WO1990011609A1 - Canon de tube cathodique a source d'electrons a effet de champ - Google Patents

Canon de tube cathodique a source d'electrons a effet de champ Download PDF

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WO1990011609A1
WO1990011609A1 PCT/EP1990/000417 EP9000417W WO9011609A1 WO 1990011609 A1 WO1990011609 A1 WO 1990011609A1 EP 9000417 W EP9000417 W EP 9000417W WO 9011609 A1 WO9011609 A1 WO 9011609A1
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electronic
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Olivier Trinchero
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Videocolor S.A.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02—Electron guns
    • H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type

Definitions

  • the present invention relates to a cathode ray tube cannon with a field effect electron source.
  • the electron sources of cathode ray tubes are usually thermionic cathodes, that is, they have to be heated so that they emit electrons.
  • the entire surface of the cathode emits electrons, therefore there is an electronic cloud in front of the cathode.
  • electrons can be captured by a positive field or returned to the cathode by a negative field; the existence of this field is determined by the geometry of the grids and the potential differences between them.
  • electrons can be captured by the anode potential or returned to the cathode. In fact there is an electronic cloud in front of the cathode.
  • the way to control the beam current is to play on at least one of the grid voltages which make it possible to appreciably modify the field in the vicinity of the cathode.
  • the shape of the electric field determines the shape of the electron density inside the beam. It has been determined that the distribution of the electron density obeys the following law in the case of a symmetry of revolution triode:
  • the shape of the electronic density it is possible to adjust to a certain extent the shape of the electronic density by the shape of the grid holes (oblong holes, thickness of the metal, slots).
  • the field induced by the potential of the grids is such that in the immediate vicinity of the cathode the shape of the electronic density has the shape of a so-called bell curve.
  • spiked cathodes There are also known spiked cathodes whose principle of physical operation is completely different from the previous one. It uses the field effect to tear the electrons from the material. To do this, a technique exists for producing microtips uniformly distributed over a surface.
  • the present invention relates to a cathode ray tube cannon which can easily be adapted to requirements by acting on the characteristics of the electron beam, and it also relates to the optimization of the operation of the cannon simultaneously at high (> 3 m A ) and low ( ⁇ 0.5 m A) beam current.
  • the cathode ray tube barrel comprises a source of field effect electrons comprising a dense network of pointed micro-cathodes, this network having irregularities on at least part of its surface. These irregularities can affect the characteristics of certain microcathodes or the shape or pitch of the network, this pitch can be different when considered according to directions.
  • FIG. 1 is a simplified sectional diagram of the emissive area of an electron gun with thermionic cathode
  • FIG. 2 is a simplified plan view of a spike cathode of the prior art
  • FIG. 3 is a diagram of the distribution of the electronic density in the vicinity of the cathode, for a gun of the prior art
  • FIGS. 4 and 5 are simplified plan views of a cannon cathode according to the invention.
  • One of the aims of the present invention being to be able to adapt the characteristics of a cathode-ray tube to various needs, for example to adapt it to different screen formats or to different uses (high definition for example) or to deflectors different (astigmatic deviators...), the invention proposes to act on the emissive properties of the cathode, rather than to act on the other parts of the barrel. For this reason, the description below mainly relates to cathodes and electron beams.
  • a cathode ray tube electronic cannon as the association of a beam source and an electronic optical part.
  • the source (FIG. 1) comprises the cathode 1, the first grid (Gl) 2, and the second grid (G2) 3 and possibly the third grid (G3) 4.
  • this emissive zone comprises the microcathodes 4 and the conductive grid layer 5.
  • FIG. 1 also shows some equipotential lines 7 at the level of Gl, the first of them passing through the hole of Gl and arriving at the cathode 1 by delimiting a sort of funnel 8. Inside the funnel 8, the electrons created by the cathode can escape from the cathode and form the electron beam, while outside this funnel, the electrons form an "electronic cloud" in the immediate vicinity of the cathode without power escape the attraction of it.
  • the distribution of electrons in the electron beam delimited by the envelope 6 cannot be controlled by the usual means, and to be able to control the electronic distribution in particular at the level of the screen of the cathode-ray tube, there are few adjustment parameters. and not all of them are easy to master.
  • FIG. 2 shows a diagrammatic view of a network 9 of micro-sources of field effect electrons.
  • the network 9 is a regular network which can extend over a substantially circular surface whose diameter is practically the same as that of the emissive surface of the cathode 1 of a conventional gun.
  • REPLACEMENT SHEET_ ⁇ ___ 3- £ r
  • the present invention proposes to use a cathode with a microtip array and to act on the regularity of this array.
  • This regularity can be considered from the point of view of each elementary source: shape and dimension of each elementary electronic source of. network, or from the point of view of the meshes of the network: shape, pitch and regularity of the meshes of the network.
  • each electronic source in the network we know that we can intervene on the shape of the microtips (pyramid, prism, cone) or the dimensions of these sources (dimensions of the microtips, thickness of the dielectric separating the substrate of the grid layer, dimensions of the grid openings) to modify the emissivity of these sources. It is thus possible to locally increase or decrease the emissive power of certain sources compared to that of the other sources, and therefore to vary the electronic density distribution curve to obtain a curve different from the curve 11 in FIG. 3.
  • the shape of the active surface 13 is circular.
  • This active surface 13 comprises two concentric zones 14, 15.
  • the internal zone 14 is formed of a regular network, for example with square meshes, with relatively large pitch (for example between 75 and 200 microns approximately).
  • the outer zone 15, forming a circular ring around the zone 14, consists of a regular network with relatively fine pitch (for example between 5 and 50 microns approximately).
  • the curve 16 of distribution of the electronic density in the vicinity of such a cathode is shown at the bottom of FIG. 5.
  • This curve 1G has two plates (at the level of the crown 15) separated by a "valley" (at the level of the zone 14).

Landscapes

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

Abstract

Le canon à électrons de l'invention comporte une source à réseau dense de micro-pointes à effet de champ. Selon l'invention, la surface de la source présente des irrégularités dans la répartition des micro-pointes, en vue de privilégier certaines parties de la surface de la source.

Description

CANON DE TUBE CATHODIQUE A SOURCE D'EIJECTRONS A EFFET DE CHAMP
La présente invention se rapporte à un canon de tube cathodique à source d'électrons à effet de champ .
Les sources d'électrons de tubes cathodiques sont habituellement des cathodes thermoioniques , c'est-à-dire qu'il faut les chauffer pour qu'elles émettent des électrons . Toute la surface de la cathode émet des électrons, de ce fait, il existe un nuage électronique en face de la cathode. Dans les canons électroniques actuels, les électrons peuvent être captés par un champ positif ou renvoyés sur la cathode par un champ négatif ; l'existence de ce champ est déterminée par la géométrie des grilles et les différences de potentiel entre celles-ci.
Dans les canons électroniques actuels, les électrons peuvent être captés par le potentiel d'anode ou renvoyés sur la cathode. En fait il existe un nuage électronique en face de la cathode .
La façon de contrôler le courant de faisceau est de jouer sur au moins une des tensions des grilles qui permettent de modifier de façon sensible le champ au voisinage de la cathode .
Dans ce cas, la forme du champ électrique détermine la forme de la densité électronique à l'intérieur du faisceau. Il a été déterminé que la répartition de la densité électronique obéissait dans le cas d'une triode à symétrie de révolution à la loi suivante :
p (r) = A Cl - \ 3/2
avec r : rayon de la surface émissive
A : densité de charge au centre de la cathode
FEUILLE DE REMPLACEMENT (Plo e ; Elementare théorie der elektronenstrahlerzeugu mit Triodensystemen, Zeitschrift fur augewandte Physik, 4, 1 (1952)) .
Il est possible d'ajuster dans une certaine mesure l'allure de la densité électronique par la forme des trous des grilles (trous oblongs, épaisseur du métal, fentes. . . ) . De toute façon, le champ induit par le potentiel des grilles est tel qu'au voisinage immédiat de la cathode l'allure de la densité électronique a l'allure d'une courbe dite en cloche.
Lors du fonctionnement du canon, si l'on augmente le courant de faisceau on augmente à la fois la surface d'où proviennent les électrons (donc r augmente) et la densité de charges au centre de la cathode (A) .
Il en découle que lorsque l'on augmente le courant de faisceau, l'importance des forces de répulsion coulombiennes augmente et engendre une divergence du faisceau. Ce phénomène est légèrement contrôlable par les formes des grilles mais est généralement néfaste pour la qualité du spot électronique.
On connaît également des cathodes à pointes dont le principe de fonctionnement physique est totalement différent du précédent. On y utilise l'effet de champ pour arracher les électrons à la matière. Pour ce faire, une technique existe pour réaliser des micropointes uniformément réparties sur une surface .
La présente invention a pour objet un canon de tube cathodique que l'on puisse facilement adapter aux besoins en agissant sur les caractéristiques du faisceau électronique, et elle a également pour objet l'optimisation du fonctionnement du canon simultanément à fort (> 3 m A) et faible (< 0, 5 m A) courant de faisceau.
Le canon de tube cathodique, conforme à l'invention comporte une source d'électrons à effet de champ comportant un réseau dense de micro- cathodes à pointe, ce réseau présentant des irrégularités sur au moins une partie de sa surface . Ces irrégularités peuvent affecter les caractéristiques de certaines microcathodes ou la forme ou le pas du réseau, ce pas pouvant être différent lorsqu'on le considère selon des directions
FEUILLE DE REMPLACEMENT différentes .
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est un schéma simplifié en coupe de la zone émissive d'un canon à électrons à cathode thermoionique ;
- la figure 2 est une vue simplifiée en plan d'une cathode à pointes de l'art antérieur ; - la figure 3 est un diagramme de la répartition de la densité électronique au voisinage de la cathode, pour un canon de l'art antérieur, et
- les figures 4 et 5 sont des vues simplifiées en plan d'une cathode de canon conforme à l'invention. Un des buts de la présente invention étant de pouvoir adapter les caractéristiques d'un tube cathodique à divers besoins, par exemple pour l'adapter à des formats différents d'écran ou à des usages différents (haute définition par exemple) ou à des déviateurs différents (déviateurs astigmates. . . ) , l'invention propose d'agir sur les propriétés émissives de la cathode, plutôt que d'agir sur les autres parties du canon. Pour cette raison, la description ci-dessous se rapporte principalement aux cathodes et aux faisceaux électroniques . On peut considérer un canon électronique de tube cathodique comme l'association d'une source d'un faisceau et d'une partie optique électronique . Dans le cas d'un canon à effet thermoionique, la source (figure 1) comporte la cathode 1, la première grille (Gl) 2, et la deuxième grille (G2) 3 et éventuellement la troisième grille (G3) 4. Dans le cas d'une source d'électrons à effet de champ (figure 2) , cette zone émissive comprend les microcathodes 4 et la couche conductrice de grille 5.
On a représenté schématiquement en figure 1 l'enveloppe 6 des trajectoires des électrons du faisceau dans la
FEUILLE DE REMPLACEMENT source . Cette enveloppe présente un resserrement sensiblement entre Gl et G2, ce resserrement étant généralement dénommé "cross over", et c'est là que la densité de charges est maximale. Idéalement, ce cross-over devrait être ponctuel et le faisceau avoir une divergence et • une répartition de densité optimales. On a constaté qu'il augmente en même temps que le courant de faisceau. On a également représenté sur la figure 1 quelques lignes équipotentielles 7 au niveau de Gl, les premières d'entre elles passant par le trou de Gl et arrivant sur la cathode 1 en délimitant une sorte d'entonnoir 8. A l'intérieur de l'entonnoir 8, les électrons créés par la cathode peuvent s'échapper de la cathode et former le faisceau électronique, tandis qu'à l'extérieur de cet entonnoir, les électrons forment un "nuage électronique" à proximité immédiate de la cathode sans pouvoir échapper à l'attraction de celle-ci.
La répartition des électrons dans le faisceau électronique délimité par l'enveloppe 6 ne peut être maîtrisée par les moyens habituels, et pour pouvoir contrôler la répartition électronique en particulier au niveau de l'écran du tube cathodique, on dispose de peu de paramètres de réglage et tous ne sont pas faciles à maîtriser.
On a représenté en figure 2 une vue schématisée d'un réseau 9 de micro-sources d'électrons à effet de champ. Le réseau 9 est un réseau régulier pouvant s'étendre sur une surface sensiblement circulaire dont le diamètre est pratiquement le même que celui de la surface émissive de la cathode 1 d'un canon conventionnel.
On a représenté en figure 3, le diagramme de la densité électronique D le long d'un diamètre AA' de la section transversale 10 de la trajectoire des électrons, à proximité de la cathode d'un canon thermoionique. La courbe 11 obtenue a une allure sensiblement gaussienne.
Cette allure ne peut être modifiée en agissant sur des paramètres habituels : tension ou courant de cathode ou d'anode ou formes et dimensions des grilles du canon. . .
FEUILLE DE REMPLAC_=ï___3-£r La présente invention propose d'utiliser une cathode à réseau de micropointes et d'agir sur la régularité de ce réseau.
Cette régularité peut être considérée du point de vue de chaque source élémentaire : forme et dimension de chaque source électronique élémentaire du . réseau, ou du point de vue des mailles du réseau : forme, pas et régularité des mailles du réseau.
Pour ce qui est des caractéristiques de chaque source électronique du réseau, on sait que l'on peut intervenir sur la forme des micropointes (pyramide, prisme, cône) ou les dimensions de ces sources (dimensions des micropointes, épaisseur du diélectrique séparant le substrat de la couche de grille, dimensions des ouvertures des grilles) pour modifier le pouvoir émissif de ces sources . On peut ainsi augmenter ou diminuer localement le pouvoir émissif de certaines sources par rapport à celui des autres sources, et donc faire varier la courbe de répartition de densité électronique pour obtenir une courbe différente de la courbe 11 de la figure 3.
On peut également, tout en gardant identiques toutes les sources élémentaires, faire varier leur disposition, par exemple pour agir sur la divergence du faisceau électronique . On peut par exemple réaliser une cathode dont la forme de la surface active 12 (forme du réseau de sources élémentaires) est elliptique (figure 4) , les sources élémentaires étant disposées en lignes parallèles au grand axe de l'ellipse, le pas PI des sources sur chaque ligne étant différent du pas P2 des lignes .
Selon le mode de réalisation de la figure 5, la forme de la surface active 13 est circulaire . Cette surface active 13 comporte deux zones concentriques 14, 15. La zone intérieure 14 est formée d'un réseau régulier, par exemple à mailles carrées, à relativement grand pas (par exemple entre 75 et 200 microns environ) . La zone extérieure 15, formant une couronne circulaire autour de la zone 14, est constituée d'un réseau régulier à pas relativement fin (par exemple entre 5 et 50 microns environ) . La courbe 16 de répartition de la densité électronique à proximité d'une telle cathode est représentée en bas de la figure 5. Cette courbe 1G présente deux plateaux (au niveau de la couronne 15) séparés par une "vallée" (au niveau de la zone 14) . Une telle répartition des sources élémentaires permet de minimiser l'influence de la charge d'espace dans le faisceau.
Bien entendu, il est également possible d'agir à la fois sur les caractéristiques des sources élémentaires et sur la régularité des mailles et du pas du réseau.
Ainsi, en agissant sur le réseau de sources électroniques, on peut contrôler la répartition des charges du faisceau au niveau de l'écran, afin d'obtenir un spot de forme et dimensions appropriées à l'utilisation envisagée.
FEUILLE DE REMPLACEMENT

Claims

REVENDICATIONS
1. Canon de tube cathodique comportant une source d'électrons à effet de champ comprenant un réseau dense de microcathodes à pointe, caractérisé par le fait qu'il présente des irrégularités sur au moins une partie de sa surface (figures 4, 5) .
2. Canon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les irrégularités affectent les caractéristiques de certaines microcathodes.
3. Canon selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les irrégularités affectent la forme du réseau (12) .
4. Canon selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les irrégularités affectent le pas du réseau (12,13) .
5. Canon selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le pas du réseau est différent lorsqu'il est considéré selon des directions différentes (figure 4) .
6. Canon selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le réseau comporte des zones à pas différents (14, 15) .
FEUILLE DE REMPLACEMENT
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