EP0427842A1 - Ecran cathodoluminescent a film mince pour tube a rayons cathodiques a haute luminance - Google Patents

Ecran cathodoluminescent a film mince pour tube a rayons cathodiques a haute luminance

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EP0427842A1
EP0427842A1 EP19900908540 EP90908540A EP0427842A1 EP 0427842 A1 EP0427842 A1 EP 0427842A1 EP 19900908540 EP19900908540 EP 19900908540 EP 90908540 A EP90908540 A EP 90908540A EP 0427842 A1 EP0427842 A1 EP 0427842A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
film
thin
luminescent
cathodoluminescent screen
grains
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19900908540
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Daniel Gibilini
Bernard Courtan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales Electron Devices SA
Original Assignee
Thomson Tubes Electroniques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson Tubes Electroniques filed Critical Thomson Tubes Electroniques
Publication of EP0427842A1 publication Critical patent/EP0427842A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/10—Screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored
    • H01J29/18—Luminescent screens
    • H01J29/185—Luminescent screens measures against halo-phenomena
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/10—Screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored
    • H01J29/18—Luminescent screens
    • H01J29/28—Luminescent screens with protective, conductive or reflective layers

Definitions

  • the invention relates to a cathodoluminescent screen of the thin film type, for cathode ray tube, and it particularly relates to means for improving the light output of the cathodoluminescent thin film.
  • a cathode ray tube includes a vacuum enclosure in which a source of electrons produces a beam. The electron beam is accelerated and focused before bombarding a luminescent screen; a bright image can be formed on the screen surface by deflecting the beam.
  • One of the manufacturers' constant concerns is to give the image the best definition or resolution possible, as well as to improve the light output.
  • the resolution depends in particular on the focusing of the beam as well as on the characteristics of the luminescent screen, this luminescent screen also having effects on the light output and the luminance in general.
  • the luminescent screen comprises at least one luminescent layer generally formed of phosphor grains; this layer is formed on a transparent face of a substrate which most often is a glass slab.
  • the phosphors used in cathode ray tubes are materials that emit visible light when they are bombarded with electrons (cathodoluminescence effect).
  • Several types of luminophores can be used in cathode ray tubes, for example: luminophores using crystals of a single luminescent material, material chosen according to the wavelength to be emitted; there are also multicomponent phosphors using a mixture of crystals of several luminescent materials; or phosphors for cascading screens; or even phosphors that can produce color variations.
  • cathodoluminescent layer Taking for example the case of a single cathodoluminescent layer, the latter can be produced in particular, either in the form of a thin film, or in the form of a plurality of phosphor grains which are deposited on the glass substrate. , one beside the other so as to form a layer the thickness of which comprises several superimposed phosphor grains; this last type of cathodoluminescent layer is called phosphor layer in the following
  • the cathodoluminescent layer is formed of a film called a luminescent thin film.
  • lacquerEe average particle size is generally of the order of 2 to 8 micrometers, depending on the applications.
  • a relatively thin metallic layer for example of aluminum, which has the function of both applying
  • Such a phosphor layer makes it possible to obtain a
  • cathodoluminescent screen also has another drawback which resides in the fact that there is a
  • the luminescent thin film it is known to produce it in the form of a film in a thin layer, deposited for example on a glass slab by a conventional method of depositing a film in a thin layer, for example by evaporation, or by a gas phase chemical decomposition (CVD) method.
  • CVD gas phase chemical decomposition
  • the lumincescent thin film can be of the YAG (yttrium-aluminum-renat) type, produced by a liquid phase epitaxy method on a YAG single crystal; in this case, the epitaxial thin tick can be doped with terbium Tb for example to obtain a green luminescence.
  • YAG yttrium-aluminum-renat
  • the luminescent thin film obtained by the thin film deposition method or by the epitaxial method has the advantage of having a high resolution, and also of having good thermal contact with the substrate, but it has the drawback of '' have a very low light output.
  • FIG. 1 shows a conventional cathodoluminescent screen of the luminescent thin film type.
  • the cathodoluminescent screen 1 comprises a substrate 2, a glass slab for example, an inner face 3 of which carries a thin luminescent film 4 which forms a continuous and homogeneous layer with a thickness E of the order of about one micrometer.
  • the thin film 4 is of the type formed on the glass slab 2 by a conventional method of depositing a film in a thin layer, for example by evaporation.
  • the thin film 4 is made of a conventional luminescent or luminophore material such as for example a compound formed of zinc combined with sulfur and with silver impurities ZnS: Ag. Above the thin film 4 is deposited, in a conventional manner, a layer 5 of aluminum.
  • the glass slab 2 has a refractive index n of the order 1, 45, and the refractive index ni of the luminescent thin film 4 can vary depending on the material of which it is made, but generally this index ni is the order of 2.
  • the present invention relates to a cathodoluminescent screen, the luminescent substance of which is formed by a thin film, either of the type formed by a film in a thin layer deposited on the substrate, or of the type formed by an epitaxial layer, a screen whose new arrangement brings significant improvement to light collection efficiency, and therefore the overall luminance of the cathode ray tube.
  • a cathodoluminescent screen comprising, a substrate on which a thin luminescent film is formed, a film reflecting the light produced by the luminescent thin film being disposed above the latter, opposite the substrate, characterized in that it comprises a diffusing layer formed of a plurality of grains, this diffusing layer being disposed between the thin luminescent film and the reflective film.
  • the diffusing layer is of the monolayer type in order to maintain an excellent resolution.
  • monolayer we mean a layer whose thickness includes a single grain, this for the entire surface of the layer (although in practice there may be some exceptions to this rule, without degrading the resolution too much).
  • the grains which form this diffusing layer are practically in contact with the face of the thin luminescent film opposite the substrate, so that this diffusing layer tends to constitute a rough face of the thin luminescent film, this roughness being linked to the particle size of the grains. It follows from this arrangement that a large number of light rays which in the prior art would be lost as a result of multiple total reflections, are on the contrary reflected or re-diffused towards the use, that is to say towards the outside of the tube after passing through the luminescent thin film and the substrate. This can also be obtained without significantly losing resolution, as mentioned above, by the fact that the grain diffusing layer is a monolayer, and that this monolayer can be compact, that is to say say with grains located very close to each other, and with relatively fine grains.
  • FIG. 2 shows partially and schematically, in a sectional view, a cathodoluminescent screen structure according to the invention
  • FIG. 3 shows partially and schematically, a preferred version of the cathodoluminescent screen of the invention.
  • FIG. 2 shows a cathodoluminescent screen 10 according to the invention, intended to form the screen of a cathode ray tube; Using the basic structure already described in the figure
  • the screen 10 comprises a substrate 12 formed by a glass slab, an inner face 13 of which carries a thin luminescent film 14 of the same type for example (layer of ZnS: Ag) as the thin luminescent film described with reference to Figure 1.
  • the cathodoluminescent screen 10 comprises a layer called the diffusing layer 15 preferably constituted by grains L1, L2,. . . Ln) thin forming a monolayer applied to the thin luminescent film 14.
  • the diffusing layer 15 is also useful for the diffusing layer 15 to be formed of grains Ll to Ln relatively close to each other or touching each other, so as to form a compact layer, with relatively fine grains whose average diameter dl is for example less than or equal about 1 micrometer; this in order not to compromise the resolution of the whole.
  • the diffusing layer 15 is covered with a thin layer of an electrically conductive material such as aluminum for example, so as to constitute in a way in itself conventional a film 16 which is both reflective and conductive making it possible to reflect light towards the diffusing layer 15 and the thin luminescent film 14, and to apply the accelerating voltage.
  • an electrically conductive material such as aluminum for example
  • the grains L1 to Ln can be made of materials of various natures, it is however recommended of course that they absorb little of the light emitted by the thin luminescent film 14.
  • limit angle 0_ formed between a 0 first axis x normal to the plane of the luminescent thin film 14 and a limit axis xl, and any photon emitted in a direction having with the first axis x an angle 0 personallygreater than the limit angle 0 n , undergoes a total reflection. But in the present invention this is only valid on the side of the interior face 13, at the interface between the luminescent film 14 and the glass slab.
  • FIG. 2 This is illustrated in FIG. 2 by a photon marked p ⁇ which is emitted towards the diffusing layer 15 by forming an angle 0 "with the x axis normal to the upper face 17, this angle 0" being greater than the limit angle 0 n : it is observed that this photon p leaves the luminescent thin film 14 to penetrate into a grain Ll in which it undergoes several reflections before coming out again along a trajectory substantially parallel to the first axis x.
  • this second photon p undergoes total reflection; as a result, this second photon p, is reflected in the direction of the upper face 17 of the luminescent film 14, and this second photon p, passes through the thin luminescent film 14 to penetrate into a grain L2 where it undergoes several reflections, before coming out for cross the luminescent thin film 14 again along a trajectory substantially parallel to the first axis X, so that it can pass through the glass slab 12 and leave the latter.
  • the grains L1 to Ln can consist of materials of various natures, but according to a characteristic of the invention, these grains L1 to Ln are made of a luminescent or luminophoric material, so that these grains L1 to Ln can themselves generate light since they are subjected to the same electron bombardment as the thin luminescent film 14; the grains L1 to Ln are then made of a material chosen to produce the desired light.
  • the grains L1 to Ln are at least partially made of the same material as that of which the thin luminescent film 14 is made.
  • FIG. 3 shows a preferred version of a screen cathodoluminescent according to the invention.
  • the screen 10 comprises, as in the previous example, a substrate 12 on which the thin luminescent film 14 is formed, which thin film 14 in turn carries the diffusing layer 15 formed of grains L1 to Ln; the diffusing layer 15 itself being covered with the reflecting and conducting film 16.
  • the cathodoluminescent screen 10 comprises a bonding layer 20 which is both in contact with the upper face 17 of the luminescent film 14 and in contact with the grains L1 to Ln of the diffusing monolayer 15; these grains L1 to Ln being preferably, in this version of the invention, phosphors.
  • the bonding layer 20 has an average thickness E3 clearly less than the average diameter dl of grains Ll to Ln, so as to constitute a relatively weak absorbent with respect to electrons passing between two neighboring grains, while partially coating the grains L1 to Ln so as to produce an effective thermal junction between the grains L1 to Ln of phosphors and the thin luminescent film 14.
  • the bonding layer 20 makes it possible to improve the collection of light, by preventing by its presence that the light rays do not undergo a total reflection at the level of the upper face 17 of the thin luminescent film 14, for light rays which would be emitted along an axis X4 forming an angle 0 personallygreater than the limit angle 0 classroom, and which in addition would reach the upper face 17 in a point O located between two neighboring grains L1, L2, as illustrated by way of example in FIG. 3 by a photon marked
  • the photon p In the absence of the bonding layer 20, the photon p would be reflected as it is represented by the arrow in dotted line marked 30, except of course if the point O is sufficiently close to a luminophore grain, the second grain L2 for example, so that the phenomenon of evanescent wave can manifest itself and allow the photon p to leave the luminescent thin film 14 and to penetrate into the second grain L2.
  • the photon p Even if it arrives at the upper face 17 at a point of the latter relatively distant from the first and second grains L1, L2, this photon leaves the thin luminescent film 14, and the bonding layer 20 picks up this photon and channels it towards the second grain L2, for example where it is diffused towards the outside.
  • the bonding layer 20 has a refractive index n2 greater than that which would exist in its absence (partial vacuum); the most favorable conditions being that the bonding layer 20 has a refractive index n2 equal to or greater than the refractive index neither of the luminescent thin film 14 (nor of the order of 2), the index ni being itself even greater than the index n of the substrate (n of the order of 1.45).
  • the bonding layer 20 is preferably as transparent as possible to the light produced by the luminophore grains L1 to Ln.
  • this bonding layer 20 can for example be titanium oxide TiO 2 (whose refractive index n 2 is of the order of 2.35); this bonding layer 20 of titanium oxide being obtained for example by a method of dipping alcoholate from a titanium alcoholate Ti (OC 2 H 5 ) 4 .
  • the substrate 12 may be made of a material other than glass.
  • the substrate 12 can be a YAG carrying a thin epitaxial layer YAG, doped, which forms the luminescent thin film 14; and on the other hand, the grains L1 to Ln of the diffusing layer 15 can be grains YAG possibly doped to constitute phosphors.

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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

L'invention concerne un écran cathodoluminescent à film mince pour tube à rayons cathodiques, et concerne particulièrement des moyens pour améliorer la luminance et la résolution. L'écran cathodoluminescent (10) de l'invention comporte un substrat (12) portant un film mince luminescent (14) au-dessus duquel est disposé un film (16) réfléchissant la lumière produite par le film mince luminescent (14). Selon une caractéristique de l'invention, une monocouche diffusante (15) compacte de grains (L1 à Ln) de luminophore est disposée entre le film mince luminescent (14) et le film réfléchissant (16), de manière à éviter des réflexions totales de la lumière du côté d'une face supérieure (17) du film mince (14) située à l'opposé du substrat (12).

Description

ECRAN CATHODOLUMINESCENT A FILM MINCE POUR TUBE A RAYONS CATHODIQUES A HAUTE LUMINANCE
L'invention concerne un écran cathodoluminescent du type à film mince, pour tube à rayons cathodiqxies , et elle concerne particulièrement des moyens pour améliorer le rendement lumineux du film mince cathodoluminescent. Un tube à rayon cathodique comprend une enceinte à vide dans laquelle une source d'électrons produit un faisceau . Le faisceau d'électrons est accéléré et focalisé avant de bombarder un écran luminescent ; une image lumineuse pouvant être formée sur la surface de l'écran en déviant le faisceau. Un des soucis constants des constructeurs est de conférer à l'image la meilleure définition ou résolution possible, ainsi que d'améliorer le rendement lumineux .
La résolution dépend notamment de la focalisation du faisceau ainsi que des caractéristiques de l'écran luminescent, cet écran luminescent ayant également des effets sur le rendement lumineux et la luminance en général.
L'écran luminescent comprend au moins une couche luminescente formée en général de grains de luminophore ; cette couche est formée sur une face transparente d'un substrat qui le plus souvent est une dalle en verre . Les luminophores utilisés dans les tubes à rayons cathodiques sont des matériaux qui émettent de la lumière visible quand ils sont bombardés par des électrons (effet de cathodoluminescence) . Plusieurs types de luminophores peuvent être utilisés dans les tubes de rayons cathodiques , par exemple : les luminophores utilisant des cristaux d'un seul matériau luminescent, matériau choisi en fonction de la long ieur d'onde à émettre ; on trouve aussi des luminophores à composants multiples utilisant un mélange de cristaux de plusieurs matériaux luminescents ; ou encore des luminophores pour écrans en cascade ; ou encore les luminophores pouvant produire des variations de couleur.
En prenant pour exemple le cas d'une unique couche cathodoluminescente, cette dernière peut être réalisée notamment, soit sous la forme d'un film mince, soit sous la forme d'une pluralité de grains de luminophore qui sont déposés sur le substrat en verre, les uns à côté des autres de sorte à former une couche dont l'épaisseur comprend plusieurs grains de luminophore superposés ; ce dernier type de couche cathodoluminescente est appelé couche luminophore dans la suite
10 de la description, pour mieux le différencier du type précédent où la couche cathodoluminescente est formée d'un film appelé film mince luminescent.
Dans le cas de la couche luminophore, celle-ci peut être formée sur le substrat par différentes méthodes toutes bien
-5 connues, telles que par exemple méthode de dépôt par sédimentation, ou encore par électrophorèse ou centrifugation. Ces deux dernières méthodes permettent d'obtenir une compacité plus grande de la couche luminophore ; cette compacité est liée également bien entendu à la granulometrie moyenne des grains de
20 luminophore, laqueEe granulometrie moyenne est généralement de l'ordre de 2 à 8 micromètres , en fonction des applications . En règle générale, on trouve ensuite au-dessus de la couche luminophore, une couche métallique relativement mince, en aluminium par exemple qui a pour fonction à la fois d'appliquer
25 ιa tension accélératrice, d'écouler les charges électriques et, de réfléchir vers le substrat transparent c'est-à-dire vers l'extérieur du tube, la lumière produite dans la couche luminophore .
Une telle couche luminophore permet d'obtenir une
30 luminance globale correcte, mais la résolution est médiocre, du fait notamment des multiples réflexions que subissent les photons pour sortir à l'extérieur du tube .
Ce type d'écran cathodoluminescent présente également un autre inconvénient qui réside dans le fait qu'il existe un
" contact thermique médiocre entre les grains luminophores et le substrat, ce qui tend à élever la température des grains luminophores et par suite à détériorer de façon importante leur rendement lumineux . L'importance de ce défaut augmente avec l'intensité du faisceau d'électron, au point qu'il constitue un inconvénient majeur dans le cas de certains tubes à rayons cathodiques tels que les tubes dits de projection, ou encore les tubes pour équipement aéroporté pour lesquels une haute luminescence est exigée compte tenu de leur environnement à haut niveau lumineux . En ce qui concerne le film mince luminescent, il est connu de le réaliser sous forme d'un film en couche mince , déposé par exemple sur un dalle en verre par une méthode classique de dépôt de film en couche mince, par évaporation par exemple, ou encore par une méthode de décomposition chimique en phase gazeuse (CVD) .
Il est connu également de réaliser les films minces luminescents par des couches minces épitaxiales sur un substrat monocristal du même matériau que la couche épitaxiée . Par exemple, le film mince lumincescent peut être du type YAG (yttrium-aluminium- renat) , réalisé par une méthode d'épitaxie en phase liquide sur un monocristal YAG ; dans ce cas , la co iche mince épitaxiée peut être dopée avec du terbium Tb par exemple pour obtenir une luminescence verte .
Le film mince luminescent, obtenu par la méthode de dépôt de film en couche mince ou par la méthode épitaxiale, possède comme avantage de présenter une haute résolution, et aussi d'avoir un bon contact thermique avec le substrat, mais il a comme inconvénient d'avoir un très faible rendement lumineux .
En vue d'illustrer le défaut ci- dessus cité, la figure 1 montre un écran cathodoluminescent classique du type à film mince luminescent.
L'écran cathodoluminescent 1 comprend un substrat 2, une dalle en verre par exemple, dont une face intérieure 3 porte un film mince luminescent 4 qui forme une couche continue et homogène d'une épaisseur E de l'ordre d'un micromètre environ . Dans l'exemple, le film mince 4 est du type formé sur la dalle en verre 2 par une méthode de dépôt classique de film en couche mince, par évaporation par exemple. Le film mince 4 est en un matériau luminescent ou luminophore classique tel que par exemple un composé formé de zinc combiné au soufre et avec des impuretés d'argent ZnS : Ag . Au-dessus du film mince 4 est déposée, de manière classique, une couche 5 d'aluminium.
La dalle de verre 2 a un indice de réfraction n de o l'ordre 1, 45, et l'indice de réfraction ni du film mince luminescent 4 peut varier en fonction du matériau dont il est constitué, mais généralement cet indice ni est de l'ordre de 2.
Dans ces conditions, quand un électron pénètre dans le film mince luminescent 4 et engendre dans ce dernier des photons pi, p2 (symbolisés par leur trajectoire) , ces photons ne peuvent traverser l'interface film mince -substrat 4-2 ou surface réfringente, que si -les angles 01, 02 que présentent leur trajectoire par rapport à un axe X normal à la surface réfringente, sont inférieurs à l'angle limite 0„ (cet angle limite 0_ étant dans l'exemple de l'ordre de 47°) . En conséquence dans l'exemple représenté, la trajectoire du premier photon pi est telle qu'elle présente un angle 0. inférieur à l'angle limite 0n, ce qui lui permet de sortir du film mince luminescent 4 et de sortir du substrat 2 , alors que les photons qui sont émis selon des axes formant des angles 0„supérieurs à l'ange limite 0~, comme c'est le cas pour le second photo p2, ces photons subissent des réflexions totales multiples par la surface réfringente 4-2 et par la surface réfléchissante du film aluminium 5. Il en résulte une diminution considérable du rendement de collection de la lumière et donc une perte importante de la luminance .
La présente invention concerne un écran cathodoluminescent dont la substance luminescente est formée par un film mince, soit du type formé d'un film en couche mince déposée sur le substrat, soit du type formé d'une couche épitaxiée, écran dont l'agencement nouveau apporte une amélioration considérable au rendement de collection de la lumière, et par suite à la luminance globale du tube à rayons cathodiques.
Selon l'invention, un écran cathodoluminescent comportant, un substrat sur lequel est formé un film mince luminescent, un film réfléchissant la lumière produite par le film mince luminescent étant disposé au-dessus de ce dernier, à l'opposé du substrat, caractérisé en ce qu'il comporte une couche diffusante formée d'une pluralité de grains, cette couche diffusante étant disposée entre le film mince luminescent et le film réfléchissant .
De préférence, la couche diffusante est du type monocouche afin de conserver une excellente résolution .
Par le terme monocouche nous entendons définir une couche dont l'épaisseur comprend un unique grain, ceci pour toute la surface de la couche (bien qu'en pratique il puisse exister quelques exceptions à cette règle, sans trop dégrader la résolution) .
En outre les grains qui forment cette couche diffusante sont pratiquement en contact avec la face du film mince luminescent opposé au substrat, de telle sorte que cette couche diffusante tend à constituer une face rugueuse du film mince luminescent, cette rugosité étant liée à la granulometrie des grains . Il résulte de cette disposition qu'un grand nombre des rayons lumineux qui dans l'art antérieur seraient perdus par suite de réflexions totales multiples, sont au contraire réfléchis ou rediffusés vers l'utilisation c'est-à-dire vers l'extérieur du tube après avoir traversé le film mince luminescent et le substrat. Ceci peut être obtenu en outre sans perdre de manière significative sur la résolution, comme il a été mentionné plus haut, par le fait que la couche diffusante de grains est une monocouche, et que cette monocouche peut être compacte, c'est-à-dire avec des grains situés très prêts les uns des autres, et avec des grains relativement fins .
L'invention sera mieux comprise et d'autres points qui la caractérisent ainsi que des avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple non limitatif, et qui se réfère au dessins annexés parmi lesquels :
- La figure 1 déjà décrite représente partiellement en coupe, et schématiquement, une structure d'écran cathodoluminescent selon l'art antérieur ;
- la figure 2 montre partiellement et schématiquement, par une vue en coupe, une structure d'écran cathodoluminescent conforme à l'invention ; - La figure 3 montre partiellement et schématiquement, une version préférée de l'écran cathodoluminescent de l'invention.
La figure 2 montre un écran cathodoluminescent 10 selon l'invention, destiné à former l'écran d'un tube à rayons cathodiques ; En reprenant la structure de base déjà décrite à la figure
1, pour simplifier la description, l'écran 10 comporte un substrat 12 formé d'une dalle en verre dont une face intérieure 13 porte un film mince luminescent 14 du même type par exemple (couche de ZnS : Ag) que le film mince luminescent décrit en référence à la figure 1.
Selon une caractéristique de l'invention, l'écran cathodoluminescent 10 comporte une couche dite couche diffusante 15 constituée de préférence par des grains Ll, L2 , . . . Ln) fins formant une monocouche appliquée sur le film mince luminescent 14.
Il est utile également que la couche diffusante 15 soit formée de grains Ll à Ln relativement proches les uns des autres ou se touchant, de manière à former une couche compacte, avec des grains relativement fins dont le diamètre moyen dl est par exemple inférieur ou égal à environ 1 micromètre ; ceci en vue de ne pas compromettre la résolution de l'ensemble .
La couche diffusante 15 est recouverte d'une fine couche d'un matériau électriquement conducteur comme l'aluminium par exemple, de sorte à constituer d'une manière en elle-même classique un film 16 à la fois réfléchissant et conducteur permettant de réfléchir la lumière vers la couche diffusante 15 et le film mince luminescent 14, et d'appliquer la tension accélératrice .
Les grains Ll à Ln peuvent être constitués en matériaux de natures diverses, il est cependant recommandé bien entendu qu'ils absorbent peu la lumière émise par le film mince luminescent 14.
Du fait de leur seule présence, les grains Ll à Ln
10 permettent de rediffuser une grande partie de la lumière vers le substrat 12 , de manière que cette lumière sorte de ce substrat vers l'extérieur du tube c'est-à-dire à l'opposé du film mince luminescent 14 ; il s'agit bien entendu de la lumière qui dans l'art antérieur serait perdue par suite des réflexions totales ^ multiples , produites d'une part par la surface réfringente formée à l'interface du substrat et du film mince luminescent, et d'autre part produite par le film réfléchissant.
En effet, si l'on reprend l'exemple commenté en référence à la figure 1 , il existe un angle limite 0_, formé entre un 0 premier axe x normal au plan du film mince luminescent 14 et un axe limite xl, et tout photon émis dans une direction présentant avec le premier axe x un angle 0„ supérieur à l'angle limite 0n, subit une réflexion totale . Mais dans la présente invention ceci n'est valable que du côté de la face intérieure 13, à 5 l'interface entre le film luminescent 14 et la dalle en verre
12. Par contre du côté d'une face supérieure 17 du film mince luminescent 14, opposé à la dalle en verre 12 , un photon émis vers la face supérieure 17 dans une direction formant un angle
0„ plus grand que l'angle limite 0„ peut sortir du film mince 0 luminescent 14 et pénétrer dans un grain Ll à Ln, si un tel grain se trouve sur son trajet et en contact avec la face supérieure 17.
Ceci est illustré sur la figure 2 par un photon repéré p Ά qui est émis vers la couche diffusante 15 en formant un angle 0„ avec l'axe x normal à la face supérieure 17, cet angle 0„ étant supérieur à l'angle limite 0n : on observe que ce photon p sort du film mince luminescent 14 pour pénétrer dans un grain Ll dans lequel il subit plusieurs réflexions avant de ressortir selon une trajectoire sensiblement parallèle au premier axe x. IL est à noter que dans le même temps, si un autre photon repéré p, est émis dans le film mince luminescent 14 en direction du substrat ou dalle en verre 12 en formant un angle 0„ supérieur à l'angle limite 0„, ce second photon p, subit une réflexion totale ; par suite, ce second photon p, est réfléchi en direction de la face supérieure 17 du film luminescent 14, et ce second photon p, traverse le film mince luminescent 14 pour pénétrer dans un grain L2 où il subit plusieurs réflexions, avant de ressortir pour traverser à nouveau le film mince luminescent 14 selon une trajectoire sensiblement parallèle au premier axe X, de telle sorte qu'il peut traverser la dalle en verre 12 et sortir de cette dernière.
Ces explications montrent que la présence de la couche diffusante 15 tend à accroître le rendement de la collection de lumière, sans dégrader de manière significative la résolution, du fait notamment pour ce dernier point de la compacité de cette couche diffusante 15 et du faible diamètre des grains Ll à Ln.
Comme il a été précédemment mentionné, les grains Ll à Ln peuvent être constitués par des matériaux de natures diverses, mais selon une caractéristique de l'invention, ces grains Ll à Ln sont constitués en un matériau luminescent ou luminophore, de manière que ces grains Ll à Ln puissent eux-mêmes engendrer de la lumière puisqu'ils sont soumis au même bombardement électronique que le film mince luminescent 14 ; les grains Ll à Ln sont alors constitués en un matériau choisi pour produire la lumière désirée.
Ceci permet d'améliorer l'efficacité de la conversion en lumière, et selon une autre caractéristique de l'invention, les grains Ll à Ln sont au moins partiellement en un même matériau que celui dont est constitué le film mince luminescent 14.
- La figure 3 montre une version préférée d'un écran cathodoluminescent conforme à l'invention . Dans cette version, l'écran 10 comporte comme dans l'exemple précédent, un substrat 12 sur lequel est formé le film mince luminescent 14, lequel film mince 14 porte à son tour la couche diffusante 15 formée de grains Ll à Ln ; la couche diffusante 15 étant elle-même recouverte du film réfléchissant et conducteur 16.
Dans cette version de l'invention, l'écran cathodoluminescent 10 comporte une couche de liaison 20 qui est à la fois en contact avec la face supérieure 17 du film luminescent 14 et en contact avec les grains Ll à Ln de la monocouche diffusante 15 ; ces grains Ll à Ln étant de préférence, dans cette version de l'invention, des luminophores . La couche de liaison 20 a une épaisseur moyenne E3 nettement inférieure au diamètre moyen dl de grains Ll à Ln, de manière à constituer un absorbant relativement faible vis-à-vis d'électrons passant entre deux grains voisins , tout en enrobant partiellement les grains Ll à Ln de manière à réaliser une jonction thermique efficace entre les grains Ll à Ln de luminophores et le film mince luminescent 14. Ceci permet d'éviter un échauffement prohibitif des grains de luminophores Ll à Ln, et permet de conserver à ces luminophores un bon rendement lumineux même dans le cas de densité de courant élevé . Il est à noter que cette amélioration est intéressante pour tous les types de luminophores , mais qu'elle est particulièrement intéressante pour les luminophores les plus sensibles à l'élévation de température, comme ceux de luminescence bleue de type sulfure (ZnS . Ag) utilisés pour les tubes dits à projection .
En plus de sa fonction de jonction thermique, la couche de liaison 20 permet d'améliorer la collection de lumière, en évitant par sa présence que les rayons lumineux ne subissent une réflexion totale au niveau de la face supérieure 17 du film mince luminescent 14, pour des rayons lumineux qui seraient émis selon un axe X4 formant un angle 0„ supérieur à l'angle limite 0„ , et qui en plus atteindraient la face supérieure 17 en un point O situé entre deux grains Ll, L2 voisins, comme il est illustré à titre d'exemple sur la figure 3 par un photon repéré
P -
En l'absence de la couche de liaison 20, le photon p serait réfléchi comme il est représenté par la flèche en trait pointillé repérée 30, sauf bien entendu si le point O se trouve suffisamment proche d'un grain luminophore, le second grain L2 par exemple, pour que le phénomène d'onde évanescente puisse se manifester et permette au photon p de sortir du film mince luminescent 14 et de pénétrer dans le second grain L2. Avec la présence de la couche de liaison 20, le photon p , même s'il arrive à la face supérieure 17 en un point de cette dernière relativement éloigne des premier et second grains Ll, L2, ce photon sort du film mince luminescent 14, et la couche de liaison 20 capte ce photon et le canalise vers le second grain L2 par exemple où il est diffusé vers l'extérieur .
Cet effet bénéfique de la couche de liaison 20 provient de ce qu'elle comporte un indice de réfraction n2 supérieur à celui qui existerait en son absence (vide partiel) ; les conditions les plus favorables étant que la couche de liaison 20 ait un indice de réfraction n2 égal ou supérieur à l'indice de réfraction ni du film mince luminescent 14 (ni de l'ordre de 2) , l'indice ni étant lui-même supérieur à l'indice n du substrat (n de l'ordre de 1, 45) . Bien entendu la couche de liaison 20 est de préférence aussi transparente que possible à la lumière produite par les grains de luminophore Ll à Ln . Ainsi cette couche de liaison 20 peut être par exemple de l'oxyde de titane TiO„ (dont l'indice de réfraction n2 est de l'ordre de 2, 35) ; cette couche de liaison 20 en oxyde de titane étant obtenue par exemple par une méthode au trempé d'alcoolate à partir d'un alcoolate de titane Ti(OC2H5)4.
Il est à noter que dans l'un ou l'autre des exemples décrits en référence aux figures 2 et 3 , le substrat 12 peut être en un matériau autre que le verre . Ainsi par exemple, le substrat 12 peut être un YAG portant une couche mince épitaxiée YAG, dopée, qui forme le film mince luminescent 14 ; et d'autre part, les grains Ll à Ln de la couche diffusante 15 peuvent être des grains YAG éventuellement dopés pour constituer des luminophores .

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Ecran cathodoluminescent pour tube à rayons cathodiques, comportant un substrat (12) sur lequel est formé un film mince luminescent (14) , un film (16) réfléchissant la lumière produite par le film mince luminescent (14) étant disposé au-dessus de ce dernier à l'opposé du substrat (12) , caractérisé en ce qu'il comporte une couche diffusante (15) formée d'une pluralité de grains (Ll à Ln) , cette couche diffusante (IS) étant disposée sur le film mince luminescent (14) entre ce dernier et le film réfléchissant (16) .
2. Ecran cathodoluminescent selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diffusante (15) est une monocouche .
3 . Ecran cathodoluminescent selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche diffusante (15) est une couche compacte.
4. Ecran cathodoluminescent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les grains (Ll à Ln) ont une granulometrie moyenne inférieure à 1 micromètre .
5. Ecran cathodoluminescent selon l'une des revendications précédentes , caractérisé en ce que les grains (Ll à Ln) sont des luminophores .
6. Ecran cathodoluminescent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les grains (Ll à Ln) sont en un même matériau que le film mince luminescent (14) .
7. Ecran cathodoluminescent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche de liaison (20) formée sur une face supérieure ( 17) du film mince luminescent (14) opposée au substrat (12) , les grains (Ll à Ln) de la couche diffusante (15) étant partiellement enrobés dans ladite couche de liaison (20) .
8. Ecran cathodoluminescent selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de liaison (20) est en un matériau transparent à la lumière .
9. Ecran cathodoluminescent selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la couche de liaison (20) a un indice de réfraction (n2) égal ou supérieur à l'indice de réfraction (ni) du film mince luminescent (14) .
10. Ecran cathodoluminescent selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8 ou 9, caractérisé en ce que la couche de liaison (20) est en oxyde de titane (TiO„) .
11 - Ecran cathodoluminescent selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film mince luminescent (14) est une couche mince épitaxiée formée sur le substrat (12) , le substrat ( 12) étant un substrat monocristal du même matériau que le film mince luminescent ( 14) .
12 - Ecran cathodoluminescent selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le substrat (12) est un YAG, et en ce que le film mince luminescent (14) est un YAG dopé .
13 - Ecran cathodoluminescent selon la revendication 12 , caractérisé en ce que la couche diffusante ( 15) comporte des grains (Ll à Ln) YAG .
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