EP0557191B1 - Ecran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'électrons - Google Patents

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EP0557191B1
EP0557191B1 EP93400399A EP93400399A EP0557191B1 EP 0557191 B1 EP0557191 B1 EP 0557191B1 EP 93400399 A EP93400399 A EP 93400399A EP 93400399 A EP93400399 A EP 93400399A EP 0557191 B1 EP0557191 B1 EP 0557191B1
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EP
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anode
columns
potential
column
zeroing
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EP93400399A
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Thierry Leroux
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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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
    • H01J29/08—Electrodes intimately associated with a screen on or from which an image or pattern is formed, picked-up, converted or stored, e.g. backing-plates for storage tubes or collecting secondary electrons
    • H01J29/085—Anode plates, e.g. for screens of flat panel displays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group

Definitions

  • the present invention relates to a cathodoluminescent screen comprising a matrix source of electrons.
  • This consumption W can reach, taking into account the values given above, of the order of 5 to 15 W / dm.
  • the object of the present invention is to remedy the two drawbacks which have just been mentioned.
  • control anode is covered with an electron multiplier material (material with a secondary emission coefficient greater than 1, such as Mg0 for example ) or a cathodoluminescent material (also called "phosphorus").
  • an electron multiplier material material with a secondary emission coefficient greater than 1, such as Mg0 for example
  • a cathodoluminescent material also called "phosphorus”
  • the cathodoluminescent anode may extend above the reset column, this cathodoluminescent anode forming the control anode and being brought to the potential Vac during the time of line return.
  • it may include two reset columns on either side of the set of columns and two control anodes respectively placed in look at these reset columns, on either side of the cathodoluminescent anode.
  • the screen which is the subject of the invention can be a microtip screen and, in this case, the columns, including each reset column, have microtips in the crossover areas of the columns and rows, which are made of an electron emitting material.
  • the screen according to the invention which is schematically shown in Figure 1, conventionally comprises a substrate 2 on which are formed parallel electrodes 4 called columns.
  • FIG. 1 it is a microtip screen and the columns carry microtips 10 made of an electron emitting material, in the areas where these columns and the lines "cross" .
  • the insulating layer 8 and the lines 6 are pierced opposite these microtips.
  • the screen of FIG. 1 also comprises, opposite the matrix formed by the rows and the columns, a display anode 12 which is transparent and coated with a layer of "phosphorus" 14.
  • This display anode 12 or cathodoluminescent anode, is formed on the internal face of a transparent and electrically insulating plate 16, for example made of glass, which is spaced from the substrate 2 carrying the rows and columns, and a vacuum is created. in the space separating the plate from the substrate.
  • FIG. 1 also shows control means 18 for columns 4, part of the control means 20 for lines 6 and means 22 for biasing the cathodoluminescent anode 12.
  • the screen according to the invention of FIG. 1 comprises, in addition to the conventional components which have just been described, an additional zone which is located on the right part of FIG. 1 and which does not participate in the display. images.
  • the screen in FIG. 1 comprises means 28 for controlling the reset column 24, designed to bring the latter to a negative potential -Vr (Vr> 0) such that, whatever the potential of the lines that this reset column crosses, electrons can be emitted in the crossing zones.
  • the screen of FIG. 1 also includes means 30 for biasing the electrode 26 called the control anode, capable of bringing the latter to a Vac potential.
  • the means 20 used for controlling the lines comprise, for each line 6, only one output transistor 32, while the known screens include two.
  • This single output transistor 32 is provided to carry the line 6, with which it is associated, to the potential V1 when this transistor is activated, and to disconnect this line 6 when it is deactivated.
  • This type of circuit which is known, is usually called “open drain circuit” (when the transistor is a field effect transistor, which is the case in FIG. 1) or “open collector circuit” (when the transistor is a bipolar transistor).
  • Figure 2 shows a selected line 6.
  • This line is brought to potential V1 by its control transistor 32.
  • the emitted electrons are then accelerated towards the cathodoluminescent anode 12 thanks to the positive potential Va to which this anode is carried (Va> Vl), they strike the cathodoluminescent material 14 with which this anode 12 is coated and form the image to be displayed.
  • the reset column 24 not playing an active role during the selection of the line is, for example, also brought to the positive potential V1.
  • FIG. 3 shows line 6 being deselected.
  • This line 6 is left free to evolve towards any potential and independent of V1 due to the blocking of its control transistor 32.
  • the reset column is brought to the potential -Vr and the control anode 26 is brought to the potential Vac which is less than Vl and such that it could block the emission of electrons if it were directly applied at line 6.
  • control anode 26 with an electron multiplier material, for example MgO, or with a "phosphorus" 34.
  • an electron multiplier material for example MgO
  • two reset columns are used, respectively placed on either side of the set of rows and columns, and two control anodes respectively placed on either side of the cathodoluminescent anode and facing these reset columns.
  • the screen in addition to the reset column 24 and the control anode 26 (right part of Figures 1 and 4), the screen has another reset column 25, identical to column 24 but located on the left side of the screen and, in addition to the control anode 26, the screen has another anode control 27 identical to the anode 26 but placed opposite the reset column 25.
  • the means 28 control the two columns 24 and 25 and the means 30 control the two anodes 26 and 27.
  • the display anode 12 which is covered with cathodoluminescent material 14, used to form the image and carried, during the active period of line time, at the potential Va, can be used, during the line return time, as a control anode by bringing this display anode to the Vac potential.
  • this display anode 12 extends above the reset column 24, as seen in Figure 5, and then constitutes the control anode and if there is another reset column, the display anode also extends above this other reset column (case of FIG. 5) and then constitutes the other control anode.

Description

    ECRAN CATHODOLUMINESCENT COMPRENANT UNE SOURCE MATRICIELLE D'ELECTRONS
  • La présente invention concerne un écran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'électrons.
  • Elle s'applique en particulier aux écrans à micropointes.
  • Une description du principe de tels écrans ainsi que de la facon de les adresser est donnée dans l'article suivant auquel on se reportera :
  • T. LEROUX et al., "Microtips Displays Addressing", SID 91 DIGEST, p.437.
  • Par ailleurs, il est indiqué dans cet article que les deux principaux inconvénients de ces écrans sont dus
    • à l'utilisation de hautes tensions de ligne, ce qui entraîne un coût élevé pour les circuits de balayage des lignes, et
    • à la forte capacité ligne/colonne, qui est due à la structure de ces écrans.
  • Etant donné qu'à chaque ligne cette capacité peut être chargée, et déchargée, à la tension de commande des colonnes Vc, la consommation résultante est donnée par la formule suivante : W = C x Vc 2 x Fl
    Figure imgb0001
     où
    • W est la consommation par dm,
    • C est la capacité par dm (de l'ordre de 30 pF/mm),
    • Vc est la tension de commande des colonnes (tension de modulation des signaux de colonne, de l'ordre de 30 à 40 V),
    • Fl est la fréquence de balayage des lignes (Tl = 1/Fl est le temps de sélection d'une ligne et Fl est compris entre 15 et 30 kHz).
  • Cette consommation W peut atteindre, compte tenu des valeurs données ci-dessus, de l'ordre de 5 à 15 W/dm.
  • La présente invention a pour but de remédier aux deux inconvénients que l'on vient de mentionner.
  • Elle a pour objet un écran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'électrons et, en regard de celle-ci, une anode cathodoluminescente, la source matricielle d'électrons comprenant :
    • des premières électrodes parallèles, appelées colonnes, formant des conducteurs cathodiques aptes à émettre des électrons,
    • des secondes électrodes parallèles, appelées lignes, jouant le rôle de grilles, électriquement isolées des colonnes et faisant un angle avec celles-ci, et
    • des moyens de commande des lignes, prévus pour faire évoluer le potentiel de celles-ci jusqu'à une valeur positive Vl, écran caractérisé en ce qu'il comprend en outre
    • au moins une électrode supplémentaire, appelée colonne de remise à zéro, parallèle aux colonnes et commune à toutes les lignes, et formant aussi un conducteur cathodique apte à émettre des électrons,
    • des moyens de commande de cette colonne de remise à zéro, aptes à porter celle-ci à un potentiel négatif tel que, quel que soit le potentiel des lignes que cette colonne de remise à zéro croise, des électrons puissent être émis dans les zones de croisement,
    • au moins une anode supplémentaire, appelée anode de contrôle, placée en regard de la colonne de remise à zéro, et
    • des moyens de polarisation de cette anode de contrôle, aptes à porter celle-ci à un potentiel Vac inférieur à Vl,
    et en ce que les moyens de commande des lignes comprennent, pour chaque ligne, un seul transistor de sortie, qui est prévu pour porter la ligne correspondante au potentiel Vl lorsque ce transistor est activé et pour déconnecter cette ligne de la source de tension Vl lorsque ce transistor est désactivé.
  • De préférence, afin d'améliorer l'éfficacité de la colonne de remise à zéro, l'anode de contrôle est recouverte d'un matériau multiplicateur d'électrons (matériau à coefficient d'émission secondaire supérieure à 1, tel que Mg0 par exemple) ou d'un matériau cathodoluminescent (encore appelé "phosphore").
  • Afin de simplifier l'écran objet de l'invention, l'anode cathodoluminescente peut s'étendre au-dessus de la colonne de remise à zéro, cette anode cathodoluminescente formant l'anode de contrôle et étant portée au potentiel Vac pendant le temps de retour de ligne.
  • En vue d'améliorer le temps de réponse de l'écran objet de l'invention, celui-ci peut comprendre deux colonnes de remise à zéro de part et d'autre de l'ensemble des colonnes et deux anodes de contrôle respectivement placées en regard de ces colonnes de remise à zéro, de part et d'autre de l'anode cathodoluminescente.
  • Enfin, l'écran objet de l'invention peut être un écran à micropointes et, dans ce cas, les colonnes, y compris chaque colonne de remise à zéro, portent dans les zones de croisement des colonnes et des lignes, des micropointes qui sont faites d'un matériau émetteur d'électrons.
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe schématique et partielle d'un mode de réalisation particulier de l'écran objet de l'invention,
    • la figure 2 est un schéma électrique qui montre une ligne sélectionnée de l'écran représenté sur la figure 1,
    • la figure 3 est un schéma électrique qui montre une ligne de cet écran en cours de désélection,
    • la figure 4 est une vue schématique et partielle d'un écran conforme à l'invention, comportant deux colonnes de remise à zéro et deux anodes de contrôle respectivement en regard de ces colonnes de remise à zéro, et
    • la figure 5 est une vue schématique et partielle d'un autre écran conforme à l'invention, dans lequel l'anode cathodoluminescente forme aussi la (ou les) anode(s) de contrôle.
  • L'écran conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, comprend de façon classique un substrat 2 sur lequel sont formées des électrodes parallèles 4 appelées colonnes.
  • D'autres électrodes parallèles, jouant le rôle de grilles et appelées lignes, telles que la ligne 6 suivant laquelle l'écran de la figure 1 est vu en coupe, sont placées au-dessus des colonnes, perpendiculairement à celles-ci, et en sont séparées par une couche électriquement isolante 8.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 1, il s'agit d'un écran à micropointes et les colonnes portent des micropointes 10 faites d'un matériau émetteur d'électrons, dans les zones où ces colonnes et les lignes "se croisent".
  • La couche isolante 8 et les lignes 6 sont percées en regard de ces micropointes.
  • L'écran de la figure 1 comporte aussi, en regard de la matrice formée par les lignes et les colonnes, une anode d'affichage 12 qui est transparente et revêtue d'une couche de "phosphore" 14.
  • Cette anode d'affichage 12, ou anode cathodoluminescente, est formée sur la face interne d'une plaque transparente et électriquement isolante 16, par exemple en verre, qui est espacée du substrat 2 portant les lignes et les colonnes, et le vide est fait dans l'espace séparant la plaque du substrat.
  • On voit aussi sur la figure 1 des moyens de commande 18 des colonnes 4, une partie des moyens 20 de commande des lignes 6 et des moyens 22 de polarisation de l'anode cathodoluminescente 12.
  • L'écran conforme à l'invention de la figure 1 comprend, en plus des composants classiques que l'on vient de décrire, une zone supplémentaire qui se trouve dans la partie droite de la figure 1 et qui ne participe pas à l'affichage des images.
  • Cette zone supplémentaire comprend :
    • une électrode supplémentaire 24 formant une pseudo-colonne qui est parallèle aux autres colonnes et commune à toutes les lignes 6 et qui est appelée "colonne de remise à zéro", cette colonne de remise à zéro portant aussi des micropointes 10 dans les zones où elle croise les lignes, et
    • une autre électrode 26 formant une pseudo-anode, formée sur la plaque 16, à côté de l'anode cathodoluminescente 12 et en regard de la colonne de remise à zéro 24.
  • De plus, l'écran de la figure 1 comprend des moyens 28 de commande de la colonne de remise à zéro 24, prévus pour porter celle-ci à un potentiel négatif -Vr(Vr>0) tel que, quel que soit le potentiel des lignes que cette colonne de remise à zéro croise, des électrons puissent être émis dans les zones de croisement.
  • On rappelle que, dans les écrans connus, le potentiel des lignes évolue entre 0 et une valeur positive Vl.
  • L'écran de la figure 1 comprend aussi des moyens 30 de polarisation de l'électrode 26 appelée anode de contrôle, aptes à porter celle-ci à un potentiel Vac.
  • Dans l'écran de la figure 1, les moyens 20 utilisés pour la commande des lignes, ne comprennent, pour chaque ligne 6, qu'un seul transistor de sortie 32, alors que les écrans connus en comprennent deux.
  • Ce transistor de sortie unique 32 est prévu pour porter la ligne 6, à laquelle il est associé, au potentiel Vl lorsque ce transistor est activé, et pour déconnecter cette ligne 6 lorsqu'il est désactivé.
  • Ce type de circuit, qui est connu, est habituellement appelé "circuit à drain ouvert" (lorsque le transistor est un transistor à effet de champ, ce qui est le cas sur la figure 1) ou "circuit à collecteur ouvert" ( lorsque le transistor est un transistor bipolaire).
  • Jusqu'à présent ce type de circuit était inutilisable pour les écrans à micropointes.
  • Son utilisation dans la présente invention est rendue possible par l'emploi de la colonne de remise à zéro 24 et de l'anode de contrôle 26.
  • En faisant référence aux figures 2 et 3, on va maintenant décrire le fonctionnement de l'écran représenté sur la figure 1 en considérant d'abord la sélection d'une ligne de cet écran (figure 2) puis la désélection de cette ligne (figure 3).
  • La figure 2 montre une ligne sélectionnée 6.
  • Cette ligne est portée au potentiel Vl par son transistor de commande 32.
  • Selon que le potentiel des colonnes 4 vaut 0 ou Vc (Vc>Vl), des électrons sont ou ne sont pas émis dans les zones où ces colonnes croisent la ligne considérée.
  • Les électrons émis sont ensuite accélérés vers l'anode cathodoluminescente 12 grâce au potentiel positif Va auquel cette anode est portée (Va > Vl), ils frappent le matériau cathodoluminescent 14 dont cette anode 12 est revêtue et forment l'image à afficher.
  • La colonne de remise à zéro 24 ne jouant pas de rôle actif au cours de la sélection de la ligne, est, par exemple, elle aussi portée au potentiel positif Vl.
  • La figure 3 montre la ligne 6 en cours de désélection.
  • Cette ligne 6 est laissée libre d'évoluer vers un potentiel quelconque et indépendant de Vl du fait du blocage de son transistor de commande 32.
  • La colonne de remise à zéro est portée au potentiel -Vr et l'anode de contrôle 26 est portée au potentiel Vac qui est inférieur à Vl et tel qu'il pourrait assurer le blocage de l'émission des électrons s'il était directement appliqué à la ligne 6.
  • Les électrons émis au croisement de la colonne de remise à zéro et des différentes lignes sont, du fait du potentiel supérieur de ces lignes, attirés par les lignes précédemment sélectionnées qui vont de ce fait progressivement se décharger jusqu'au potentiel Vac.
  • On voit donc que le fonctionnement classique, (sélection et désélection des lignes) est reproduit dans la présente invention à ceci près que, dans celle-ci, le potentiel des lignes évolue entre Vac et Vl.
  • Par ailleurs, l'invention apporte les avantages suivants :
    • diminution de la complexité des circuits de commande des lignes (au moins d'un facteur 2) et, par conséquent, du coût de ces circuits,
    • diminution de la puissance consommée par le biais de la création d'électrodes flottantes (à savoir les lignes formant des grilles) dans l'écran.
  • En effet, les capacités des colonnes, capacités qui dans le cas classique sont toutes en parallèle, peuvent être en série dans la présente invention, d'où une diminution de la capacité équivalente et donc de la puissance consommée.
  • Afin d'améliorer l'efficacité de la colonne de remise à zéro 24, il est avantageux de recouvrir l'anode de contrôle 26 d'un matériau multiplicateur d'électrons, par exemple MgO, ou d'un "phosphore" 34.
  • Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, schématiquement et partiellement représenté sur la figure 4, on utilise deux colonnes de remise à zéro, respectivement placées de part et d'autre de l'ensemble des lignes et des colonnes, et deux anodes de contrôle respectivement placées de part et d'autre de l'anode cathodoluminescente et en regard de ces colonnes de remise à zéro.
  • Dans ce cas, comme on le voit sur la figure 4, en plus de la colonne de remise à zéro 24 et de l'anode de contrôle 26 (partie droite des figures 1 et 4), l'écran comporte une autre colonne de remise à zéro 25, identique à la colonne 24 mais située dans la partie gauche de l'écran et, en plus de l'anode de contrôle 26, l'écran comporte une autre anode de contrôle 27 identique à l'anode 26 mais placée en regard de la colonne de remise à zéro 25.
  • Alors, les moyens 28 commandent les deux colonnes 24 et 25 et les moyens 30 commandent les deux anodes 26 et 27.
  • On améliore ainsi le temps de réponse de l'écran.
  • Afin de simplifier l'écran, l'anode d'affichage 12, qui est recouverte de matériau cathodoluminescent 14, utilisée pour former l'image et portée, pendant la période active du temps de ligne, au potentiel Va, peut être utilisée, pendant le temps de retour de ligne, comme anode de contrôle en portant cette anode d'affichage au potentiel Vac.
  • Dans ce cas, cette anode d'affichage 12 s'étend au-dessus de la colonne de remise à zéro 24, comme on le voit sur la figure 5, et constitue alors l'anode de contrôle et s'il y a une autre colonne de remise à zéro, l'anode d'affichage s'étend également au-dessus de cette autre colonne de remise à zéro (cas de la figure 5) et constitue alors l'autre anode de contrôle.

Claims (5)

  1. Ecran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'électrons et, en regard de celle-ci, une anode cathodoluminescente (12), la source matricielle d'électrons comprenant :
    - des premières électrodes parallèles (4), appelées colonnes, formant des conducteurs cathodiques aptes à émettre des électrons,
    - des secondes électrodes parallèles (6), appelées lignes, jouant le rôle de grilles, électriquement isolées des colonnes et faisant un angle avec celles-ci, et
    - des moyens (20) de commande des lignes, prévus pour faire évoluer le potentiel de celles-ci jusqu'à une valeur positive Vl,
    écran caractérisé en ce qu'il comprend en outre
    - au moins une électrode supplémentaire (24, 25), appelée colonne de remise à zéro, paralléle aux colonnes et commune à toutes les lignes, et formant aussi un conducteur cathodique apte à émettre des électrons,
    - des moyens (28) de commande de cette colonne de remise à zéro, aptes à porter celle-ci à un potentiel négatif (-Vr) tel que, quel que soit le potentiel des lignes que cette colonne de remise à zéro croise, des électrons puissent être émis dans les zones de croisement,
    - au moins une anode supplémentaire (26, 27), appelée anode de contrôle, placée en regard de la colonne de remise à zéro, et
    - des moyens (30) de polarisation de cette anode de commande, aptes à porter celle-ci à un potentiel Vac inférieur à Vl,
    et en ce que les moyens de commande des lignes comprennent, pour chaque ligne, un seul transistor de sortie, (32) qui est prévu pour porter la ligne correspondante au potentiel Vl lorsque ce transistor est activé et pour la déconnecter de la source de potentiel Vl lorsque ce transistor est désactivé.
  2. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode de contrôle (26, 27) est recouverte d'un matériau multiplicateur d'électrons ou d'un matériau cathodoluminescent (34).
  3. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'anode cathodoluminescente (12) s'étend au-dessus de la colonne de remise à zéro (24, 25), cette anode cathodoluminescente formant alors l'anode de contrôle et etant portée au potentiel Vac pendant le temps de retour de ligne.
  4. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux colonnes de remise à zéro (24, 25) de part et d'autre de l'ensemble des colonnes (4) et deux anodes de contrôle (26, 27) respectivement placées en regard de ces colonnes de remise à zéro, de part et d'autre de l'anode cathodoluminesncente (12).
  5. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les colonnes (4), y compris chaque colonne de remise à zéro (24, 25), portent dans les zones de croisement de ces colonnes et des lignes, des micropointes (10) qui sont faites d'un matériau émetteur d'électrons.
EP93400399A 1992-02-21 1993-02-17 Ecran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'électrons Expired - Lifetime EP0557191B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9202043 1992-02-21
FR9202043A FR2687841B1 (fr) 1992-02-21 1992-02-21 Ecran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'electrons.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0557191A1 EP0557191A1 (fr) 1993-08-25
EP0557191B1 true EP0557191B1 (fr) 1996-05-01

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EP93400399A Expired - Lifetime EP0557191B1 (fr) 1992-02-21 1993-02-17 Ecran cathodoluminescent comprenant une source matricielle d'électrons

Country Status (5)

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US (1) US5394066A (fr)
EP (1) EP0557191B1 (fr)
JP (1) JPH0683285A (fr)
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FR (1) FR2687841B1 (fr)

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