EP0383672A1 - Source lumineuse plane - Google Patents
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- EP0383672A1 EP0383672A1 EP19900400385 EP90400385A EP0383672A1 EP 0383672 A1 EP0383672 A1 EP 0383672A1 EP 19900400385 EP19900400385 EP 19900400385 EP 90400385 A EP90400385 A EP 90400385A EP 0383672 A1 EP0383672 A1 EP 0383672A1
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- European Patent Office
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- source
- electrode
- electrodes
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J63/00—Cathode-ray or electron-stream lamps
- H01J63/06—Lamps with luminescent screen excited by the ray or stream
Definitions
- the present invention relates to a planar light source and relates more generally to the production of wide planar sources of small thickness as used for the rear lighting of display devices (liquid crystal screen), the rear lighting of photographic films, etc.
- the first technique consists in using fluorescent sources and in particular such sources in the form of tubes which are juxtaposed one beside the other in more or less number.
- fluorescent tubes such as discharge tubes are used which are juxtaposed side by side, which leads to illuminating surfaces whose uniformity of lighting is imperfect and whose thickness is at a minimum. of the order of 1 cm, taking into account the minimum dimensions of commercially available fluorescent tubes.
- the second technique consists in using sources of the electroluminescent type. Unlike fluorescent sources, there are electroluminescent sources consisting of plates but these devices have a very poor performance and the heat they give off to obtain a certain intensity of lighting is quite significant. Furthermore, the life of such devices is limited. The two previous drawbacks have considerably limited the use of electroluminescent sources apart from very specific applications such as night use.
- the subject of the present invention is a flat light source, which is easy to produce using simple means and which leads to a device of small thickness (approximately 2 mm) with high gloss (several thousand candela per square meter). with very good uniformity of lighting and a very long service life.
- the planar light source object of the invention, is characterized in that it comprises: - a vacuum enclosure limited by a side wall and two parallel and insulating flat walls, - on each preceding flat wall, and inside the enclosure, a conductive electrode covered with an insulating layer, at least one of these two wall-electrode-insulating layer assemblies being transparent, - on one of the insulating layers, a layer of cathodoluminescent material, - in the vicinity of the side wall and externally to the two conductive electrodes, a source of electrons, a voltage source making it possible to apply alternately to the two conductive electrodes two distinct potentials (V anode , V rest ) such that the electrons emitted by said electron source are alternately collected by said electrodes.
- the planar light source which is the subject of the invention uses the cathodoluminescence effect already employed for example in the cathode ray tubes of our television sets.
- a material is said to be cathodoluminescent when under the effect of a bombardment by electrons of a certain kinetic energy, it emits radiation luminous.
- Such known cathodoluminescent bodies are often wrongly called "phosphors".
- a conventional cathodoluminescent material covers the internal face of one of the armatures of a planar capacitor, the corresponding electrode consisting of a conductive material covered with a layer of electrical insulator, such as the electrode of the opposite armature of the planar capacitor, moreover.
- the source object of the invention When the source object of the invention is made to light from only one of its flat walls, at least the corresponding wall as well as the electrode and the insulating material placed on this wall must be transparent, in other words capable of allowing passage the light emitted by cathodoluminescence.
- this source When this source is made to light from its two flat walls, these as well as the electrodes and the corresponding insulating materials must be transparent.
- a source of electrons of a type known per se which allows, after putting under high tension of the armature chosen as anode, to charge the preceding plane capacitor by depositing electrons which will localize in the form of a cloud of negative electricity in the vicinity of this anode, the insulating material deposited on the electrode preventing these same negative electric charges from flow through the anode.
- the electrons When the charge of the capacitor is thus achieved, if the electrons are made to oscillate by a voltage source applying alternately to the two conductive electrodes two distinct potentials such that the electrons are alternately collected by these electrodes, the electrons then oscillate at the frequency of the signal applied between the reinforcements in the zone which separates them thus causing an excitation of the cathodoluminescent material which they come to strike at each period by causing an emission of light.
- the electron source located in the vacuum enclosure practically no longer delivers current, except to compensate at all times for the leakage of electrons by electrical faults in the insulators, keeping these at a constant number.
- the usable electron source can be either a hot source (heated filament) or a cold source (photoemission, field effect).
- the number of electrons in oscillation in the light source corresponds to the capacity of the planar capacitor thus produced and is therefore entirely determined by the dimensions of the capacitor, the thickness of the insulators and the voltage applied to the armatures. In particular, it does not depend on the emission characteristics of the auxiliary electron source used. In other words, during permanent operation, the light sensation felt by an observer of the source therefore only depends on the frequency of oscillation because the quantity of light emitted in each period is constant. This guarantees the uniformity of the illumination produced by cathodoluminescence.
- planar light source which is the subject of the invention lies in the fact that its structure is perfectly compatible with the manufacture of planar sources of thin thickness (up to 2 mm) and of very large surface (several square decimetres per example without difficulty).
- the plane light source which is the subject of the invention can emit with a very high brightness which is adjustable both by the voltage imposed on the armatures and the frequency of the source, two parameters which influence this same brightness approximately linearly.
- FIG. 1 there is shown in a vacuum enclosure 1 limited by a side wall 2 and two flat, parallel and transparent walls of glass for example, respectively upper 3 and lower 4, the elements of a planar light source conforming to the invention and which comprises: a transparent conductive electrode 5 situated inside the enclosure 1 on the wall 3; a conductive electrode 6 inside the enclosure 1 on the wall 4; two layers of insulating material 7 and 8 respectively covering the conductive electrodes 5 and 6 and on one of the armatures, here the lower armature, a layer of cathodoluminescent material 9.
- a voltage generator 10 makes it possible to control the potential of the electrodes 5 and 6.
- the device is supplemented by the electron source 11, for example of the heating filament type at the terminals of which the voltages V 1s and V 2s are applied.
- the side walls 3 and 4 are produced by glass plates sealingly sealed on the side wall 2.
- the upper glass substrate 3 is covered with the transparent conductor 5, consisting of indium oxide doped with tin, with a thickness of approximately 1000 Angstroms and the insulating layer 7 which covers the preceding conductor 5 is a layer of silica. about 5 micrometers.
- the lower glass substrate 4 is covered with a metallic conductor 6.
- this conductor 6 can be produced by an aluminum deposit with a thickness of approximately 1000 Angstroms.
- a thin insulating layer 8 produced, like the homologous layer 7, by a deposit of silica about 5 micrometers thick.
- a layer 9 of cathodoluminescent material produced either by screen printing from a powder, or directly by deposition in a thin layer, with a thickness of the order of 1 micrometer.
- cathodoluminescent bodies which can be used in the context of the invention and they may for example have recourse to oxysulfide Y2O2S doped with europium to obtain a light emission in red, or to zinc sulfide ZnS doped with copper and aluminum for a light emission in green, and zinc sulfide ZnS doped with silver for a light emission in blue.
- the electron emitting source 11 can be produced from any known means, such as for example the heated filaments emitting by thermoelectric effect, the conductive microtips emitting by field effect and the thin layers emitting by photoemissive effect .
- the electron source 11 consists of a photoemissive layer, only one connection with the outside is necessary.
- the person skilled in the art will in any case be able to use the electron source 11 to obtain, after having chosen one of the two conductors 5 or 6 as the anode, the charge of the plane capacitor formed by these two same conductors 5 and 6.
- one of the wall assemblies 3 - conductive electrode 5 - insulating layer 7 alone is transparent and the source emits only on one side. It would also be possible, without departing from the scope of the invention, to produce a planar source emitting on the two faces by manufacturing the two walls 3 and 4, the two electrodes 5 and 6 and the two insulating layers 7 and 8 in transparent materials.
- planar light source comprises two stages, namely: - firstly a step which will be called a static regime and during which the voltage source 10 carries the electrodes 5 and 6 to constant potentials and the electron source 11 is used to charge the capacitor formed by the two electrodes conductors 5 and 6 above. During this static loading, the source emits no light radiation.
- This static regime will be described with reference to Figures 2 (2a, 2b, 2c).
- a second regime termed dynamic, which in fact corresponds to the periods of operation of the light emission source and will be described next with reference to FIG. 3.
- the voltage source 10 delivers constant potentials V sup and V inf .
- the FIG. 2b shows the variation 12 of the density of these same electrons in the vicinity of the upper wall 3.
- the electrons thus collected by the upper conductor 5 are not eliminated by the latter since the insulating layer 7 prevents them from s '' flow directly into the condenser circuit. These same electrons therefore accumulate at the interface between the vacuum of the enclosure 1 and the insulating layer 7, until the local potential reaches the same value as the potential of the emissive source.
- the potential in the vicinity of the insulation layer is approximately that which is applied between the emissive electron source 11 and the upper conductor 5 acting as an anode. This potential is therefore, in the example chosen, of the order of 1 kilovolt, which justifies the thicknesses of 5 micrometers chosen for the insulating layers 7 and 8.
- the number of electrons collected by the upper anode conductor 5 to the state of equilibrium is proportional both to the difference in potential between the source 11 and the collecting electrode 5 and, conversely, to the thickness of the insulator 7, as is the capacity of the capacitor thus formed.
- FIG. 2a The right part of FIG. 2a as well as FIG. 2c illustrate the symmetrical choice in which the user would have put the upper electrode 5 at rest and would have chosen to bring the lower electrode 6 to a potential of 1 kilovolt to make it the 'anode electrode.
- This mode of implementation which is rigorously symmetrical to the previous one and will be deduced therefrom without difficulty for those skilled in the art, will not be described any further.
- the dynamic regime of the source will be described, that is to say the regime during which, after the previous static charge phase, the potentials of the conducting electrodes 5 and 6 are periodically reversed. to obtain, by impact on the cathodoluminescent layer 9 of negative electrical charges, the effect of light emission.
Landscapes
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
- une enceinte sous vide (1) limitée par une paroi latérale (2) et deux parois planes parallèles et isolantes (3, 4) ;
- sur chaque paroi plane précédente, et à l'intérieur de l'enceinte (1), une électrode conductrice (5, 6) recouverte d'une couche d'isolant (7, 8), l'un au moins de ces deux ensembles paroi-électrode-couche d'isolant étant transparent ;
- sur l'une des couches isolantes (8), une couche (9) d'un matériau cathodoluminescent ;
- au voisinage de la paroi latérale (2) et extérieurement aux deux électrodes conductrices (5, 6), une source d'électrons (11) ;
- une source de tension (10) permettant d'appliquer alternativement aux deux électrodes conductrices (5, 6) deux potentiels distincts (Vanode, Vrepos) tels que les électrons émis par ladite source d'électrons soient alternativement collectés par lesdites électrodes.
Description
- La présente invention se rapporte à une source lumineuse plane et concerne plus généralement la réalisation de sources planes étendues de faible épaisseur telles qu'on les utilise pour l'éclairage arrière de dispositifs de visualisation (écran à cristaux liquides), l'éclairage arrière de films photographiques, etc.
- Pour réaliser jusqu'à ce jour des sources de lumière plane d'une certaine étendue, l'homme de métier recourt le plus souvent à deux techniques différentes.
- La première technique consiste à employer des sources fluorescentes et notamment de telles sources sous forme de tubes que l'on juxtapose les uns à côté des autres en nombre plus ou moins élevé. De façon pratique, on recourt à des tubes fluorescents du genre tubes à décharge que l'on juxtapose côte-à-côte, ce qui conduit à des surfaces éclairantes dont l'uniformité d'éclairage est imparfaite et dont l'épaisseur est au minimum de l'ordre de 1cm, compte tenu des dimensions minimales des tubes fluorescents existant dans le commerce.
- La deuxième technique consiste à utiliser des sources du type électroluminescent. Contrairement aux sources fluorescentes, il existe des sources électroluminescentes constituées de plaques mais ces dispositifs ont un très mauvais rendement et la chaleur qu'ils dégagent pour obtenir un éclairage d'une certaine intensité, est assez importante. Par ailleurs, la durée de vie de tels dispositifs est limitée. Les deux inconvénients précédents ont limité considérablement jusqu'à maintenant l'utilisation des sources électroluminescentes en dehors d'applications très spécifiques comme les utilisations nocturnes.
- La présente invention a pour objet une source lumineuse plane, de réalisation facile à l'aide de moyens simples à mettre en oeuvre et qui conduit à un dispositif de faible épaisseur (2mm environ) à haute brillance (plusieurs milliers de candélas par mètre carré) avec une très bonne uniformité d'éclairement et une très grande durée de vie.
- La source lumineuse plane, objet de l'invention, se caractérise en ce qu'elle comporte :
- une enceinte sous vide limitée par une paroi latérale et deux parois planes parallèles et isolantes,
- sur chaque paroi plane précédente, et à l'intérieur de l'enceinte, une électrode conductrice recouverte d'une couche d'isolant, l'un au moins de ces deux ensembles paroi-électrode-couche d'isolant étant transparent,
- sur l'une des couches isolantes, une couche d'un matériau cathodoluminescent,
- au voisinage de la paroi latérale et extérieurement aux deux électrodes conductrices, une source d'électrons,
- une source de tension permettant d'appliquer alternativement aux deux électrodes conductrices deux potentiels distincts (Vanode, Vrepos) tels que les électrons émis par ladite source d'électrons soient alternativement collectés par lesdites électrodes. - Comme on le voit, la source lumineuse plane objet de l'invention utilise l'effet de cathodoluminescence déjà employé par exemple dans les tubes cathodiques de nos appareils de télévision. Un matériau est dit cathodoluminescent lorsque sous l'effet d'un bombardement par des électrons d'une certaine énergie cinétique, il émet un rayonnement lumineux. De tels corps cathodoluminescents connus sont souvent appelés abusivement "phosphores".
- Selon l'invention, un matériau cathodoluminescent classique recouvre la face interne d'une des armatures d'un condensateur plan, l'électrode correspondante étant constituée d'un matériau conducteur recouvert d'une couche d'isolant électrique, comme l'électrode de l'armature opposée du condensateur plan d'ailleurs.
- Lorsque la source objet de l'invention est réalisée pour éclairer à partir d'une seule de ses parois planes, au moins la paroi correspondante ainsi que l'électrode et le matériau isolant disposés sur cette paroi doivent être transparents autrement dit capables de laisser passer la lumière émise par cathodoluminescence. Lorsque cette source est réalisée pour éclairer à partir de ses deux parois planes, celles-ci ainsi que les électrodes et les matériaux isolants correspondants doivent être transparents.
- A l'intérieur de l'enceinte sous vide contenant les armatures du condensateur se trouve disposée une source d'électrons d'un type en soi connu (filament chauffé, pointes, etc.) qui permet, après mise sous tension élevée de l'armature choisie comme anode, de charger le condensateur plan précédent en déposant des électrons qui vont se localiser sous forme d'un nuage d'électricité négative au voisinage de cette anode, le matériau isolant déposé sur l'électrode empêchant ces mêmes charges électriques négatives de s'écouler par l'anode. Lorsque la charge du condensateur est ainsi réalisée, si l'on met en oscillation les électrons par une source de tension appliquant alternativement aux deux électrodes conductrices deux potentiels distincts tels que les électrons soient alternativement collectés par ces electrodes, les électrons oscillent alors à la fréquence du signal appliqué entre les armatures dans la zone qui sépare celles-ci provoquant ainsi une excitation du matériau cathodoluminescent qu'ils viennent heurter à chaque période en provoquant une émission de lumière. En régime de fonctionnement stable, la source d'électrons située dans l'enceinte sous vide ne débite pratiquement plus de courant, sauf pour compenser à chaque instant les fuites d'électrons par défauts électriques dans les isolants, en maintenant ceux-ci à un nombre constant.
- La source d'électrons utilisable peut être soit une source chaude (filament chauffé), soit une source froide (photoémission, effet de champ).
- Selon l'invention, le nombre des électrons en oscillation dans la source lumineuse correspond à la capacité du condensateur plan ainsi réalisé et est donc entièrement déterminé par les dimensions du condensateur, l'épaisseur des isolants et la tension appliquée aux armatures. Il ne dépend pas en particulier des caractéristiques d'émission de la source d'électrons annexe utilisée. En d'autres termes, lors du fonctionnement permanent, la sensation lumineuse ressentie par un observateur de la source ne dépend donc que de la fréquence d'oscillation car la quantité de lumière émise à chaque période est constante. Ceci garantit l'uniformité de l'éclairement produit par cathodoluminescence.
- L'un des avantages de la source lumineuse plane objet de l'invention réside dans le fait que sa structure est parfaitement compatible avec la fabrication de sources planes de faible épaisseur (jusqu'à 2mm) et de surface très étendue (plusieurs décimètres carrés par exemple sans difficulté).
- Comme les électrons qui oscillent entre les deux armatures de la source sont utilisés un grand nombre de fois, l'énergie dépensée pour les produire à l'aide de la source d'électrons peut être rendue très faible.
- La source lumineuse plane objet de l'invention peut émettre avec une brillance très élevée qui est réglable à la fois par la tension imposée aux armatures et la fréquence de la source, deux paramètres qui influent approximativement de façon linéaire sur cette même brillance.
- Enfin, un avantage non négligeable de cette source lumineuse réside dans sa durée de vie très élevée, qui est pratiquement celle du matériau cathodoluminescent placé dans les meilleures conditions de fonctionnement (différence de potentiel de l'ordre de 1 à quelques kilovolts et bon isolement électrique).
- De toute façon l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre de la source lumineuse plane objet de l'invention, description qui sera faite à titre explicatif et non limitatif en se référant aux figures 1 à 3 ci-jointes, sur lesquelles :
- - la figure 1 représente le schéma de principe général d'une source lumineuse plane conforme à l'invention,
- - les figures 2 illustrent la phase de chargement du condensateur plan de la source à l'aide de la source d'électrons auxiliaire ; - la figure 2a montre la répartition des charges selon que l'on choisit comme anode l'électrode supérieure (partie gauche) ou l'électrode inférieure (partie droite) ; - la figure 2b montre la répartition de densité des électrons sur l'anode constituée par l'électrode supérieure et, - la figure 2c montre la répartition de densité des électrons lorsque l'on choisit comme anode l'électrode inférieure,
- - la figure 3 illustre le principe de l'émission de lumière lors de l'inversion des potentiels entre les deux électrodes conductrices de la source.
- Sur la figure 1, on a représenté dans une enceinte sous vide 1 limitée par une paroi latérale 2 et deux parois planes, parallèles et transparentes en verre par exemple, respectivement supérieure 3 et inférieure 4, les éléments d'une source lumineuse plane conforme à l'invention et qui comporte : une électrode conductrice transparente 5 située à l'intérieur de l'enceinte 1 sur la paroi 3 ; une électrode conductrice 6 à l'intérieur de l'enceinte 1 sur la paroi 4 ; deux couches de matériau isolant 7 et 8 recouvrant respectivement les électrodes conductrices 5 et 6 et sur l'une des armatures, ici l'armature inférieure, une couche de matériau cathodoluminescent 9. Un générateur de tension 10 permet de contrôler le potentiel des électrodes 5 et 6.
- Le dispositif est complété par la source d'électrons 11 par exemple du type à filament chauffant aux bornes duquel on applique les tensions V1s et V2s.
- Dans l'exemple de la figure 1, les parois latérales 3 et 4 sont réalisées par des plaques de verre scellées de façon étanche sur la paroi latérale 2.
- Le substrat de verre supérieur 3 est recouvert du conducteur transparent 5, constitué d'oxyde d'indium dopé à l'étain, d'une épaisseur de 1000 Angströms environ et la couche isolante 7 qui recouvre le conducteur 5 précédent est une couche de silice d'environ 5 micromètres.
- Le substrat de verre inférieur 4 est recouvert d'un conducteur métallique 6. Lorsque, comme c'est le cas le plus général, ce conducteur 6 n'a pas besoin d'être transparent, il peut être réalisé par un dépôt d'aluminium d'une épaisseur d'environ 1000 Angströms. Sur le conducteur 6 se trouve une couche mince isolante 8, réalisée, comme la couche homologue 7, par un dépôt de silice d'environ 5 micromètres d'épaisseur. Sur la couche isolante 8 se trouve une couche 9 de matériau cathodoluminescent, réalisée soit par sérigraphie à partir d'une poudre, soit directement par dépôt en couche mince, avec une épaisseur de l'ordre de 1 micromètre. L'homme de métier connaît parfaitement des corps cathodoluminescents utilisables dans le cadre de l'invention et il pourra par exemple avoir recours à l'oxysulfure Y₂O₂S dopé à l'europium pour obtenir une émission lumineuse dans le rouge, ou au sulfure de zinc ZnS dopé au cuivre et à l'aluminium pour une émission lumineuse dans le vert, et au sulfure de zinc ZnS dopé à l'argent pour une émission lumineuse dans le bleu.
- Selon l'invention, la source émettrice d'électrons 11 peut être réalisée à partir de tout moyen connu, tel que par exemple les filaments chauffés émettant par effet thermoélectrique, les micropointes conductrices émettant par effet de champ et les couches minces émettant par effet photoémissif.
- L'ensemble ainsi représenté sur la figure 1 est muni de connexions électriques avec l'extérieur qui permettent :
- 1) - de porter le conducteur électrique transparent 5 situé sur la paroi supérieure 3 de la source à un potentiel que l'on appellera Vsup ;
- 2) - de porter le conducteur métallique 6 déposé sur la paroi inférieure 4 à un potentiel électrique que l'on appellera Vinf ;
- 3) - la source d'électrons 11 peut être connectée à un ou plusieurs potentiels, qui doivent être inférieurs à Vsup ou Vinf. Dans le cas où la source est constituée d'un filament chauffé, deux connexions (c'est le cas représenté sur la figure 1) la relient à l'extérieur et sont soumises respectivement aux potentiels V1s et V2s. Dans le cas où la source est constituée de micropointes, deux connexions sont encore nécessaires, mais l'une est utilisée pour la cathode portant les micropointes, et l'autre pour la grille de commande d'extraction des électrons.
- Dans le cas où la source d'électrons 11 est constituée d'une couche photoémissive, une seule connexion avec l'extérieur est nécessaire.
- Dans tous les cas, l'homme de métier saura de toute façon utiliser la source d'électrons 11 pour obtenir, après avoir fait choix de l'un des deux conducteurs 5 ou 6 comme anode, la charge du condensateur plan formé par ces deux mêmes conducteurs 5 et 6.
- Dans la suite du texte, on fournira les explications en se limitant au cas le plus fréquent, qui est celui où la source d'électrons 11 est constituée d'un filament chauffé dont les deux extrémités sont portées aux potentiels respectifs V1s et V2s.
- Dans l'exemple de la figure 1, l'un des ensembles paroi 3 -électrode conductrice 5 -couche isolante 7 seul est transparent et la source n'émet que d'un seul côté. On pourrait également, sans sortir du cadre de l'invention réaliser une source plane émettant sur les deux faces en fabriquant les deux parois 3 et 4, les deux électrodes 5 et 6 et les deux couches isolantes 7 et 8 en des matériaux transparents.
- On va décrire maintenant le fonctionnement de la source lumineuse plane telle qu'elle vient d'être décrite en se référant à la figure 1 et en gardant en mémoire que ce fonctionnement comporte deux étapes, à savoir :
- d'abord une étape que l'on qualifiera de régime statique et durant laquelle la source de tension 10 porte les électrodes 5 et 6 à des potentiels constants et la source d'électrons 11 est utilisée pour charger le condensateur formé par les deux électrodes conductrices 5 et 6 précédentes. Durant ce chargement en régime statique, la source n'émet aucun rayonnement lumineux. Ce régime statique sera décrit en se référant aux figures 2 (2a, 2b, 2c).
- ensuite, un deuxième régime, qualifié de dynamique, qui correspond en fait aux périodes de fonctionnement de la source d'émission de lumière et sera décrit ensuite en se référant à la figure 3. - Dans le fonctionnement en régime statique, pendant lequel on charge le condensateur formé par les armatures 5 et 6, la source de tension 10 délivre des potentiels Vsup et Vinf constants. Sur la figure 2a, on a représenté les deux possibilités qui s'offrent à l'utilisateur, à savoir : Sur la moitié gauche, l'utilisation de l'électrode supérieure comme anode, cette dernière étant portée à un potentiel Vsup de l'ordre de 1 kilovolt (Vsup = Vanode) et l'électrode inférieure 6 étant portée à une tension de repos Vinf très peu différente de 0 (Vinf = Vrepos) ; sur la partie droite de la même figure 2a, l'option inverse, dans laquelle on utilise l'électrode inférieure comme électrode d'anode (Vinf = Vanode) et l'on met l'électrode supérieure à une tension de repos (Vsup = Vrepos). Ces deux façons de pratiquer sont sensiblement équivalentes à ceci près qu'il est en général préférable de choisir l'option de la partie gauche de la figure 2a correspondant à l'accumulation des charges électroniques sur celle des armatures du condensateur qui ne comporte pas de matériau cathodoluminescent.
- Si l'on revient au cas de figure de la partie gauche de la figure 2a, le conducteur supérieur 5 joue le rôle d'anode et si l'on met en fonctionnement la source d'électrons 11 il collecte alors, comme indiqué symboliquement sur le dessin, les électrons qui sont émis par cette source 11, laquelle travaille aux potentiels V1s=0 volt et V2s = 5 volts. Dans ces conditions, la source 11 est pratiquement au même potentiel que l'électrode 6 inférieure, et c'est l'électrode supérieure 5 qui joue le rôle d'anode et collecte le nuage des électrons e⁻ émis par la source 11. La figure 2b montre la variation 12 de la densité de ces mêmes électrons au voisinage de la paroi supérieure 3. En effet, les électrons ainsi collectés par le conducteur supérieur 5 ne sont pas éliminés par celui-ci puisque la couche isolante 7 leur interdit de s'écouler directement dans le circuit du condensateur. Ces mêmes électrons s'accumulent donc à l'interface entre le vide de l'enceinte 1 et la couche d'isolant 7, jusqu'à ce que le potentiel local atteigne la même valeur que le potentiel de la source émissive. Lorsque cette condition est réalisée, le potentiel au voisinage de la couche d'isolation est approximativement celui qui est appliqué entre la source émissive d'électrons 11 et le conducteur supérieur 5 jouant le rôle d'anode. Ce potentiel est donc, dans l'exemple choisi, de l'ordre de 1 kilovolt, ce qui justifie les épaisseurs de 5 micromètres choisies pour les couches isolantes 7 et 8.
- Ainsi, à la fin de cette phase de chargement du condensateur de la source, le nombre d'électrons collectés par le conducteur d'anode supérieur 5 à l'état d'équilibre est proportionnel à la fois à la différence de potentiel entre la source 11 et l'électrode collectrice 5 et à l'inverse de l'épaisseur de l'isolant 7 comme l'est elle-même la capacité du condensateur ainsi formé.
- La partie droite de la figure 2a ainsi que la figure 2c illustrent le choix symétrique dans lequel l'utilisateur aurait mis l'électrode supérieure 5 au repos et aurait choisi de porter l'électrode inférieure 6 à un potentiel de 1 kilovolt pour en faire l'électrode d'anode. On ne décrira pas plus en avant ce mode de mise en oeuvre qui est rigoureusement symétrique du précédent et s'en déduit sans difficulté pour l'homme de métier.
- En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire le régime dynamique de la source, c'est-à-dire le régime pendant lequel, après la phase de charge statique précédente, on inverse périodiquement les potentiels des électrodes conductrices 5 et 6 pour obtenir, par impact sur la couche cathodoluminescente 9 des charges électriques négatives, l'effet d'émission lumineuse.
- Si, à partir de l'état des potentiels représentés sur la moitié gauche de la figure 2a, on inverse les potentiels respectivement appliqués aux conducteurs supérieur et inférieur 5 et 6, on obtient le schéma de la figure 3 dans lequel le nuage électronique se déplace vers l'électrode inférieure 6 et frappe la couche cathodoluminescente 9 provoquant ainsi l'émission de photons h ν vers l'extérieur de la source. Les électrons qui heurtent le matériau cathodoluminescent au moment de l'inversion des zones de charge provoquent l'émission de lumière et il suffit que la source de tension 10 délivre alternativement les potentiels Vanode et Vrepos aux électrodes 5 et 6 pour rendre le phénomène périodique et provoquer l'émission lumineuse continue de la source.
- Si l'on désigne par Q/mm² la charge stockée par millimètre carré sur au voisinage de l'électrode collectrice, par f la fréquence d'inversion des potentiels dus à la source de tension 10 entre les électrodes supérieure et inférieure, le courant dirigé vers le matériau cathodoluminescent 9 peut s'écrire i=Qf.
- Dans un exemple pratique de mise en oeuvre de l'invention, on donne aux épaisseurs d'isolant 7 et 8 une dimension de 5 micromètres, en les réalisant en silice d'indice =5 ; une différence de potentiel de 1 kilovolt entre les deux électrodes conductrices et une fréquence alternative de 1 kHz pour la source de tension, conduit à une charge Q par millimètre carré voisine de 10⁻⁸ Coulomb et à un courant de charge par millimètre carré voisin de 10 microampères.
- Une brillance de plusieurs milliers de candélas par mètre carré est ainsi obtenue, compte tenu des rendements de conversion usuels des matériaux cathodoluminescents couramment utilisés.
- Par ailleurs, le régime statique décrit précédemment comme une phase antérieure au régime dynamique peut être supprimé. La charge Q nécessaire au fonctionnement s'établit alors progressivement au cours du régime dynamique.
Claims (1)
- Source lumineuse plane, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- une enceinte sous vide (1) limitée par une paroi latérale (2) et deux parois planes parallèles et isolantes (3, 4) ;
- sur chaque paroi plane précédente, et à l'intérieur de l'enceinte (1), une électrode conductrice (5, 6) recouverte d'une couche d'isolant (7, 8), l'un au moins de ces deux ensembles paroi-électrode-couche d'isolant étant transparent ;
- sur l'une des couches isolantes (8), une couche (9) d'un matériau cathodoluminescent ;
- au voisinage de la paroi latérale (2) et extérieurement aux deux électrodes conductrices (5, 6), une source d'électrons (11) ;
- une source de tension (10) permettant d'appliquer alternativement aux deux électrodes conductrices (5, 6) deux potentiels distincts (Vanode, Vrepos) tels que les électrons émis par ladite source d'électrons soient alternativement collectés par lesdites électrodes.
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