EP0014156B1 - Transducteur électroluminescent à synthèse chromatique additive - Google Patents
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Classifications
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- H01J29/10—Screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored
Definitions
- the invention relates to a light current transducer device of a special image tube comprising an electroluminescent assembly associated with a cathode scan allowing the television reproduction of color images.
- Another two-color picture tube known by the technical name of "penetron” was designed around 1934 and improved by numerous patents (US-A-2,446,248, US-A-2,445,710, US-A-2,704,783, US-A- 2,730,653, US-A-2,590,018).
- the operating principle is different: two superimposed cathodoluminescent thin films present their maximum emission at distinct levels of the energy of the incident electrons.
- the luminescent materials of the two layers are suitably chosen, the color of the light emitted can be varied by varying the acceleration voltage of the incident electrons.
- the low energy electrons excite the luminescence of the first layer, but cannot penetrate the second. We only observe the luminescence of the first layer. If the energy is increased (increase in the high acceleration voltage), it is possible to excite both the luminescence of the first layer and that of the second layer, and with possible predominance of the luminance of the second layer.
- the tube with "shadow mask” requires, for industrial production, significant investments, expensive specific tools, and the cost price of a tube represents 50% of the manufacturing price of a color TV receiver.
- the image tube and its supply circuits are large consumers of energy, the electrons are intercepted by the color selection electrode (shadow mask).
- the present technological innovation is to overcome the difficulties of tubes using color selection masks and the technical disadvantages of "penetration tubes", while retaining the advantages of thin films for maximum resolution.
- the proposed innovation makes it possible to use a single-channel tube, identical electronically to that of a tube used for reception of television in. black and white. Only the electroluminescent front panel is different.
- the invention makes it possible to improve the resolution and the stability of the dots reproduced, thus avoiding the confusion of the signs B and 8, C and 0, D and 0, S and 8 etc ... in the reproduction of texts in telematics by giving a perfect restitution, and a marked improvement in the reproduction of the image is felt.
- the electroluminescent assembly having at least two layers, emits lights of different wavelengths.
- each electroluminescent capacitor exit outside the tube and allow the metering of the light intensities by means of an amplification controlled by the signals supplied by the decoding of the chrominance signal.
- the color selection and mixing are done point by point on the front of the tube.
- a specific physical property of certain cathodoluminescent substances namely "image amplification" by the action of a high electric field, is used.
- the light spot of a point weakly irradiated by an electron beam is amplified when a variable electric field is applied in a capacitor containing phosphors.
- the brightness and the mixing of the colors are obtained on the one hand by the cathode current for the luminance, and on the other hand by the electroluminescent transducers for the chrominances.
- the additive synthesis carried out by the organ of sight allows by the mixture of the three fundamental colors to reconstitute the white light.
- This white light can be effected with light sources radiating color directly.
- the phenomenon essentially resides in the direct excitation of the luminescent centers by accelerated electrons, in a high electric field.
- Electroluminescence is an unfamiliar phenomenon. In 1936 Professor Georges Destriau, of the University of Paris, discovered that zinc sulfide could emit light under the direct action of an alternating electric field. This new phenomenon was of great importance since, for the first time, a solid body directly transformed electrical energy into light energy.
- a thin film of the above-mentioned luminescent compound coated in an insulator is placed between two plates which are both transparent and conductive, generally two glass plates on which a thin layer of antimony chloride or oxide has been sprayed. tin.
- the electroluminescent cell thus produced constitutes a capacitor. If we connect the two conductive strips of this capacitor to a periodic voltage generator we see, through the glass slides, shine the luminescent compound. This brightness increases both with the value of the applied voltage and with its frequency. The light emitted is blue, green, yellow or red, depending on the nature of the basic product and the activator. Luminescent cells comprising such materials arranged in layers from 20 to 50 ⁇ m thick, called “powder-light emitting capacitors", have been the subject of numerous experimental tests.
- thin films structure "thin layer"
- argon an inert gas
- the whole of a cell is in the form of a thin layer having a thickness of 0.4 to 3, u.
- annealing at 500 ° for 20 to 30 minutes under an argon atmosphere is recommended.
- These thin layers have high chemical reliability, stable and homogeneous characteristics over all their surfaces and thicknesses. They operate with relatively low excitation voltages and their minimum lifespan is 10 4 hours.
- the electroluminescent transducer ( Figure 1) comprises a luminescent layer (1) made of a material both cathodoluminescent and electroluminescent, on either side of which are arranged two conductive layers (2 and 3) each connected to a respective terminal a generator (4).
- a threadlike electron beam (6) scans the surface (7) on the empty side. These electrons (6) have sufficient energy to penetrate the luminescent layer (1), but the power of the beam is sufficiently low so that in the absence of periodic voltage between the layers (2 and 3) the luminescent material (1 ) emits at the point of impact (8) of the electron beam (6) only a low intensity spot.
- a periodic voltage with an amplitude of 100 to 140 volts is applied between the layers (2 and 3) during a short period of time, for example 10- 4 seconds, a flash of light, represented schematically by the arrow ( 10) is emitted at the point of impact (8).
- the wavelength of this light depends on the nature of the impurity atoms constituting the luminogenic centers of the material (1).
- buffer layer (1 and 2) made of a material which is good insulator of electricity and has a high dielectric constant.
- electroluminescent transducers identical to that of FIG. 1 can be used to obtain colored images from video-color signals.
- a television picture tube with a single electron gun is used, and 3 chromatic electroluminescent transducers.
- Electromagnetic deflection coils provide a suitable deflection of the electron beam (18), coming from the electron gun (13 to 17), so that this beam (18) scans in a known manner the surface of the "slab" (19) .
- This slab (19) is formed by the outer wall of the image tube (20) located opposite the barrel (13 to 17).
- the bulb would then have plates X ,, X 2 and Y 1 ' Y 2 to ensure the deflection of the electron beam along two dimensions.
- this glass slab (21) is provided on its inner face with a filtering layer (gray filter) (22), and a stack of thin layers comprising three superimposed light-emitting transducers.
- These three transducers consist of three luminescent layers (23, 24 and 25) and four conductive layers (26, 27, 28 and 29), the luminescent layers (23, 24 and 25) are made of a material that is both electroluminescent and cathodoluminescent, each of them containing a doper of different nature, allowing respectively the emission of green, red and blue light.
- each light-emitting layer (23, 24 and 25) is located between two conductive layers 26-27, 27-28 and 28-29 respectively.
- buffer layers (30) are interposed between the luminescent layers (23 to 25) and the conductive layers (26 to 29).
- the conductive layer (29) located on the side of the interior of the tube (20) may be a thin layer of aluminum or copper, brought to a high positive potential.
- the purpose of this thin layer is to increase the conductivity of the screen and to act as a mirror for the light rays emitted by the luminescent layers, the light rays all being reflected forward.
- Layers 23, 24 and 25 are formed from zinc sulfide (ZnS), associated with dopant molecules and containing oxysulfides to limit the interactions of said molecules and zinc sulfur.
- ZnS zinc sulfide
- the layers 26, 27 and 28 are layers of tin oxide Sn0 2 or indium oxide In 2 0 3 .
- the layers 30 are layers of yttrium oxide Y 2 0 3 '
- the conductive layer 29 is a 1000 A aluminum layer.
- the tube (20) reproduces the color images of a television program in the following manner: a reception and demodulation block (31) picks up the HF waves on its terminal (31 A) and delivers the video signal of luminance Y on the terminal 31 B connected to the cathode (14) of tube (20). The video signal from chrominance delivered on the terminal (31 C) is applied to the input (32 A) of the chrominance decoding block (32).
- This decoding assembly processes the green, red and blue chrominance signals respectively on the output terminals (32 B, 32 C and 32 D). These voltages delivered in 32 B, 32 C and 32 D are proportional to the green, red and blue chromatic components of the emission and are applied respectively between layers 26 and 27, 27 and 28, 28 and 29.
- the chrominance signal decoder 32 does not deliver any signal at the output of the green, red blue amplifiers at 32 B, 32 C, 32 D.
- the television works like a black television and plain white.
- the kinetic energy of the electrons on the electroluminescent parts of the three transducers causes a white point of light to appear, with a brightness proportional to the voltage of the video-luminance signals applied to the tube cathode.
- the brightness amplification coefficient an essential characteristic of the invention is from 10 to 15 for each transducer. This allows, for a brightness equivalent to normal color television reception, to decrease the video amplification. It is even conceivable, instead of using an analog amplifier operating at a supply voltage of 150 to 180 volts, to use a digital amplifier operating at 15 to 25 volts.
- a suitable order of stacking of the transducers makes it possible to respect the fundamental equation of the luminance signal, containing all the information necessary for the reproduction of the image in "black and white", ensuring the principle of compatibility of the emissions “black and white “and colors as stated by Georges Valensi; to know: about 30% red, 60% green, 10% blue.
- the light emitted by the first transducer, towards the observer is green, and it undergoes no attenuation; the second light emitted by the second transducer is red, it undergoes a natural attenuation of approximately 40% by crossing the first transducer, as for the third transducer, its light emission is blue and it undergoes an approximation attenuation from 60% to 80% .
- Another advantage of the invention is that the brightness of the tube with transducers is very important, and by slightly increasing the supply voltages of the tube, projection on a large screen by Schmitt optics is possible.
- color television is an important but not limiting application of the invention.
Landscapes
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)
- Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Description
- L'invention concerne un dispositif transducteur courantlumière d'un tube image spécial comprenant un ensemble électroluminescent associé à un balayage cathodique permettant la reproduction télévisuelle d'images en couleur.
- Depuis le début de la télévision en couleur, l'ensemble des récepteurs sont équipés d'un tube image constitué de trois canons à électrons (un par couleur), qui excitent chacun un élément de l'écran où se trouvent déposés des luminophores émettant de la lumière verte, rouge ou bleue. Avant l'impact sur les luminophores, les faisceaux d'électrons traversent un système de grilles chargées de focaliser les électrons, afin d'obtenir l'excitation du point lumineux désiré. Ce tube-image trichrome à masque perforé est connu sous le nom tube à masque d'ombre (la description et le principe de fonctionnement sont abondamment développés dans la littérature technique).
- Un autre tube image, bichrome, connu sous ta dénomination technique de "pénétron" a été conçu vers 1934 et amélioré par de nombreux brevets (US-A-2,446,248, US-A-2,445,710, US-A-2,704,783, US-A-2,730,653, US-A-2,590,018). Le principe de fonctionnement est différent: deux films minces cathodoluminescents superposés présentent leur maximum d'émission à des niveaux distincts de l'énergie des électrons incidents. Lorsque les matériaux luminescents des deux couches sont convenablement choisis, on peut faire varier la couleur de la lumière émise en faisant varier la tension d'accélération des électrons incidents. Les électrons de faible énergie excitent la luminescence de la première couche, mais ne peuvent pénétrer dans le seconde. On observe uniquement la luminescence de la première couche. Si on augmente l'énergie (augmentation de la haute tension d'accélération) on peur exciter à la fois la luminescence de la première couche et celle de la seconde couche, et avec prédominance possible de la luminance de la seconde couche.
- Le tube à "masque perforé" nécessite, pour une fabrication industrielle, des investissements importants, un outillage spécifique onéreux, et le prix de revient d'un tube représente 50% du prix de fabrication d'un récepteur de T.V. en couleurs.
- En outre, la reconstitution d'une image colorée au moyen de ce tube image présente plusieurs difficultés à savoir:
- 1/ la convergence dynamique et la pureté des couleurs
- 2/ les aberrations de l'image, que l'on corrige par des circuits complexes, ainsi que:
- 3/ la sensibilité au champ magnétique terrestre, laquelle impose la présence de blindages et de circuits de démagnétisation.
- En plus, le tube image et ses circuits d'alimentation sont de gros consommateurs d'énergie, les électrons sont interceptés par l'électrode de sélection de couleurs (masque d'ombre).
- Les derniers perfectionnement technologiques (autoconvergence, précision In Line, P.I.L.) ont pour but de diminuer d'une part le coté pointu des réglages, et d'autre part d'améliorer par des grilles élaborées le mélange des faisceaux juste au niveau de l'écran. Ces systèmes n'augmentent que faiblement la résolution et la stabilité des images.
- Le "pénétron" possède les avantages des films minces cathodoluminescents. Ces films obtenus par évaporation thermique ou pulvérisation par vaporisation sur un support, au lieu de sédimentation de poudre pour le tube à masque, présentent divers avantages.
- 1/ réflexion diffuse de l'écran négligeable, donc possibilité d'obtenir une image visible même en présence de lumière extérieure,
- 2/ résolution optimale, car l'absence de diffusion dans les films minces réduit le diamètre du point lumineux au diamètre du faisceau d'électrons incident,
- 3/ géométrie favorable à la diffusion de la chaleur, facilité d'évacuation par le substrat qui forme radiateur.
- Malgré ces avantages, le pénétron présente de grosses difficultés techniques à savoir:
- 1/ commutation difficile des différentes hautes tensions pour obtenir les niveaux distincts de couleur,
- 2/ diffusion d'une couche dans l'autre en cours de fonctionnement et tout se passe comme s'ilny avait qu'une seule couche,
- 3/ accumulation de charges électriques à la surface de séparation des deux couches, il se produit des émissions secondaires indésirables, altérant les couleurs émises.
- La présente innovation technologique est de s'affranchir des difficultés des tubes utilisant des masques de sélection de couleurs et des inconvénients techniques des "tubes à pénétration", tout en conservant les avantages des films minces pour une résolution maximale.
- Ainsi, l'innovation proposée permet d'utiliser un tube monocanon, identique électronique- ment à celui d'un tube utilisé pour la réception de la télévision en. noir et blanc. Seule le face avant électroluminescente est différente.
- La technologie du tube monocanon est connue, et les avantages obtenus sont:
- 1/ une facilité de fabrication,
- 2/ une fiabilité incontestable,
- 3/ une géométrie de l'image parfaite,
- 4/ une résolution optimale,
- 5/ une tension d'accélération et des éléments de déviation plus faciles à construire.
- L'invention, telle qu'elle est définie dans les revendications, permet d'améliorer la résolution et la stabilité des points reproduits, évitant ainsi la confusion des signes B et 8, C et 0, D et 0, S et 8 etc... dans la reproduction des textes en télématique en donnant une restitution parfaite, et une nette amélioration de la reproduction de l'image est ressentie.
- A cette fin, pour la réalisation d'un générateur d'images en couleurs, il est prévu de disposer dans un tube cathodique monocanon, un écran constitué par des condensateurs électroluminescents superposés.
- Sous l'influence du bombardement du faisceau d'électrons, asservi à l'intensité du signal de luminance, l'ensemble électroluminescent, ayant au moins deux couches, émet des lumières de longueurs d'onde différentes.
- Les armatures métalliques de chaque condensateur électroluminescent sortent à l'extérieur du tube et permettent le dosage des intensités lumineuses par le biais d'une amplification asservie aux signaux fournis par le décodage du signal de chrominance.
- La sélection et le mélange colorimétriques sont faits point par point sur la face avant du tube. Pour ce faire une propriété physique, spécifique de certaines substances cathodo- luminescentes, à savoir "l'amplification de brillance" par action d'un champ électrique élevé, est utilisée.
- Le spot lumineux d'un point faiblement irradié par un faisceau d'électrons se trouve amplifié quand un champ électrique variable est appliqué dans un condensateur contenant des luminophores.
- La brillance et le mélange des couleurs sont obtenus d'une part par le courant cathodique pour la luminance, et d'autre part par les transducteurs électroluminescents pour les chrominances.
- Le principe du tube image monocanon à transducteurs électroluminescents chromatiques, conforme à l'invention se fonde sur l'utilisation de plusieurs phénomènes physiques:
- - sur les particularités physiologiques de l'oeil,
- - sur les lois de la colorimétrie,
- -sur les propriétés de la cathodolumine- scence, associés à celles de l'électroluminescence en "couches minces".
- Brièvement, on rapelle que depuis les travaux de Newton en 1669, on sait décomposer la lumière blanche en trois couleurs fondamentales et on utilise pour la reproduction la recomposition des trois images superposées pour obtenir toutes les teintes visibles (photographie couleur, litographies multichromes). A la différence, en télévision on n'a jusqu'à présent pas trouvé une solution valable permettant de transmettre simultanément tous les détails d'une scène complète. Tous les points de l'image sont donc explorés et transmis les uns après les autres, suivant une loi bien déterminée, l'analyse consistant à déplacer le spot lumineux qui parcourt l'écran de la même manière que se déplace le regard d'un lecteur sur une page d'un livre, en commençant par la lère ligne de la page, de gauche à droite. Les détails sont transmis l'un après l'autre en explorant point par point, ligne après ligne, trame après trame. Les détails à transmettre sont convertis en un signal électrique variable en fonction du temps. Les différents éléments qui composent l'image ont chacun une certaine luminance et une couleur propre. Ces luminances varient d'un élément à l'autre et produisent des signaux à niveau variable.
- La fonction d'un récepteur de télévision consiste à transformer une énergie électrique en énergie lumineuse et à reproduire exactement à la réception:
- -la position dans le plan, de chacun des points de l'image explorée,
- - les variations instantanées de luminosité de ces points en fonction du temps.
- La synthèse additive effectuée par l'organe de la vue, permet par le mélange des trois couleurs fondamentales de reconstituer la lumière blanche. Cette lumière blanche peut s'effecteur avec des sources lumineuses rayonnant directement la couleur.
- En outre, on rappelle que la luminescence est l'émission soutenue de lumière, à partir de substances spéciales, quand elles sont irradiées:
- 1/ par des photons basse énergie, lumière visible ou ultra-violette (photoluminescence),
- 2/ par des photons de haute énergie, rayons X (roentgénoluminescence),
- 3/ par des rayons cathodiques (cathodo- luminescence),
- 4/ par un champ électrique (électroluminescence),
- 5/ par des particules alpha (ionolumin- escence),
- 6/ par des particules ou des radiations nucléaires (radioluminescence).
- Le phénomène réside essentiellement dans l'excitation directe des centres luminescents par des électrons accélérés, dans un champ électrique élevé.
- L'électroluminescence est un phénomène peu familier. En 1936 le professeur Georges Destriau, de l'Université de Paris, a découvert que le sulfure de zinc pouvait émettre de la lumière sous l'action directe d'un champ électrique alternatif. Ce phénomène nouveau avait une grande importance puisque, pour la première fois, un corps solide transformait directement de l'énergie électrique en énergie lumineuse.
- Un composé solide électroluminescent comprend:
- 1/ un produit de base sous forme cristalline, comme le sulfure de zinc, l'oxyde de zinc, le sulfure de strontium, le tungstate de calcium, le silicate de zinc, le fluorure de calcium, le germanate de magnésium, le sulfure de cadmium, le fluorure de cadmium,
- 2/ des traces d'un élément étranger, dit "activateur", en proportion très faible (10-2 à 10-4 en poids) tels que le cuivre, l'or, l'argent, le manganèse, le plomb, le chrome, le bismuth et différentes terres rares.
- Ces éléments constituent les centres "luminogènes" du composé électroluminescent..
- Une fine pellicule du composé luminescent ci-dessus mentionné enrobé dans un isolant est disposée entre deux lames à la fois transparentes et conductrices, généralement deux plaques de verre sur lesquelles on a projeté une fine couche de chlorure d'antimoine ou d'oxyde d'étain.
- La cellule électroluminescente ainsi fabriquée, constitue un condensateur. Si on relie les deux lames conductrices de ce condensateur à un générateur de tension périodique on voit, à travers les lames de verre, briller le composé luminescent. Cette brillance croît à la fois avec la valeur de la tension appliquée et avec sa fréquence. La lumière émise est bleue, verte, jaune ou rouge, suivant la nature du produit de base et de l'activateur. Des cellules luminescentes comprenant de tels matériaux disposés suivant des couches de 20 à 50,u d'épaisseur, appelés "condensateurs électroluminescents à poudre", ont fait l'objet de nombreux essais expérimentaux.
- Depuis plus d'une décénnie, le diamètre moyen des produits cristallins est inférieur au micron. La fabrication de fines pellicules (structure en "couche minces") est réalisable par un procédé relevant de la technique de pulvérisation cathodique radiofréquence dans une enceinte sous vide (pression des gaz résiduels inférieure à 10-5 torr) en présence d'un gaz inerte (argon).
- L'ensemble d'une cellule se présente sous forme d'une couche mince ayant une épaisseur de 0,4 à 3,u. Pour augmenter l'efficacité lumineuse un recuit à 500° durant 20 à 30 minutes sous atmosphère d'argon est conseillé.
- Ces couches minces possèdent une grande fiabilité chimique, des caractéristiques stables et homogènes sur toutes leurs surfaces et leurs épaisseurs. Elles fonctionnent avec des tensions d'excitation relativement faibles et leur durée de vie minimum est de 104 heures.
- Un nouvel effet, "l'effet électrorenforçateur de brillance", a été découvert en 1953 par Destriau. Certains matériaux qui sont luminescents sous l'action d'une excitation extérieure ont une sensibilité accrue, c'est à dire deviennent beaucoup plus lumineux quand ils sont soumis simultanément à l'action de l'excitation extérieure et à celle du champ électrique alternatif appliqué entre les armatures du condensateur. Le renforcement de la brillance, dépend des produits luminogènes employés, et surtout de la tension et de la fréquence du champ électrique.
- Ce principe est décrit sous le nom "d'électro- cathodoluminescence" par D. A. Cusano (Cathodo, Photo and D.C. Electroluminescence in Zinc Sulfide Layers"-Luminescence of organic and inorganic Matérials-Ed. By H. Kallmann, John Wiley, London (1962) Pages 501 et suivantes). L'activateur employé est le manganèse (Mn).
- En outre, le brevet français n°, 1 115 162, intitulé "Ecran à rayons cathodiques et procédé de renforcement de la luminescence" de Westinghouse Electric Corporation et brevet US-A-2 992 349 de D. A. Cusano, intitulé "Field Enhanced Luminescence System", utilisent ce phénomène physique dans des écrans monochromes. Mais l'effet renforçateur est plus important dans les condensateurs électroluminescents "à couches minces" et présente un rendement élevé lorsque le luminophore est le sulfure de zinc (ZnS) et que l'activateur est constitué par des molécules d'un ou plusieurs oxysulfures, en particulier, des fluorures trivalents de la famille des lanthanides, (dénommés "terres rares"). Les effets de ces activateurs, (comme le terbium, l'europium, le thulium, le praséodyme, le néodyme, le samarium, le gadolinium, le holmium, l'erbium, le dysprosium) ont été appelés en 1968: "effets lumocen" (Luminescence from Molécular Centers). Les luminophores dopés avec les fluorures de terres rares émettent les lumières vertes, rouges et bleues d'une très grande brillance.
- Un transducteur électroluminescent chromatique, selon un mode de réalisation de l'invention se présente sous la forme d'une cellule électroluminescente d'une épaisseur d'un micron environ. Il comprend:
- 1/ une couche électroluminescente d'une épaisseur de 6000 A, composée de sulfure de zinc associé à un oxysulfure.
- 2/ deux couches tampons d'oxyde d'yttrium (Y203) de 2000 A d'épaisseur entre lesquelles est intercalée ladite couche électroluminescente, ces deux couches étant sensiblement transparentes et leurs faces extérieures étant rendues conductrices par un dépôt d'oxyde d'étain (Sn02) ou d'oxyde d'indium (I"O3).
- Si l'on dirige un faisceau électronique avec une tension de post accélération de 5KV sur ce transducteur, un fin spot de lumière apparaît, au point d'impact du faisceau sur la couche luminescente. Cette émission de lumière est amplifiée localement lorsqu'une impulsion de tension est appliquée aux bornes du transducteur.
- L'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'exécution.
- -la figure 1, est une vue schématique en coupe transversale d'un transducteur électroluminescent,
- - la figure 2, est une vue schématique en coupe d'un tube image utilisant le principe de l'invention,
- -la figure 3, est une coupe suivant AA de la dalle avant du tube image de la figure 2,
- -la figure 4, est le schéma synoptique d'un récepteur de télévision utilisant le tube à transducteurs.
- Le transducteur électroluminescent (figure 1) comprend une couche luminescente (1) constituée d'un matériau à la fois cathodoluminescent et électroluminescent, de part et d'autre de laquelle sont disposées deux couches conductrices (2 et 3) reliées chacune à une borne respective d'un générateur (4).
- Des moyens non représentés, maintiennent un vide assez poussé dans l'espace (5) situé d'un côté de l'empilage des couches (1, 2 et 3). Un faisceau filiforme d'électrons (6) balaye la surface (7) côté vide. Ces électrons (6) possèdent une énergie suffisante pour pénétrer dans la couche luminescente (1), mais la puissance du faisceau est suffisamment faible pour qu'en l'absence de tension périodique entre les couches (2 et 3) le matériau luminescent (1) n'émette au point d'impact (8) du faisceau électronique (6) qu'un spot de faible intensité.
- Si on applique entre les couches (2 et 3) une tension périodique d'une amplitude de 100 à 140 volts pendant un intervalle de temps de faible durée, par exemple 10-4 secondes, un éclair de lumière, représenté schématiquement par la flêche (10) est émis au point d'impact (8).
- La longueur d'onde de cette lumière dépend de la nature des atomes d'impureté constituant les centres luminogènes du matériau (1).
- Il est avantageux d'interposer entre la couche luminescente (1) et chacune des couches conductrices (2 et 3), une couche dite dite tampon (1 et 2) constituée en un matériau bon isolant de l'électricité et présentant une constante diélectrique élevée. Ces couches (11 et 12) permettent d'appliquer entre les deux couches conductrices (2 et 3) des tensions élevées, pour obtenir un champ électrique important dans le matériau (1).
- Plusieurs transducteurs électroluminescents identiques à celui de la figure 1 peuvent être utilisés à l'obtention d'images colorées à partir de signaux vidéo-couleur.
- A cet effet, comme le montre la figure 2, on utilise un tube image de télévision à un seul canon à électrons, et 3 transducteurs électroluminescents chromatiques.
- On peut voir sur la coupe schématique figure 2, le filament (13) du canon à électrons, la cathode (14) sur laquelle est appliquée le signal de luminance Y, le wenehlt (15) de réglage de la luminosité de l'image, la grille accélératrice (16) et la grille de concentration (17). Des bobines de déviation électromagnétiques non représentées assurent une déviation convenable du faisceau électronique (18), issu du canon à électrons (13 à 17), afin que ce faisceau (18) balaye de façon connue la surface de la "dalle" (19).
- Cette dalle (19), est constituée par la paroi extérieure du tube image (20) situé à l'opposé du canon (13 à 17).
- Le résultat serait équivalent, si au lieu d'un tube à déviation électromagnétique on employait un tube à déviation électrostatique, l'ampoule comporterait alors des plaques X,, X2 et Y1' Y2 pour assurer la déviation du faisceau d'électrons suivant deux dimensions.
- Comme le montre la figure 3, cette dalle en verre (21) est munie à sa face intérieure d'une couche de filtrage (filtre gris) (22), et d'un empilage de couches minces comprenant trois transducteurs électroluminescents superposés. Ces trois transducteurs se composent de trois couches luminescentes (23, 24 et 25) et quatre couches conductrices (26, 27, 28 et 29), les couches luminescentes (23, 24 et 25) sont constituées en un matériau à la fois électroluminescent et cathodoluminescent, chacune d'elles contenant un dopeur de nature différente, permettant respectivement l'émission de lumière .verte, rouge et bleue. A cet effet, chaque couche électroluminescentes (23, 24 et 25) est située entre deux couches conductrices respectivement 26-27, 27-28 et 28-29. Comme dans le cas de la figure 1, des couches tampons (30) sont interposées entre les couches luminescentes (23 à 25) et les couches conductrices (26 à 29).
- La couche conductrice (29) située du côté de l'intérieur du tube (20) peut-être une couche mince d'aluminium ou de cuivre, portée à un potentiel positif élevé. Cette couche fine a pour but d'augmenter la conductibilité de l'écran et de faire office de miroir pour les rayons lumineux émis par les couches luminescentes, les rayons lumineux étant tous réfléchis vers l'avant.
- Les couches 23, 24 et 25 sont formées de sulfure de zinc (ZnS), associé à des molécules de dopant et contenant des oxysulfures pour limiter les interactions desdites molécules et du sulfur de zinc.
- Les activateurs sont:
- - pour 23 du terbium (Tb), donnant une lumière de longueur d'onde 545 nm (nano- mètre) lumière verte,
- -pour 24 de l'europium (Eu), donnant une lumière de longueur d'onde 620 nm (rouge),
- - pour 25 du Thullium (Tm), donnant une lumière de longueur d'onde 450 nm (bleu).
- Les couches 26, 27 et 28 sont des couches d'oxyde d'étain Sn02 ou d'oxyde d'indium In203.
- Les couches 30 sont des couches d'oxyde d'yttrium Y203'
- La couche conductrice 29 est une couche d'aluminium de 1000 A.
- Comme le montre la figure 4, le tube (20) restitue les images couleur d'une émission de télévision de la manière suivante: un bloc de réception et de démodulation (31) capte les ondes HF sur sa borne (31 A) et délivre le signal vidéo de luminance Y sur la borne 31 B reliée à la cathode (14) de tube (20). Le signal vidéo de chrominance délivré sur la borne (31 C) est appliqué à l'entrée (32 A) du bloc de décodage de chrominance (32). Cet ensemble de décodage élabore les signaux de chrominance vert, rouge et bleu respectivement sur les bornes de sortie (32 B, 32 C et 32 D). Ces tensions délivrées en 32 B, 32 C et 32 D sont proportionnelles aux composantes chromatiques verte, rouge, bleue de l'émission et sont appliquées respectivement entre les couches 26 et 27, 27 et 28, 28 et 29.
- Pour la compatibilité dans tous les standards, en noir et blanc, le décodeur de signaux de chrominance 32 ne délivre aucun signal à la sortie des amplificateurs vert, rouge bleu en 32 B, 32 C, 32 D. Le téléviseur fonctionne comme un téléviseur noir et blanc ordinaire. Au point d'impact du bombardement cathodique, l'énergie cinétique des électrons sur les parties électroluminescentes des trois transducteurs fait apparaître un point lumineux blanc, avec une brillance proportionnelle à la tension des signaux vidéo-luminance appliquée à la cathode tube.
- En partant du synoptique de la figure 4 on voit qu'en remplaçant le tube image monochrome d'une récepteur de télévision en noir et blanc par un tube image à transducteurs électroluminescents conforme à l'invention et en associant audit récepteur un étage décodeur du type précédemment décrit, il est possible de produire une image en couleurs dont la résolution et la restitution des teintes et nuances sont optimales. Pour la reproduction en télévision couleurs, les teintes différentes devant être reproduites sont, le jaune, le cyan, le pourpre, le vert, le bleu, le rouge, le blanc. Les transducteurs verts, rouges, et bleus par leur fonctionnement séparé ou simultanément 2 par 2 déterminent l'ensemble colorimétrique.
- Le coefficient d'amplification de brillance, caractéristique essentielle de l'invention est de 10 à 15 pour chaque transducteur. Ceci permet, pour une brillance équivalente à une réception normale de télévision en couleurs, de diminuer l'amplification vidéo. Il est même envisageable, au lieu d'employer un amplificateur analogique fonctionnant sous une tension d'alimentation de 150 à 180 volts, d'employer un amplificateur numérique fonctionnant sous 15 à 25 volts.
- Un ordre convenable d'empilage des transducteurs permet de respecter l'équation fondamentale du signal de luminance, contenant toute l'information nécessaire à la reproduction de l'image en "noir et blanc", assurant le principe de compatibilité des émissions "noir et blanc" et couleurs tel que l'a énoncé Georges Valensi; à savoir:
- La lumière émise par le premier transducteur, vers l'observateur est le vert, et elle ne subit aucune atténuation; la second lumière émise par le deuxième transducteur est le rouge, elle subit une atténuation naturelle d'environ 40% en traversant le premier transducteur, quant au troisième transducteur, son émission lumineuse est bleue et elle subit une atténuation approximative de 60% à 80%.
- Un autre avantage de l'invention est que la luminosité du tube à transducteurs est très importante, et en augmentant légérement les tensions d'alimentation du tube, une projection sur grand écran par un optique de Schmitt est possible.
- L'utilisation pour la télévision en couleurs est une application importante mais non limitative de l'invention.
- Des applications dans des branches très diverses telles que: la visualisation des données, l'oscillographie, le radar, la télématique, l'informatique, la bureaumatique doivent apporter de nouveaux débouchés industriels.
- L'adaptabilité de cette innovation technologique à la réception des signaux de télévision dans tous les standards mondiaux, sa compatibilité avec la reproduction en noir et blanc, sa grande fiabilité, la facilité de construction qu'elle autorise et l'abaissement du prix de revient qui en résulte, devraient conduire à un développement rapide, notamment dans le domaine des récepteurs de télévision en couleur.
Claims (8)
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- 1980-01-24 AT AT80400117T patent/ATE5499T1/de active
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J. Benoit. "Thèse présentée pour obtenir le grade de Dr. ès Sc. Phys. * |
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