One of these rows of contacts is connected to a first network of conductive strips, parallel to each other and covering the phosphor layer, while the other row is connected to a second network of parallel strips, provided with emission points by field effect directed towards the phosphor layer, and constituting a matrix crossed with said first network.
The contacts of these two rows are covered with metals with secondary emission properties such that, under the effect of the scanning by the electron beams, the bands covering the phosphorus charge sequentially at a first positive potential, while the bands endowed with points are sequentially charged to a second negative potential with respect to the first potential, so that at the crossing of the scanned bands the potential difference rises until the emission of electrons by the point located at this point. The excitation of the phosphorus is then ensured by these emitted electrons which are accelerated by this potential difference until they bombard the phosphorus range located at the crossing point.
However, the proper functioning of such a video cathode tube poses a certain number of problems, one of the main ones being the fact that it is the same potential difference (that generated at the crossing of the excited bands) which must ensure both the extraction and the acceleration of electrons, which makes it impossible to independently control the processes of field emission and phosphorus excitation.
Now, we know, on the one hand, that the process of excitation of phosphorus requires the use of high accelerating voltages, of the order of a few kilovolts (the illumination E produced by excited phosphorus varies in fact with the energy of the incident electrons, therefore with the voltage V necessary to accelerate these electrons, according to the relation E = nl (V- Vo) "l where Vo represents the loss of energy of the electrons in the conductive layer covering the phosphorus, nl is a coefficient of proportionality, and n2 a coefficient between I and 2) .On the other hand, it will be seen that it is highly desirable, for a certain number of reasons which will be analyzed later, to use emitting points by field effect which emit at relatively low voltages, of the order of a few hundred volts.
These voltage conditions which are difficult to reconcile on account of the interdependence of the processes of emission by field effect and of excitation of the phosphorus, constitute a particularly annoying drawback for current videocathode tubes.
The object of the present invention is precisely to remedy this drawback.
To this end, the present invention relates to a videocathode tube intended to restore, in visible form, electronic signals.
triques representing an image, comprising an empty air chamber, delimited by a wall a portion of which constitutes a transparent window, this chamber containing:
: - a layer of at least one luminescent substance carried by
a transparent plate, this layer having an extension sen
sibly equal to that of this window and being visible through
this one; - a matrix of emitters by field effect with low emitted threshold
tion divided into rows and columns, oriented so as to
emitting to said luminescent layer; - a first network of conductive tracks isolated from each other
others and arranged along the lines of transmitters, each of the
transmitters of any line being electrically connected to
the corresponding track of said first network:
: - a second network of conductive tracks isolated from each other
others as well as tracks of said first network, arranged in
contact with said luminescent layer and extending in
look at the columns of transmitters; a first set of means capable of carrying sequen
tially the tracks of said first network to a first poten
tiel;
; - a second set of means capable of carrying sequentially
ment the tracks of said second network to a second potential,
positive with respect to said first potential, and - a grid-shaped electrode connected to a voltage source,
interposed between said matrix of emitters and said second
network and having substantially the same extension as these, the
choice of the voltage of said source and said second potential
with respect to said first potential being such that it prevails at
crossing of the tracks carried respectively to said first
and second potentials, simultaneously, in the immediate vicinity of
the end of the transmitter located at this crossing a drop of
low potential, sufficient to cause emission by effect
electron field of this emitter,
and in the vicinity of the
portion of luminescent layer located to the right of this crossing
ing a high drop in potential, capable of providing
electrons emitted sufficient energy to excite this portion
luminescent layer, said first or said second
set of means being modulated by said signals of
way that this portion of the luminescent layer is illuminated by
function of said signals, the set of light points as well
obtained sequentially constituting said image.
The accompanying drawing illustrates, schematically and by way of
example, an embodiment of the device, subject of the pre
feels invention.
Figs. la and lb are two views explaining the principle implemented
works in the device according to the invention.
Fig. 2 is a perspective view, partially cut away, of the
internal part of the device.
Fig. 3 is a sectional view, along the line III-III of FIG. 2.
Fig. 4 is a sectional view, along the axis IV-IV of FIG. 3.
Fig. 5 is a partial sectional view, along the V-V axis of the
fig. 3.
Fig. 6 is a front view, from the outside, of the device
whole.
Fig. 7 is a section taken along line VII-VII of FIG. 6.
Fig. 8 represents curves relating to the phy
sic that the device operates.
Fig. 9 is a partial view, similar to that of FIG. 5,
illustrating a first variant.
Fig. 10 is a partial sectional view, similar to that of the
fig. 3, illustrating a second variant.
Before approaching the description of the device itself, it is
should first examine in more depth the pro
problems raised by emission phenomena by the effect of
field, an examination which will then allow us to explain the principle
of the solution adopted to resolve these problems.
The emission properties by field effect that
certain conductive materials in the form of spikes - i.e.
the faculty presented by these points of being able to emit
trons when placed in the electric fields rela
very intense - depend on a number of para
meters, among which we can cite the intrinsic characteristics of the material constituting the tip (output work, electrical conductivity, etc.), the geometry of this tip (radius of the tip, shape of the tip, etc.) and its surface condition.
The variation of the current I emitted by a tip as a function of the potential difference V applied between this tip and a collecting anode placed opposite the latter is given by a well-known theoretical law, called Fowler's exponential law
Nordheim, which in the case of a paraboloid shaped tip for example, is expressed as follows:
I = A1r2ss2V2 exp [-A2 / V] where Ai and A2 are constants, r the radius of the end of the tip and ss a coefficient, called the amplification factor, which is a function of the radius r of the tip and of the distance d from this point to the collecting anode according to the relation:
:
2 '3 =
r log (4 d / r)
This theoretical Fowler-Nordheim law is represented on the diagram I-V of fig. the (I being expressed in microamperes and V in kilovolts) by the curve A, known as the current-voltage characteristic of the emitter. This characteristic A, plotted for a particular point radius value, has a first quasi-horizontal branch corresponding to practically zero emission, and a second strongly ascending branch corresponding to a very intense emission as soon as the applied potential difference exceeds a threshold value Vs.
By varying the value r of the tip radius, we could thus obtain on diagram IV a whole network of characteristics, each of these characteristics moving towards higher voltages while seeing its slope decrease as the increase. of radius r.
Low voltage transmitters will be qualified transmitters capable of emitting from low critical values Vs (of the order of 500 V) and having steep slope characteristics, which corresponds to very sharp emitters (peak radius r between 100 and 1000 i). Likewise, high voltage transmitters will be qualified as transmitters having high critical values Vs (of the order of 5 kV) and characteristics with a lower slope, which corresponds to transmitters with more rounded tips (tip radius r between 1000 and 10000 \).
However, a certain number of factors relating both to the manufacturing techniques used (inevitable variation in the surface condition from one point to another, difficulty in controlling the radius of the points during manufacture) and to the operating conditions. operation (variation of the surface state with time during emission) lead to an inevitable dispersion of the characteristics of these points. This is why the appearance of the real characteristics differs appreciably from that of the theoretical characteristics given by the law of Fowler-Nordheim. By way of example, we have drawn in FIG. the two of these real characteristics, respectively a characteristic B relating to a low voltage emitter and a characteristic C relating to a high voltage emitter (the width of the hatched areas representing the dispersion of these characteristics).
We can see in this fig. 1a that the characteristic B relating to the low voltage emitter has a markedly steeper slope as well as a considerably lower absolute dispersion than those of the characteristic C relating to the high voltage emitter.
Let's take a closer look at the factors that cause these characteristics to scatter. In theory, it is known how to produce practically perfect surface states (cleaning of emitters by high temperature flash for example) and to prevent these surface states from deteriorating over time (putting the emitters into operation under ultra-high vacuum for example). The conditions to be observed in order to achieve such a result are however incompatible with the requirements of mass production and of operation under medium vacuum. This is how we see that the residual atmosphere present in any video cathode tube (vacuum of about 10-7 torr) is the source of a certain number of pollution which gradually alters the surface condition. issuers.
These pollutions, which result in the gradual appearance on the surface of the emitters of monolayers of foreign atoms, result both from mechanisms of direct interaction between the residual atmosphere they emit, and from mechanisms of the cathode sputtering type due to the ionization of the residual atmosphere by the emitted electrons.
The surface state of emitters can still be disturbed by the presence in the vicinity of their peaks of relatively intense electric fields, which can lead to a modification of their surface crystalline structure (migrations of atoms for example).
To this gradual deterioration of the surface condition is added another factor, also responsible for the lack of reproducibility of the transmitters (therefore of the dispersion observed in the characteristics of these transmitters), a factor which originates from the difficulty that It is tested during manufacture to control with great accuracy the radius of the end of these transmitters, mainly when it comes to manufacturing transmitters with relatively rounded tips. Although we know how to manufacture very sharp emitters with relatively precise radii and reproducible cone angles (radii guaranteed below a certain value), we experience greater difficulties in manufacturing rounded emitters with similar precision.
In fact, in order to manufacture these rounded emitters, one generally starts with pointed emitters which are then gradually rounded using various techniques; It is precisely these techniques that it is most difficult to master perfectly, which partly explains why high voltage transmitters have a much higher dispersion than that of low voltage transmitters.
It will be seen, for reasons which will be explained later, that it is highly desirable to be able to use emitters which have steep slope and low dispersion characteristics, that is to say low voltage emitters. The use of such emitters being however hardly compatible with the high voltage requirement required for the excitation of the phosphorus, it is necessary to find an artifice which makes it possible to resolve this apparent incompatibility. This is precisely what the device according to the invention proposes to do.
The principle of the solution adopted in such a device consists in fact in using low voltage transmitters and in interposing between these transmitters and the anode bands a gate brought to a strongly negative potential, in order to ensure, as we will now see. explain in detail, a translation of the low voltage characteristics of these transmitters towards high voltages.
Let in fact (shown schematically in FIG. Ib) a series of low voltage emitters e brought to a weakly positive potential Vc, an anode strip brought to a strongly positive potential Va, arranged opposite these low voltage emitters e, and a gate g interposed between this anode strip and these emitters, and brought to a strongly negative potential Vg.
The real characteristics I (Vem) of these low voltage transmitters (that is to say the characteristics which represent the variation of the current I carried by the emitted electrons as a function of the voltage drop Vem which prevails in the immediate vicinity of these transmitters ) have the shape of the curve B plotted in diagram IV of fig. the. However, this voltage drop Vem which prevails in the vicinity of the emitters remains an internal variable in the system, which it is impossible to see from the outside.
The only variations that we are able to observe from the outside are in fact the variations of the current I as a function of the potential difference (Va-Vc) applied between emitters and anode strip, variations which correspond to diagram IV to apparent characteristics I (Va - Vc), called equivalent characteristics.
To determine the way in which these equivalent characteristics I (Va-Vc) are deduced from the real characteristics I (Vem), it is necessary to establish the relation existing between the internal voltage drop Vem and this applied external potential difference (Va-Vc) .
Since pointed emitters have the property of concentrating the voltage drop in the immediate vicinity of their tip, the map of the electric fields in the space between the tip and the anode strip is practically not modified by the presence of this tip, and we can thus establish as a first approximation that the voltage drop Vem prevailing in the vicinity of the tip is equal to the difference between an average of the voltages of the surfaces located in the vicinity of the tip (gate at potential Vg and anode strip at potential Va) and the voltage Vc applied to this tip. The relation between Vem and (Va-Vc) can thus be written:
Va + kVg
Vem = l + k k Vc where k is a coefficient which depends on the configuration of the different surfaces (k close to unity for classical configurations).
Assuming Vc constant (assumption close to reality) and then choosing Vc as zero reference potential, we can thus deduce: va = (va-vc) = (l + k) Vem-kVg.
From this last relation, it follows that the equivalent characteristics I (Va-Vc) can be deduced from the real characteristics I (Vem) by a voltage expansion of a factor (1 + k), the slope of these apparent characteristics being therefore divided by a factor (1 + k), followed by a translation in voltage equal to -kVg.
Thus, the effect of a gate brought to a negative potential Vg consists mainly in translating the real characteristic I (Vem) of an emitter by a voltage kVg. By a judicious choice of the negative voltage Vg (voltage which must however remain, in the case where k> 1, lower in absolute value than the anode voltage Va) it is thus possible to translate the characteristic of a low voltage transmitter (I pA to 300 V) into a high voltage characteristic (1 A at 6 kV). This is shown schematically in FIG. where (by applying a voltage Vg equal to -5.4 kV) curve B is translated into a curve D (translation shown schematically by the arrow F in the drawing).
It is observed in this fig. 1a that the translated curve D has a markedly steeper slope and a markedly lower dispersion than those presented by the characteristic C relating to a high voltage emitter.
The display device according to the invention comprises, as shown in FIGS. 2 to 5, a first transparent support plate 1, which is disposed opposite a second support plate 2, which may be opaque. For reasons which will appear later, the support plate 1 will be called the anode plate and the support plate 2 will be called the cathode plate. The face of the anode plate 1 which is located opposite the cathode plate 2 is coated with a layer 3 of a usual luminescent material (for example a phosphor). On this luminescent layer is arranged a series of fine very thin conductive strips 4, called anode strips, electrically insulated from each other and arranged parallel to each other (in the vertical direction for the example shown in FIG. 2).
In the face of the cathode plate 2 located opposite the anode plate 1 is embedded a series of conductors 5, called cathode conductors, electrically insulated from each other and arranged parallel to each other, in a direction perpendicular to the direction anode strips (therefore in the horizontal direction for the example shown in FIG. 2).
These cathode conductors 5 are formed by rigid metal bands 6, embedded by one of their edges in the face of the cathode plate 2, and provided over the entire length of their other edge with a plurality of spikes 7 arranged at intervals regular so as to each point in front of an anode strip 4, the ribbons 6 provided with their points 7 thus taking the form of combs. These tips 7 are made of a material endowed with a strong power of emission by field effect, and their characteristics (in particular the diameter of their ends) are chosen so that the field emission can be caused for values. low extraction potential (less than 1 kV). It is therefore, according to the terminology adopted above, low voltage points.
Between the anode strips 4 and the cathode ribbons 5 is disposed a metal mesh 8, located in a plane passing substantially through the ends of each of the points 7 (fig. 3 and 4) and arranged so that the end of each of these points 7 is located practically in the center of each of the meshes constituting the mesh 8 (fig. 5).
The anode strips have for example a width of the order of 0.3 mm, a spacing of the order of 0.2 mm and their thickness is of the order of 1. The cathode ribbons have a thickness of the order of 0.1 mm and a spacing of the order of 0.7 mm. Their width, however, is immaterial, for example 4 mm. The tips have a diameter at the base of the order of the thickness of the cathode tape 5, a width of the order of 5 mm and an end diameter of the order of 1000 A. By way of example, these points can be made of stainless steel covered with a thin layer of carbon.
The cathode combs 5 are connected to strips 10, which protrude onto the rear face of the cathode plate 2, that is to say the face which is opposite to that which carries the cathode combs 5, and all of these strips 10 constitutes a ramp 1 1 of cathode contacts which are aligned along the vertical edge of this cathode plate 2, but without touching it.
The anode strips 4 are, for their part, connected to strips 12 which also protrude on this same face of the cathode plate 2, but on the horizontal side of the latter. Each of these strips 12 consists of a flat part 1 2a extending by a strip 13 of small thickness folded a number of times on itself in the form of a zigzag so as to form a series of dihedrons with identical angles following one another with respect to each other by presenting their opening alternately upwards and downwards so that the edges of said dihedrons open downwards are located in a first plane coinciding with that of the flat part 12a, while the edges of said Dihedrons open upwards are located in a second plane, parallel to the first and located below the latter.
For reasons which will be explained later, the angles of these successive dihedrons are preferably between 10 and 200. The strip 13 can, for example, be a stainless steel strip, having a width of about 0.3. mm and a thickness of about 0.03 mm. The height of the zigzags may be of the order of 1 mm to 1.5 mm, and their total width may for example be of the order of 10 mm (for a screen of 700 mm).
The set of these zigzag strips 13 constitutes a ramp 14 of anode contacts which are aligned in the extension of the upper edge of the cathode plate 2.
The anode plate 1 also carries an auxiliary strip 15, conductive, arranged through all of the anode strips 4 (therefore in the horizontal direction for the example shown in FIG. 2) and separated from the latter by an insulating layer. 16 weakly conductive with respect to the anode strips of electrical leaks.
The ramp of anode contacts 14 is surrounded by a conductive electrode 19 of parallelepiped shape, in the lower face of which a rectangular window 20 is cut, almost entirely revealing all of the zigzag ribbons 13.
Likewise, the ramp of cathode contacts 11 is surrounded by a conductive electrode 21 of parallelepiped shape, in the internal face of which is also cut a rectangular window 22 which reveals almost entirely all of the contact blades 10. Between the edges 21a and 21b of this window 22, is stretched a close-meshed mesh 22a (visible in section in FIG. 4 and partially in FIG. 3). For reasons which will appear later, the electrode 19 will be called the collecting electrode and the electrode 21 will be called the suppressor.
The collector electrode 19 is connected to a first strongly positive external voltage source V19 (of the order of a few kilovolts) capable of bringing it to a positive potential with respect to the potential of the zigzag contacts 13. The suppressor 21 is connected to a second weakly positive external voltage source V21 (of the order of a hundred volts). The gate 8 is connected, for its part, to a third strongly negative external voltage source Vo (of the order of a few kilovolts). By way of example, the voltage source V19 can be 6 kV, the voltage source V21 of 50 V and the voltage source Vg of -5 kV.
Behind the cathode plate 2, in the corner which is opposite both to the cathode ramp 11 and to the anode ramp 14, are placed two electron guns 24 and 28. The gun 24, called anode gun, is pointed perpendicular to the line. anode ramp 14 (that is to say pointed in the vertical direction for the example shown in FIG. 2).
The anode gun 24 is equipped with focusing devices (not shown) making it possible to obtain an electron beam 25 of flattened rectangular or elliptical section, the length and width of which are substantially equal, respectively, to the length and to the width of each of the sections. Zigzag ribbons 13 constituting the anode ramp 14, and scanning devices (of which only the deflector plates 26 are shown) requiring this electron beam 25 to sweep this anode ramp 14 through the window 20, which is represented by the arrow 27.
The gun 28, called the cathode gun, is pointed perpendicularly to the cathode ramp 11 (that is to say pointed in the horizontal direction for the example shown in FIG. 2). This cathode ray gun 28 is equipped with focusing devices (not shown) making it possible to obtain an electron beam 29 of also rectangular or flattened elliptical section, the length and width of which are substantially equal, respectively, to the width of the window 22 and to the width of the lamellae 10 constituting the cathode ramp 11, and of scanning devices (of which only the deflector plates 30 are represented) requiring this electron beam 29 to sweep this cathode ramp 11 through the window 22, which is represented by the arrow 31 .
The space scanned by all of the two beams, cathode and anode, is also delimited by two parallel conductive plates constituting electrical shields, respectively a first shield 34 disposed against the rear face of the cathode plate 2, and a second shield 35 (visible only partially in FIG. 2) arranged behind the guns 24 and 28. These shields 34 and 35 extend respectively, on the side of the anode ramp 14 (FIG. 3), until they come into contact with the edges 19a and 19b of the window 20 cut in the collecting electrode 19 so as to be themselves brought to the potential V19 of this electrode 19, and on the side of the cathode ramp (fig. 4), up to the vicinity only from the suppressor 21, so as to be electrically isolated from this suppressor 21 brought to the weakly positive potential V21.
The ends of these shields 34 and 35 located in the vicinity of the suppressor 21 are respectively provided with internal edges 34a and 35a, respectively arranged substantially opposite the edges 21a and 21b of the window 22 cut in the suppressor 21.
The role of the shields 34 and 35 brought to the high voltage potential V19 is to prevent the possible appearance of external parasitic fields which could disturb the trajectory of the cathode 29 and anode 25 beams before their arrival on the respective ramps 11 and 14, while the presence of the edges 34a and 35a brought to the high voltage potential V19 and of the gate 22a brought to the low voltage potential V21 is intended to limit the high voltage / low voltage gradient to the lowest possible volume and to prevent the field generated by the strongly positive shielding does not exert an extraction effect near the cathode ramp 11.
The assembly which has just been described is enclosed in a hermetic envelope empty of air, at least one side of which is transparent and allows viewing of the anode plate 1 and, through it, the layer of luminescent material 3 of which it is coated on the inside. This is shown schematically in figs. 6 and 7 where we recognize the envelope 40 formed of two shells 41 and 42 assembled by welding on each side of a flat annular ring 43. Since the front shell 41 must be transparent, there is an advantage in make the two shells 41 and 42 as well as the ring 43 in glass: this facilitates the welding of the shells to the ring. The shells 41 and 42 could for example be made of tempered glass, and the ring 43 of sintered glass.
We also recognize inside the casing 40 the anode plate 1, the cathode plate 2, the grid 8, the network of anode strips 4, the network of cathode combs, the ramp 11 of the cathode contacts and, partially, the ramp 14 of the anode contacts (not visible in FIG. 7) as well as the anode 24 and cathode 28 guns. The production of the casing in two shells welded onto a ring makes it possible to assemble these various elements around the entire periphery of this ring 43 as well as making in this ring 43 passages for the various electrical connections with the exterior (mechanical assemblies and electrical passages illustrated schematically in Fig. 7, respectively, by the numbers 44 and 45).
The shields 34 and 35 formed by metal plates can, as a variant, be replaced by conductive layers coating, respectively, the rear face of the cathode plate 2, and the internal face of the rear shell 42. After welding the shells 41 and 42 on the ring 43, the envelope 40 is emptied of air through the tail 46.
We have just said that the shells 41 and 42 could be made of tempered glass. Indeed, we are no longer obliged as in the usual tubes to use lead glass (therefore not hardenable), because the working voltages used (6 to 8 kV instead of the usual 20 kV of the usual tubes ) practically eliminate any risk of X-ray production. This tempered glass has the advantage, compared to lead glass, of being less expensive and of having a higher mechanical resistance, which allows a reduction in the thickness of the glass. glass, and consequently a reduction in the total weight.
The operation of the device which has just been described is as follows: the scanning of the ramp of anode contacts 14 by the beam 25 of the anode gun 24 has the effect of extracting secondary electrons from the zigzag ribbons 13 constituting said ramp 14, electrons secondary which are collected by the collecting electrode 19 connected to the voltage source V19 (capable, let us remember, of bringing this electrode 19 to a positive potential with respect to the potential of the contacts 14).
The angle of incidence and the energy of the beam 25 are such (the beam 25 in fact hitting the various individual faces of the zigzag ribbons under an almost grazing incidence due to the particular geometric configuration of these zigzag ribbons) that the yield in secondary electrons of the zigzag ribbons 13 struck by this beam is clearly greater than unity, so that the anode strips 4 acquire a positive charge under the effect of this high secondary emission, and consequently a positive potential. This potential can reach high positive values, of the order of a few kilovolts.
The auxiliary strip 15 (FIG. 4) is connected to an external voltage source Vls, so as to impose on the anode strips 4, as long as they are not struck by the electron beam 25, a determined potential depending on the electrical leaks. of which the insulation layer 16 is the seat.
The scanning of the ramp 11 of cathode contacts by the beam 29 of the cathode gun 28 also has the effect of extracting the secondary electrons from the cathode contacts 10 constituting the ramp. These secondary electrons are either, when the voltage of the cathode contacts 10 is greater than the voltage V21 of the suppressor 21, repelled by this suppressor 21 and reabsorbed by the contacts 10 so that these contacts become negatively charged and see their potential decrease, or, when the voltage is lower than the voltage V21, absorbed by the suppressor which then plays the role of a collecting electrode.
The potential of the cathode combs 5 will therefore be maintained, due to the action of the suppressor 21, at low positive values, close to the voltage V21 of this suppressor (the potential of the cathode contacts cannot in fact become negative, because it would push back the beam and cancel the transmitted current).
At a determined instant, there is thus established at the intersection of the anode strip 4 and the cathode comb 5 whose contacts are excited - excited contacts defined by the instantaneous position occupied by the two mobile beams coming from the electric guns - a difference of potential (and consequently an electric field) which rises to a sufficient value to cause an extraction of electrons by field emission from the tip 7 located at this crossing point. The electrons emitted by field effect from the tip 7 are then accelerated by this potential difference, strike the anode strip 4, pass through it slowing down there and enter the part of the phosphorus layer 3 located opposite this crossing point, thus ensuring the excitation of this phosphorus, excitation which gives rise to an emission of light.
The luminous intensity (or illumination) which results from the excitation of the phosphorus therefore depends both on the potential difference having served to accelerate the electrons emitted by field effect and on the current conveyed by these electrons. Let AV be this potential difference and I this current. To vary the light intensity at will from any point on the screen (for example with a view to producing a specific display or reproducing television images) it is therefore necessary in principle to be able to vary this current I and / or this potential difference AV. However, it is preferable, for the reasons which will follow, to keep the potential difference AV as constant as possible and to vary only the current I.
In fact, given that the anode bands have capacities against earth which cannot be lowered below a certain limit value (of the order of I pF), the passage from one light intensity to another implies a certain time lapse (for loading or unloading these capacitors), time lapse all the more important as the variation of AV is greater. This lapse of time is reflected above a certain scanning frequency by a loss of definition of the display (a significant phenomenon for the scanning frequencies used in television). To eliminate this drawback, it is therefore necessary to limit as much as possible the deviations likely to be recorded by this value AV.
However, it is not possible to adjust this
light intensity, to act directly on the I and / or AV values which remain internal values of the system. The only parameters on which one can act directly are in fact the parameters external to the system, namely: intensity of the beams coming from the cathode gun 28 or from the anode gun 24, or voltages from the suppressor 21 or from the collector 19 (voltages which can allow 'exert a global action on the tension of the cathodic or anode contacts).
It is therefore advisable to examine more closely the process by which the phosphorus is excited (i.e. how the values I and AV are established) as a function of these external parameters, and to see how this process evolves (i.e. 'ie how these values I and AV vary as a function of the variations which are imposed on these external parameters.
To simplify, it will be assumed that, in the device described, it is chosen to act only on the intensity of the anode beam 25, the other external parameters being kept constant. The light intensity obtained on the screen is therefore regulated solely by the modulation of the anode beam 25 (to obtain a television image for example, the video signal will thus be applied to the anode gun).
Let us first suppose that the anode gun 24 delivers a nux of electrons 25 conveying a well-determined intensity Ia, and let I1 be the current flowing in that of the cathode combs 5: lUi corresponds to the cathode contact 10 struck by the beam 29, I2 the current flowing in that of the anode strips 4 which corresponds to the anode contact 14 struck by the anode beam 25 and I the current carried by the electrons emitted by field effect by the tip 7 located at the point of intersection of this anode strip and of this cathode comb.
Let Vl be the cathode contact potential 10, therefore of the corresponding comb 5, with respect to the cathode of the cathode gun 28, V2 the potential of the anode contact 13, therefore of the corresponding strip 4, with respect to the cathode of the anode gun 24, and suppose that the cathodes of the cathode 28 and anode 24 guns are at the same potential, for example at that of ground. Under these conditions, the potential difference AV which exists between the anode strip 4 and the cathode comb 5 is equal to AV = V1-V2.
The anode current 12, which results from the balance between the secondary emission current generated by the anode contact 13 under the effect of the impact of the electrons of the anode beam 25 and the anode beam current Ia conveyed by these electrons, depends on the potential V2 of contact 13 according to a law represented by curve 12 in FIG. 8. This curve is plotted in a diagram IV in which the zero of 12 has been placed on the V axis. Under these conditions, points 53 and 54 which, on this curve, correspond to the value (s = 1 of the yield in secondary electrons, are on the x-axis.
The part of this curve which is located between points 53 and 54, therefore above this axis, corresponds to a> 1; as it is the useful part, it is drawn in solid line. The parts which are used to the left of point 53 and to the right of point 54, therefore below the x-axis, correspond to a <1: they are drawn in broken lines.
The leakage currents being assumed to be negligible, the current I2 must, to satisfy the law of conservation of the current, have the same value as the current I resulting from the emission by field effect of the cathode comb 5. This current I varies according to of the potential difference (VV,), according to a law which is represented, as explained above, by the equivalent characteristic I of FIG. 8 (translated characteristic of the low voltage characteristic of the tip by a quantity -kVs). The almost vertical branch of this curve I intersects the curve I2 at a point 55 which corresponds to the equality of the currents 12 and I and which constitutes the operating point.
The abscissa of this operating point defines the potential V2 (measured with respect to the cathode of the anode gun 24) which the anode strip 4 and its contact 13 take in equilibrium; The ordinate of this point defines the current I supplied, at equilibrium, by the field emission of the cathode comb 5, consequently the current I1, which passes through this comb and its contact 10.
Now, this current I1, which results from the balance between the current of the cathode beam 29 conveyed by the electrons emitted by the cathode gun 28 and the secondary emission current generated by the cathode contact 10 under the effect of the impact of the electrons of this cathode beam 29, depends on the potential Vi of the contact 10 according to a law represented by the curve I1 of FIG. 8, which comprises a first almost vertical branch followed by a second practically horizontal branch.
The ordinate I1 = Ii = 1 = 12 corresponds on this ascending branch to a point 58 whose abscissa defines the potential V1 that must have, in equilibrium, the cathode comb 5 and its contact 10 with respect to the cathode of the cathode ray gun 28.
It can thus be seen that, for a determined anode beam intensity Ia, an equilibrium is established in the system corresponding to a well-determined current I and to a well-determined potential difference AV, which give rise to illumination of the phosphorus of an intensity well-defined luminous.
Let us now suppose that the intensity of this anode beam is made to vary, this one taking for example a value I'a, lower than the. The curves I and I1 plotted on the diagram of FIG. 8 remain unchanged.
Curve I2 on the other hand is replaced by a curve I'2, with a more flattened shape. This curve I'2 intersects curve I at a point 65 which constitutes the new operating point. The abscissa of this point 65 defines the new potential V'2 taken by the anode strip 4 and its contact 13, while its ordinate defines the new current I 'that provides, at equilibrium,
Field emission. This ordinate corresponds on curve I to a point 68 whose abscissa defines the new potential V'1 which, in equilibrium, the cathode comb 5 and its contact 10 exhibit.
Under these conditions, the new potential difference AV 'which exists between the anode strip 4 and the cathode comb 5 is equal to AV' = V ', - V'2.
Thus, the fact of reducing the intensity of the anode beam from a determined value Ia to another value I'a, less than Ia, jointly leads to a lowering of the emission current from the value I to the value I 'and a lowering of the accelerating potential difference from the value AV = V2-VI to the value AV '= V'2-V'1, which in turn lead to a reduction in the light intensity produced on the screen. An automatic adaptation of the phosphor luminance to the control signal for the intensity of the anode beam is thus observed, by means of a simultaneous adjustment of the I and AV values.
It can however be seen in FIG. 8 that the presence of a characteristic I (AV) with a steep slope makes it possible to limit as much as possible the deviations likely to be recorded by the value AV, and consequently to eliminate the risks of loss of definition on the display, likely to occur due to the capacitive effects mentioned above. Furthermore, a strong dispersion of this characteristic I (AV) would have had the harmful consequence of causing display scintillation, because of these same capacitive effects. It is therefore understood why it is particularly desirable to have a characteristic I (AV) with a steep slope and reduced dispersion.
It should be remembered that this high voltage characteristic with a steep slope and reduced dispersion is obtained thanks to the combined use of low voltage emitting points 7 and of a gate 8 brought to a strongly negative potential.
The presence of a gate brought to a negative potential also has the additional advantage, by attracting towards it a large part of the ions which form in the space between emitters and anode bands, of considerably reducing the ionic erosion of these. transmitters.
The purpose of the use of anode contacts 13 in the form of a zigzag is to force the anode beam 25 to strike the various individual surfaces constituting these contacts at an almost grazing incidence, which has the advantage of increasing the emission efficiency. secondary of these contacts.
In this way, it is possible to use for these zigzag tapes a material with a yield close to or less than unity under normal incidence, but stable as a function of pollution, while maintaining the overall secondary emission yield greater than unity and stable at over time, despite the gradual appearance of pollution on the surface of these contacts. For a more detailed explanation of the phenomenon, reference is made to patent No. 603007.
The grid shape shown in the embodiment described is not the only one possible. Instead of a grid formed by a network of interlaced threads forming the stitches, one can indeed imagine other types of grids, formed for example by simple parallel threads, or else having the shape of a perforated mask. It is this latter type of grid which is partially represented in FIG. 9 where one can see a portion of plate 69 pierced with a regular network of rectangular holes 70 in the vicinity of the center of each of which the emitters 7 point. This perforated mask can be obtained mechanically, or else by photochemical attack for example.
To solve the problem of the deformations which could possibly be caused by the electrostatic attraction (mainly between anode plate and grid), one can moreover use grids and slightly curved anode plates. It is this variant which is shown in FIG. 10 where one can see an anode plate 71 and a slightly curved grid 72, the anode plate furthermore carrying a network of anode strips 73 connected to the contacts 74. It can also be seen in this FIG. 10 an array of cathode combs 75, slightly offset with respect to each other so as to match the curve of the plate 71 and of the grid 72. By way of example, the curve may correspond to an arrow of the order of a few millimeters for a side of several hundred millimeters.