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.