La présente invention a trait à un tube vidéo-cathodique, destiné à restituer sous forme visible des signaux électriques représentant une image, comprenant une enceinte hermétique 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, qui est portée par une plaque transparente et qui a une extension sensiblement égale à celle de cette fenêtre, cette couche étant visible à travers cette fenêtre.
Le problème de l' affichage des informations transportées par une suite de signaux électriques représentant une analyse ponctuelle d'un tracé graphique n'est pas nouveau. Cet affichage, qui est désigné en technique par le vocable anglo-saxon de display , consiste à reconstituer sous forme visible soit une image (en noir et blanc ou en couleur), soit un tracé linéaire soit enfin une suite de tracés linéaires particuliers dont chacun constitue un caractère alphanumérique et dont l'ensemble constitue un texte.
Chaque point de cette image, de ce tracé ou de ce caractère est représenté par un signal électrique. Des dispositifs opérant un tel affichage sont connus: on les utilise notamment dans les récepteurs de télévision et dans les dispositifs de restitution des données qui équipent les installations de traitement de l'information.
La plupart de ces dispositifs recourent à des tubes cathodiques. Or les tubes cathodiques traditionnels se présentent sous une forme peu pratique du fait qu'ils comprennent un ou plusieurs canons électroniques dont l'axe est dirigé perpendiculairement à la surface sur laquelle apparaît la restitution. Alors que leur partie utile, à savoir l'écran, doit posséder une surface appréciable, I'épaisseur que la présence de ce ou ces canons oblige à donner à ces dispositifs leur confère un encombrement gênant, qui empêche notamment de les placer contre une paroi, à la manière d'un tableau ou de les incorporer à des appareils véritablement portatifs.
On a donc cherché à créer des dispositifs, dits d' affichage plat , dont l'épaisseur est relativement faible par rapport aux dimensions de l'écran, de sorte que leur forme se rapproche de celle d'un tableau quelque peu épais, ou, dans le cas d'appareils portatifs, d'une valise relativement mince.
Parmi les dispositifs plats qui sont connus et qui sont du type cathodique. il convient de citer celui qui a été décrit par
W.R. Aiken ( A thin cathod-ray tube , Proc. IRE 1957, p. 1599).
Ce dispositif comporte un canon électronique qui est situé derrière l'écran et qui a son axe dirigé parallèlement à cet écran, et une série de bandes conductrices destinées à provoquer une postdéflexion qui amène le faisceau électronique issu du canon à frapper l'écran au point voulu. C'est là un dispositif qui a l'avantage de présenter une bonne linéarité (c'est-à-dire l'absence de distorsion de l'image), et une bonne définition, mais qui présente deux inconvénients, à savoir:
d'une part l'obligation de générer, lors de chaque balayage de l'écran, une séquence de tensions élevées qui doivent être appliquées successivement aux diverses électrodes de postdéflexion, ce qui pose des problèmes d'amplification, de commutation et de synchronisation; d'autre part le fait de n'être pas véritablement mince, car les nécessités de la déflexion empêchent de rendre son épaisseur moindre que le quart de la diagonale de la partie utile de l'écran, partie utile dont la surface est elle-même sensiblement inférieure à la surface apparente du tube.
Il existe aussi des dispositifs d'affichage plat qui au lieu d'utiliser un ou des faisceaux cathodiques, exploitent le phénomène de l'électroluminescence. Ces dispositifs, dont divers modèles ont été passés en revue dans un article de J. J. Joseph ( A review of panel-type display devices , Proc. IRE 1960, p. 1380) comprennent un panneau électroluminescent dont l'excitation ponctuelle est assurée par une ou plusieurs matrices croisées, du type solid-state ou du type à décharge gazeuse.
Ces dispositifs, cependant, se sont révélés inutilisables pour des récepteurs de télévision à cause du rendement lumineux insuffisant des substances électroluminescentes connues et, surtout, des problèmes de commutation qu'ils posent, puisque pour la seule télévision en noir et blanc ils devraient comprendre deux registres de commutation capables de commander séquentiellement les tensions appliquées aux huit cents lignes et huit cents colonnes que comporte une matrice d'excitation.
C'est dire que le problème de l'affichage plat est loin d'avoir obtenu une solution satisfaisante.
L'objet de la présente invention est un nouveau dispositif d'affichage plat, du type à faisceau cathodique, qui ne souffre pas des inconvénients que présentent les dispositifs connus. Ce dispositif est caractérisé par le fait que cette enceinte contient: un premier ensemble de pistes conductrices isolées les unes des
autres, disposées sur cette couche de manière à être en contact
avec elle sur toute leur longueur, cet ensemble de pistes consti
tuant au moins un réseau s'étendant d'un bord à l'autre de
cette couche; - un second ensemble de pistes conductrices isolées les unes des
autres, orientées dans une direction sensiblement perpendicu
laire aux premières et disposées dans une surface parallèle à
cette couche, cet ensemble de pistes constituant un second
réseau, qui est équidistant du premier et qui a la même exten
sion que lui;
; - un premier dispositif d'alimentation, modulé par lesdits
signaux et capable de porter séquentiellement les pistes du pre
mier réseau à un premier potentiel; - un second dispositif d'alimentation, modulé par lesdits
signaux et capable de porter séquentiellement les pistes du
second réseau à un second potentiel, négatif par rapport au
premier,
et par le fait que la matière dont sont faites les pistes du
second réseau est douée d'un pouvoir d'émission de champ tel
qu'elle soit capable d'émettre, sous l'effet du champ créé par la
différence entre ce premier et ce second potentiel, des électrons
ayant l'énergie requise pour exciter ladite substance lumines
cente, le tout étant agencé de manière que, vus à travers ladite
fenêtre et ladite plaque transparente,
les deux réseaux consti
tuent une matrice de points de croisement et que la portion de
substance luminescente située au droit de ces points de croise
ment s'illumine en fonction desdits signaux, I'ensemble de ces
points lumineux constituant ladite image.
La description qui va suivre se rapporte à une première forme
de réalisation, donnée à titre d'exemple et destinée à la restitution
d'une information graphique en noir et blanc, et à une deuxième
forme de réalisation, donnée également à titre d'exemple mais
destinée. elle, à la restitution d'une information graphique en cou
leur du type trichrome.
Cette description est illustrée par le dessin annexé, dans
lequel:
La fig. 1 est une vue en perspective, partiellement coupée,
d'une première forme de réalisation de la partie interne du dispo
sitif.
La fig. 2 est une vue de face, depuis l'extérieur, du dispositif
entier.
La fig. 3 est une coupe du dispositif entier, selon la
ligne III-III de la fig. 2.
La fig. 4 représente, schématiquement et à plus grande échelle,
une partie de la fig. 1.
La fig. 5 est un schéma expliquant le fonctionnement de la
partie interne représentée à la fig. 1.
La fig. 6 représente une courbe relative au phénomène phy
sique qu'exploite le dispositif.
La fig. 7 est une vue de face, depuis l'extérieur, d'une variante
du dispositif.
La fig. 8 est une vue en perspective de la deuxième forme de
réalisation, certains éléments étant représentés schématiquement.
La fig. 9 représente dans sa forme réelle, en coupe partielle et à
plus grande échelle, un des éléments qui est visible à la fig. 8 sous
une forme schématique.
La fig. 10 est une vue de face, analogue à la fig. 2 mais agran die, montrant par transparence une variante de la première torme d'exécution.
Les fig. 11 et 12 sont des coupes selon les lignes XI-XI et XII-XII respectivement, de la fig. 10.
La fig. 13 est une coupe analogue à celle de la fig. 12, mais montre une sous-variante.
Ainsi que le montre la vue perspective représentée à la fig. 1, le dispositif d'affichage comprend 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'une 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 face de la plaque cathodique 2 est disposée une autre série de fines bandelettes conductrices 5, dites bandelettes cathodiques, isolées électriquement les unes des autres et disposées parallèlement les unes aux autres, dans une direction perpendiculaire à la direction des bandelettes anodiques (donc dans le sens horizontal pour l'exemple décrit). Ces bandelettes anodiques ont 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 du micron. Les bandelettes cathodiques ont également une largeur de l'ordre de 0,3 mm et un espacement de l'ordre de 0,2 mm; leur épaisseur, en revanche, est indifférente; en principe elle est supérieure à celle des bandelettes anodiques 4.
La face arrière de la plaque cathodique 2, c'est-à-dire la face qui est opposée à celle qui porte les bandelettes cathodiques 5, est recouverte d'une couche conductrice 6 constituant un blindage électrique. Les bandelettes 4 sont reliées à des lamelles 7, qui débordent sur la face arrière de la plaque cathodique 2, c'est-àdire la face qui porte le blindage 6, et l'ensemble de ces lamelles 7 constitue une rampe 8 de contacts anodiques qui sont alignés le long du bord supérieur de cette plaque cathodique 2, mais qui ne le touchent pas. En tout cas, les contacts anodiques 7 sont isolés électriquement du blindage 6 de la plaque cathodique 2.
Les bandelettes cathodiques 5 sont, elles, reliées à des lamelles 9 qui débordent aussi sur cette même face de la plaque cathodique 2 mais sur le côté vertical de celle-ci. L'ensemble de ces lamelles 9 constitue une rampe 10 de contacts cathodiques qui sont alignés le long du bord vertical de la plaque cathodique 2 et qui sont eux aussi isolés électriquement du blindage 6 de cette dernière.
La plaque anodique 1 porte encore une bandelette auxiliaire 11, conductrice, disposée à travers l'ensemble des bandelettes anodiques 4 (donc dans le sens horizontal pour l'exemple décrit) et séparée de ces dernières par une couche d'isolement 12 faiblement conductrice présentant à l'égard des bandelettes anodiques des fuites électriques . La plaque cathodique 2 porte elle aussi une bandelette auxiliaire 13, disposée à travers l'ensemble des bandelettes cathodiques 5 (donc dans le sens vertical pour l'exemple décrit) et séparée de ces dernières par une couche d'isolement 14 faiblement conductrice présentant à l'égard des bandelettes cathodiques des fuites électriques . Derrière la plaque cathodique 2, dans le coin qui est opposé à la fois à la rampe anodique 8 et à la rampe cathodique 10 sont placés deux canons électroniques 15 et 18.
Le canon 15, dit anodique , est pointé vers le milieu de la rampe anodique 8 et il est équipé de dispositifs de balayage (dont seules sont représentées les plaques déflectrices 15') imposant à son faisceau électronique 16 de balayer cette rampe anodique, ce que représente la flèche 17. Le canon 18, dit cathodique , est pointé vers le milieu de la rampe cathodique 10 et il est équipé de dispositifs de balayage (dont seules sont représentées les plaques déflectrices 18') imposant à
son faisceau électronique 19 de balayer cette rampe cathodique, ce
que représente la flèche 20.
Le faisceau 16 du canon anodique 15 a une énergie qui tombe
dans la gamme où le rendement en électrons secondaires des
contacts anodiques 7 frappés par ce faisceau est supérieur à
l'unité, de sorte que les contacts de la rampe anodique 8 émettent
des électrons secondaires; ces derniers sont recueillis par une élec
trode collectrice constituée par une barre 21 qui est connectée à une source électrique, non représentée, capable de la porter à un potentiel positif par rapport au potentiel des contacts. Cette élec
trode collectrice 21 est située à l'abri d'un blindage 22 qui évite
qu'elle perturbe le faisceau d'électrons 16 avant que celui-ci atteigne les contacts 7.
Le faisceau 19 du canon cathodique 18 a, lui, une énergie qui
tombe dans la gamme où le rendement en électrons secondaires
des contacts cathodiques 9 frappés par ce faisceau est inférieur à
l'unité, de sorte que, sous l'impact du faisceau 19, les contacts de
la rampe cathodique 10 se chargent en électrons.
Les plaques anodiques 1 et cathodique 2 sont placées en regard l'une de l'autre, leurs bandelettes conductrices 4 et 5 étant croisées à 90" et se faisant face à une distance suffisante pour permettre à une différence de potentiel de quelques kilovolts de prendre naissance entre les bandelettes anodiques 4 et les bandelettes cathodiques 5 sans donner lieu à une disruption électrique entre ces dernières.
Cette différence de potentiel résulte de la charge positive qu'acquièrent les bandelettes anodiques 4 du fait de l'émission secondaire élevée (rendement supérieur à l'unité) dont leurs contacts 7 sont le siège lorsqu'ils sont frappés par le faisceau anodique 16, et de la charge négative qu'acquièrent les bandelettes cathodiques 5 du fait de l'émission secondaire faible (rendement inférieur à l'unité) dont leurs contacts 9 sont le siège lorsqu'ils sont frappés par le faisceau cathodique 19.
Alors que le potentiel des bandelettes anodiques peut atteindre des valeurs positives élevées (de l'ordre de quelques kV), celui des bandelettes cathodiques se limite de lui-même à des valeurs positives faibles (en effet, un potentiel négatif repousserait le faisceau et annulerait le courant transmis, de sorte que l'on peut considérer ce dernier potentiel comme étant pratiquement nul).
Les bandelettes auxiliaires 1 1 et 13 sont reliées à des sources de tension extérieures (non représentées), de manière à imposer aux bandelettes anodiques 4 et aux bandelettes cathodiques 5, respectivement, tant que celles-ci ne sont pas frappées par les faisceaux respectifs 16 et 19, des potentiels déterminés dépendant des fuites électriques dont les couches d'isolement 12 et 13 sont le siège.
Les bandelettes cathodiques 5 sont constituées par une matière, dont la nature sera précisée plus loin, douée d'une forte émission d'électrons par effet de champ, ce champ étant celui qui résulte de la différence entre les potentiels atteints par ces bandelettes et les bandelettes anodiques 4 lorsque leurs contacts sont frappés par les faisceaux 16 et 19.
L'ensemble des deux plaques, anodique et cathodique, est enfermé dans une enveloppe dont une face au moins est transparente et permet de regarder la plaque anodique et, à travers celleci, la couche de matière luminescente 3, dont elle est revêtue sur sa face interne. C'est ce que montrent schématiquement les fig. 2 et 3, où l'on reconnaît l'enveloppe 30, formée de deux coques 31 et 32 assemblées par soudage le long d'un bourrelet périphérique 33. Etant donné que la coque antérieure 31 doit être transparente, il y a avantage à les faire toutes deux en verre: cela facilite la soudure le long du bourrelet 33. On voit aussi que, contrairement à ce qui a été représenté à la fig. 1, les canons électroniques 15 et 18 sont logés dans un culot 34 qui fait saillie hors du contour général du dispositif et dont sortent les brochages 35 et 38.
C'est là une disposition qui, malgré l'inconvénient de constituer une excroissance, facilite l'assemblage des canons électroniques, le culot 34 étant soudé après coup sur l'enveloppe 30. On reconnaît enfin sur les fig. 2 et 3, la plaque anodique 1, la plaque
cathodique 2, la rampe 10 des contacts cathodiques et, partielle
ment, la rampe 8 (non visible à la fig. 3) des contacts anodiques.
La coque postérieure 32 est revêtue, sur sa face interne, d'une
couche conductrice 36 qui constitue un blindage complétant le
blindage 6 (qui n'est pas visible à la fig. 3, mais qui apparaît à la
fig. 1) que porte la plaque cathodique 2. De cette manière, les fais
ceaux électroniques émis par les canons 15 et 18 sont à l'abri des
champs perturbateurs extérieurs. Après soudage des coques 31
et 32, Enveloppe 30 est vidée d'air à travers un queusot 37.
Les bandelettes cathodiques 5 sont faites, on l'a vu, en une
matière douée d'un fort pouvoir d'émission par effet de champ.
Pour cela, on peut utiliser une base en nickel sur laquelle sont
rapportées de très nombreuses micropointes en tungstène. Un
matériau de ce genre a été réalisé par W. P. Dyke et W. W. Dolan
qui l'ont décrit dans leur article Field emission paru dans Adv.
Electr. Electron. Phys. Vol. 8, 1956, p. 89 et qui l'ont utilisé dans
le domaine de la microscopie électronique. Cette technique
conduisant cependant à une densité très faible du peuplement en
pointes, de l'ordre de 2 pointes/mm2 en moyenne, il y a avantage
à recourir à la technique de H. E. Cline (J. Appl. Phys. 41, 76,
1970) qui consiste à partir d'un alliage eutectique de nickel et de
tungstène, de soumettre cet alliage à une solidification orientée
pour y développer des trichites de tungstène, à procéder à une
attaque chimique sélective pour dégager de la masse de nickel les
extrémités de ces trichites et en faire des whiskers , et à appoin
tir les pointes de ces whiskers par attaque électrochimique.
Avec une technique de ce genre, il a été possible, par un choix
adéquat du gradient thermique à travers le front de solidification,
d'obtenir un tapis de pointes dont le peuplement atteignait une
densité de 106 à 107 pointes/cm2. Chacune de ces pointes possède
une très forte émission électronique par effet de champ. Un tel
matériau est alors découpé en bandelettes et ces bandelettes sont fixées sur la plaque cathodique 2, leurs faces hérissées de pointes
étant dirigées vers la plaque anodique 1.
La disposition décrite conduit donc à réaliser deux réseaux croisés de pistes rectilignes (en l'occurrence les bandelettes) qui
sont parcourus par un courant d'électrons passant de l'un à
l'autre à l'endroit où se croisent les pistes qui se trouvent excitées
à l'instant considéré, ces pistes excitées étant définies par la position instantanée qu'occupent les deux faisceaux mobiles provenant des canons électroniques. C'est ce que schématise la fig. 4 où l'on a représenté les bandelettes anodiques 4a à 4f et les bandelettes cathodiques 5a à 5e, les rampes de contacts 8 (anodique) et 10 (cathodique), respectivement, par l'intermédiaire desquelles les faisceaux 16 et 19, respectivement, des canons 15 (anodique) et 18 (cathodique) les excitent.
Dans la situation représentée, c'est la bandelette anodique 4e et la bandelette cathodique 5d qui sont excitées par les faisceaux correspondants, de sorte que c'est à leur point de croisement 40 que s'établit le courant entre les réseaux; par conséquent, le phosphore se trouvant en ce point va s'illuminer sous l'effet de ce courant, ce que représentent les hachures visibles à la fig. 4.
On voit que le fonctionnement du dispositif d'affichage décrit repose sur le mécanisme grâce auquel un courant électrique s'établit entre les deux canons, par l'intermédiaire des contacts cathodiques 9, dont on a dit qu'ils étaient doués d'un rendement en électrons secondaires inférieur à l'unité, des bandelettes cathodiques 5, dont on a dit qu'elles étaient douées d'un haut pouvoir d'émission par effet de champ, des bandelettes anodiques 4 et des contacts anodiques 7 dont on a dit qu'ils étaient doués d'un rendement en électrons secondaires supérieur à l'unité. Il convient donc d'examiner de plus près ce mécanisme.
La fig. 5 montre, développée linéairement, la chaîne des éléments mentionnés ci-dessus. Ces éléments sont représentés très schématiquement, mais on les identifie aisément du fait qu'ils sont affectés des mêmes chiffres de référence que plus haut. Soient llo le courant véhiculé par le faisceau cathodique 19, lui le courant circulant dans celle des bandelettes cathodiques 5 qui correspond au contact cathodique 9 frappé par ce faisceau 19, I le courant véhiculé par les électrons émis par effet du champ par cette bandelette cathodique, 12 le courant circulant dans celle des bandelettes anodiques 4 qui correspond au contact anodique 7 frappé par le faisceau anodique 16 et 120 le courant véhiculé par ce faisceau.
Soient V1le potentiel du contact cathodique 9, donc de la bandelette correspondante 5, par rapport à la cathode 41 du canon cathodique 18, V2 le potentiel du contact anodique 7, donc de la bandelette correspondante 4, par rapport à la cathode 42 du canon anodique 15, et supposons que les cathodes 41 et 42 sont à un même potentiel, par exemple celui de la masse. Dans ces conditions, la différence de potentiel AV qui existe entre les bandelettes 4 et 5 vaut AV V2-V1, et cette valeur représente le potentiel de la bandelette anodique mesurée par rapport à celui de la bandelette cathodique.
Cela étant, le courant anodique 12 résulte du bilan entre le courant d'émission secondaire I2s engendré sous l'effet de l'impact des électrons du faisceau anodique 16 et le courant de faisceau anodique I20 que véhiculent ces électrons; il vaut I2 = I2s-I20 Ce courant dépend du potentiel du contact 7 selon une loi représentée par la courbe 12 de la fig. 6. 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 43 et 44 qui, sur cette courbe, correspondent à la valeur a 1 du rendement en électrons secondaires, se trouvent sur l'axe des abscisses. La partie de cette courbe qui est située entre les points 43 et 44, donc au-dessus de cet axe, correspond à s > 1; comme c'est la partie utile, elle est tracée en trait plein. Les parties qui sont situées à gauche du point 43 et à droite du point 44, donc au-dessous de l'axe des abscisses, correspondant à a < 1: elles sont tracées en traits interrompus. Les courants de fuite étant supposés négligeables, le courant 12 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 de la bandelette cathodique 5.
Ce courant varie en fonction du champ électrique, donc du potentiel AV, selon une loi, dite de Fowler-Nordheim, qui a l'allure représentée par la courbe I de la fig. 6. Cette courbe présente une branche quasi horizontale correspondant à une émission pratiquement nulle et une branche quasi verticale qui correspond à une émission très intense dès que le champ dépasse une valeur critique de l'ordre de 3.107 V/cm qui correspond à un potentiel Vc existant entre la bandelette anodique 5 et la bandelette cathodique 4. Cette branche quasi verticale intersecte la courbe I2 en un point 45 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 au canon 42) que prennent, à l'équilibre, la bandelette anodique 4 et son contact 7; I'ordonnée de ce point définit le courant I que fournit, à l'équilibre, I'émission de champ de la bandelette cathodique 5, par conséquent le courant li qui traverse cette bandelette et son contact 9.
En appelant 11s le courant d'émission secondaire au niveau du contact 9 et en faisant le bilan des courants 11 et 11s qui entrent dans ce contact et du courant llo qui en sort, on trouve que lui = llo-ll5 Or ce courant li varie selon la loi représentée par la courbe li de la fig. 6, laquelle comprend une branche ascendante qui correspond au seul courant Iio véhiculé par le faisceau 19 et une partie curviligne qui a la même allure que la courbe 12 mais qui a sa concavité dirigée en sens inverse. Cette différence provient du fait que le courant 120 est dirigé en sens opposé à celui du courant lolo.
L'ordonnée li =1=12 correspond sur cette branche ascendante à un point 48 dont l'abscisse définit le potentiel V1 que doit avoir, à l'équilibre, le contact 9 par rapport à la cathode 41 du canon cathodique 18. Etant donné que cette cathode est elle aussi à la masse, on a entre les divers potentiels de la chaîne 41 et 42 la relation AV=V2 Vl qui permet de connaître, à partir des valeurs V1 et V2, la tension qui apparaît entre les bandelettes cathodiques et les bandelettes anodiques au moment où elles sont rendues actives du fait que les faisceaux cathodique et anodique, respectivement, frappent les contacts qui leur correspondent.
Ainsi, à titre d'exemple, pour un contact en or, cr > 1 couvre la gamme de 150 V (point 43) à 4 kV (point 44) et son maximum qui vaut GmaX = 1,8 est atteint pour une tension de 1000 V (point 49). Pour un contact en béryllium, on a toujours a < 1 quelle que soit la tension, et le maximum amax = 0,5 est atteint pour une tension de 200 V (point 50). Des données similaires peuvent être trouvées, pour d'autres corps, dans l'ouvrage Handbook of Vacuum Physics , vol. II, 1966, p. 319 (édité par Pergamon Press).
Les électrons émis par effet de champ à partir de la bandelette cathodique 5 sont accélérés par la différence de potentiel AV, frappent la bandelette anodique 4, la traversent en s'y ralentissant, et pénètrent dans la partie 40 de la couche de phosphore 3.
Ces électrons produisent l'excitation de ce phosphore, ce qui donne lieu à l'émission de lumière que schématisent les éclairs 49.
Le dispositif d'affichage qui vient d'être décrit offre l'avantage d'être très plat: son épaisseur ne dépasse guère 30 mm, alors que son côté peut atteindre plus de 400 mm. Il prend donc la forme d'un tableau qui peut aisément être accroché au mur. Il se prête à toutes les utilisations qui ont trait à la conversion en image de signaux électriques et il remplace avantageusement tous les dispositifs à rayons cathodiques connus lorsqu'il s'agit d'afficher en clair (c'est-à-dire de manière visible), des informations alphanumériques qui sont codées sous forme de signaux électriques binaires ou lorsqu'il s'agit de reproduire des images de télévision. Dans cette dernière application, les balayages de ligne et de trame sont remplacés par les balayages des rampes anodique 8 (ligne) et cathodique 10 (trame), mais les générateurs de balayage restent les mêmes.
Etant donné que c'est le canon qui a le plus faible débit qui régit l'intensité du courant d'électrons émis par effet de champ, courant qui détermine la luminance du phosphore, on peut moduler cette luminance en n'agissant que sur ce seul canon.
Diverses variantes du dispositif décrit peuvent être envisagées.
En particulier, la disposition représentée à la fig. 2 oblige à prendre des mesures pour produire un balayage non linéaire qui tienne compte de ce que les faisceaux rencontrent leurs rampes de contacts respectives sous une incidence oblique variable: en effet, lorsqu'il se trouve à l'extrémité gauche de la rampe 8 (telle qu'elle apparaît pour un observateur regardant la fig. 2), le faisceau issu du canon 15 a une incidence normale, alors que lorsqu'il se trouve (pour le même observateur) à l'extrémité droite de cette même rampe, son incidence est voisine de 45 . On peut exploiter le fait que, dans la déflexion électrostatique, la tangente de l'angle de déflexion est proportionnelle à la tension de déflexion.
Pour cela, on dispose les canons de manière que leurs axes soient parallèles aux côtés des plaques anodique et cathodique ainsi que cela apparaît à la fig. 7, où l'on voit comment les canons 15 et 18 peuvent être placés dans le coin inférieur gauche du dispositif, brochage 35 contre brochage 38.
Le dispositif décrit plus haut peut être adapté à la télévision en couleur: il suffit pour cela de disposer sous chaque bandelette anodique un phosphore émettant la couleur voulue. La fig. 8 montre, à titre d'exemple, comment sont agencées les bandelettes d'un dispositif adapté à la restitution d'images trichromes à composantes rouge, bleue et verte. La plaque cathodique 2 a la même structure que dans les formes de réalisation précédentes: elle porte, sur sa face interne , une série de bandelettes 5 (de l'ordre de 0,2 mm de large) d'une matière à forte émission par effet de champ et, sur sa face externe un revêtement conducteur 6 servant de blindage.
Chaque bandelette est isolée de ses voisines, cette isolation étant constituée ici par des rainures 51 (de l'ordre de 0,1 à 0,2 mm de large) qui entaillent sur une faible profondeur la plaque 2 elle-même, et chaque bandelette est reliée à un contact
correspondant de la rampe cathodique 10. Ces contacts sont sché
matisés ici par des plots de commutateur 52. Sur la plaque ano
dique 1, les bandelettes 4 et les couches de phosphore 3 sur les
quelles elles reposent sont groupées trois par trois en triplets ,
tels que les triplets 53, 54, 55; dans chacun de ces triplets, la pre
mière bandelette est posée sur un phosphore à émission bleue (B),
la seconde sur un phosphore à émission rouge (R) et la troisième
sur un phosphore à émission verte (V).
Les bandelettes 4 et les
couches de phosphore qui leur sont attribuées sont isolées les unes
des autres par des rainures, telles que la rainure 61, qui entaillent
sur une faible profondeur la plaque anodique 1 elle-même. Les
bandelettes bleues B de chaque triplet sont reliées à une rampe de
contacts bleus 8 B, les bandelettes rouges à une rampe de
contacts rouges 8 R et les bandelettes vertes à une rampe de
contacts verts 8 V schématisées à la fig. 8 par des plots de com
mutateurs. Chacune de ces rampes est balayée par le faisceau d'un
canon électronique, schématisé ici par une armature mobile, à
savoir l'armature 56 pour la rampe bleue , l'armature 57 pour la
rampe rouge et l'armature 58 pour la rampe verte .
Au lieu
de recourir à trois canons électroniques distincts, on peut fort
bien n'utiliser qu'un seul canon, mais il faut alors l'équiper d'un
dispositif de déflexion additionnel qui amène son faisceau à
balayer successivement les rampes 8B, 8R et 8V. C'est ce que
schématise le commutateur additionnel 59, dont l'armature
mobile 60 est en contact successivement avec les plots B, R et V
correspondant au balayage des rampes bleue, rouge et verte.
L'image est engendrée de la façon suivante: chaque point de
celle-ci est constitué par la zone où se croisent un triplet anodique
et une bandelette cathodique; ainsi la zone 62 où se croisent le triplet anodique 54 et la bandelette cathodique 63 constitue un point
de l'image, ce point étant bleu, rouge ou vert suivant celle des
bandelettes du triplet anodique qui se trouve en circuit. Dans le cas illustré par la fig. 8, ce point 62 est rouge, car le commuta
teur 59 se trouve dans la position rouge (R) de sorte qu'il excite, par l'intermédiaire de l'armature 57, la bandelette rouge du triplet 54, bandelette qui donne naissance à une émission de lumière rouge sortant de la plaque anodique 1 par la face externe de cette dernière, ce que schématisent les éclairs 64.
Pratiquement, les contacts anodiques 7 ont des longueurs différentes suivant qu'ils sont affectés à une bandelette anodique bleue (B), rouge (R) ou verte (V). Ainsi, à la fig. 9, pour
le triplet 54, le contact 7B affecté à la bandelette bleue B est plus court que le contact 7R affecté à la bandelette rouge R, lequel est plus court que le contact 7V affecté à la bandelette verte.
Des masques de matière isolante sont donc placés sur ces contacts de manière à ne laisser découvertes que les parties de ces derniers qui dépassent le contact voisin: ainsi le masque isolant 65 ne laisse découverte que la partie du contact 7R qui dépasse le contact 7B et que la partie du contact 7V qui dépasse le contact 7R. Les rampes de contacts bleus, rouges et verts sont constituées par les zones parallèles 8B, 8R et 8V respectivement.
Ces zones sont balayées longitudinalement, suivant les directions 66B, 66R et 66V, respectivement, par les faisceaux de trois canons (non représentés mais disposés comme le canon 15 des fig. 1, 2 ou 7) ou par le faisceau d'un canon unique équipé d'un dispositif de déflexion additionnel qui amène le faisceau de ce canon sur chacune de ces zones successivement.
Les bandelettes auxiliaires anodique 1 1 et cathodique 13 ont pour rôle, grâce aux fuites électriques de leurs couches sousjacentes 12 et 14, respectivement, de fixer à une valeur définie le potentiel des bandelettes anodique 4 et cathodique 5, respectivement, lorsque leurs contacts ne sont pas touchés par les faisceaux de commutation anodique 16 et cathodique 17, respectivement.
On peut prévoir de donner aux couches faiblement conductrices 12 et 14 une caractéristique de conduction non linéaire du type diode, par exemple, en leur donnant une structure de double couche semi-conductrice. Dans ces conditions, les fuites électriques ne prennent naissance que lorsque les potentiels des ban delettes ont un certain signe et sont inexistantes lorsque ces potentiels sont de signe inverse.
Dans les exemples décrits, les bandelettes anodiques comme les bandelettes cathodiques dessinent des réseaux rectilignes orthogonaux. C'est le cas le plus courant. Mais on peut aussi faire en sorte que ces bandelettes dessinent d'autres types de réseaux orthogonaux, par exemple un réseau de cercles concentriques et un réseau de droites radiales, de sorte que les bandelettes sont en fait des pistes conductrices, les unes anodiques , les autres cathodiques , dont les projections dans la direction d'observation visuelle se coupent à angles droits.
Comme on l'a vu plus haut à propos des fig. 2 et 3, le tube 30 qui contient les plaques anodiques et cathodiques doit être vide d'air, de sorte que les coques 31 et 32 doivent être suffisamment résistantes pour supporter la pression atmosphérique. Il est apparu, toutefois, que du fait de la forme très plate que doivent revêtir ces coques, il était difficile, lorsque leur dimension devait avoir quelque ampleur, de leur conférer la résistance requise.
C'est pourquoi il est prévu de recourir dans ce cas, à la variante représentée aux fig. 10 à 12. Cette variante se distingue par la présence d'entretoises 70a, 70b, disposées entre les plaques anodiques 1 et cathodiques 2, d'une part, et par la présence d'étais 71a, 71b, 71c,... disposés entre la plaque cathodique 2 et la coque postérieure 32, d'autre part. Comme on le voit aux fig. 1 1 et 12, les entretoises 70a, 70b,... revêtent la forme de potelets perpendiculaires aux plaques anodique et cathodique. Ces potelets prennent pied entre les bandelettes anodiques 4 d'une part, et entre les bandelettes cathodiques 5, d'autre part. Ils sont répartis de manière sensiblement uniforme, par exemple tous les 40 mm, dans tout l'espace compris entre les plaques anodique et cathodique.
Ils sont faits de préférence, en une matière isolante, afin que leur présence ne perturbe par l'émission de champ dont les bandelettes cathodiques 5 sont le siège.
Quant aux étais 71a, 71b, situés entre la plaque cathodique 2 et la coque postérieure 32, ils revêtent, de préférence, la forme de méplats qui sont disposés de manière inclinée par rapport à cette plaque cathodique et par rapport à la coque postérieure 32. Ces méplats sont conducteurs et, de préférence, métalliques; ils sont ancrés dans des creux 72a, 72b... et 73a, 73b..., ménagés dans la plaque cathodique 2 et dans la face interne de la coque 32, et ils sont en contact électrique avec la couche conductrice 36 constituant le blindage qui recouvre cette face interne. Ils sont, de plus orientés de manière que le plan de chacun d'eux passe par la sortie du canon électronique chargé de balayer la zone où ils se trouvent.
Ainsi, le plan du méplat 71a, plan qui est esquissé par le tracé en traits fins interrompus 74a (fig. 10), contient la sortie 75 du canon 18, dont le faisceau 1 9a balaie la zone angulaire 20 dans laquelle se trouve ce méplat. De même pour le méplat 71b, dont le plan esquissé par le tracé en traits fins interrompus 74b, contient la sortie 76 du canon 15 dont le faisceau 16b balaie la zone angulaire 17 dans laquelle se trouve ce méplat. En d'autres termes, la projection des méplats dans le plan de balayage est toujours orientée perpendiculairement au faisceau électronique correspondant, comme cela apparaît plus clairement pour le méplat 71c dont la projection est à angle droit par rapport au faisceau 19c.
En outre, les canons électroniques 15 et 18 sont agencés de manière à fournir des faisceaux électroniques ayant une section droite rectangulaire, allongées selon la direction perpendiculaire au plan de balayage. C'est ce que montre la fig. 12 où l'on voit le contour 78b de la section droite rectangulaire du faisceau 16b, cette section droite rectangulaire étant allongée dans la direction perpendiculaire au plan de balayage schématisé par le tracé 79. La fig. 12 montre également, sous un autre aspect, la manière dont le plan 74b du méplat 71b est situé par rapport à l'axe du faisceau électronique 16b.
Cette forme spéciale de la section du faisceau électronique et cette disposition particulière des méplats font que ce faisceau n'est pas obturé par les étais qui se trouvent sur son trajet: il y a toujours une partie importante du faisceau qui passe de part et d'autre de l'étai, de sorte que ce dernier ne perturbe l'intensité du faisceau que d'une façon négligeable.
Les potelets 70 comme les étais 71 sont, de préférence répartis uniformément dans tout l'espace compris entre les plaques anodiques et cathodiques et, respectivement, dans tout l'espace compris entre cette dernière et la coque postérieure. Il y a donc, en principe, autant de potelets que d'étais. Cependant, il n'est pas indispensable que les potelets soient situés aux mêmes emplacements que les étais, contrairement à ce que peuvent laisser penser les fig. 10 à 12, dans lesquelles cette répartition a été adoptée.
Certains des méplats 71 sont inclinésdans un sens, d'autres sont inclinés en sens opposé. C'est ce que montre la fig. 12 où l'on distingue, derrière le méplat 71b, un autre méplat 71d, lequel est incliné en sens opposé. La répartition des sens d'inclinaison est, en principe, uniforme et il y a, de préférence, autant de méplats inclinés dans un sens que de méplats inclinés en sens opposé.
Comme le montre la fig. 13, les étais peuvent revêtir la forme de portiques triangulaires 80, dont chacun est formé par l'association de deux méplats 81, 82, inclinés en sens opposé, qui constituent les jambes de ce portique. Ces deux méplats sont reliés entre eux à une de leurs extrémités de façon à former le sommet 83 du portique et leurs autres extrémités 84, 85, qui constituent les pieds de ce portique, sont, de préférence, reliés l'un à l'autre par un triant 86 constituant la base du portique. Cette disposition peut être avantageuse en ce sens qu'elle supprime un grand nombre de creux d'ancrage, seuls les sommets devant être ancrés de cette manière.
Les portiques peuvent être placés de manière que leurs bases reposent sur la plaque cathodique 2, leurs sommets étant ancrés dans des creux de la face interne de la coque postérieure ainsi que cela ressort de la fig. 13 ou, au contraire, de manière que leurs bases reposent sur cette face interne, leurs sommets étant alors ancrés dans la plaque cathodique.
Dans la variante pourvue d'entretoises et d'étais, la coque antérieure 31 repose et s'appuie sur la plaque anodique 1, de sorte que les efforts subis par les deux coques sous l'effet de la pression atmosphérique sont supportés par ces entretoises et étais.
On a vu plus haut que pour accroître le pouvoir d'émission par effet de champ que doivent manifester les bandelettes cathodiques 5, il était prévu de recourir à des bandelettes pourvues de pointes, qui peuvent être soit rapportées, soit obtenues par solidification orientée. Or, il a été constaté que ces pointes avaient tendance à être le siège, sous l'effet du champ lui-même, de phénomènes de restructuration qui conduisaient à une diminution de leur rayon de courbure sommital: le potentiel qu'il fallait appliquer pour provoquer l'émission de champ s'en trouvait considérablement réduit.
Ainsi des pointes de tungstène ayant au départ un rayon de courbure sommital de l'ordre de 1 micron, ce qui conduisait à un potentiel d'extraction de l'ordre de quelques kV, voyaient leur rayon de courbure s'abaisser, par restructuration à une valeur sensiblement inférieure, de sorte que le potentiel d'extraction se réduisait à quelques centaines de volts seulement.
Pour remédier à cela, il est prévu, en variante, de recouvrir les pointes, dont le rayon de courbure sommital est de préférence de l'ordre de 0,1 à 1 micron, d'une couche mince (épaisseur de l'ordre de 0,01 micron) d'un isolant dur, tel que de l'oxyde d'aluminium Al203 ou de l'oxyde de tantale Ta205. Les pointes sont formées par érosion électrochimique et l'isolant est déposé soit par déposition réactive de vapeur (technique connue sous la dénomination anglaise Chemical vapor deposition , ou CVD), soit par pulvérisation, simple ou réactive, sous l'effet d'une ou de plusieurs décharges à plasma.
En résumé, le tube vidéo-cathodique ici présenté est destiné principalement à l'affichage d'images de télévision (en noir/blanc ou en couleur) et qui a la forme d'un panneau de faible épaisseur; ce tube est à déflexion électrostatique analogique et à intensité modulable de manière continue entre zéro et une valeur maximale, les signaux de commande de la déflexion et de l'intensité étant de la même nature et du même ordre de grandeur que ceux d'un tube vidéo-cathodique usuel à déflexion électrostatique.