[0001] L'invention concerne un écran pour tube à rayons cathodiques à traces de haute luminance
et de couleur régable par la tension d'accélération du faisceau, elle concerne particulièrement
la structure de cet écran. Elle concerne aussi son procédé de fabrication.
[0002] On connaît de l'art antérieur des écrans luminescents de tubes cathodiques, dits
à pénétration, dont la couleur de la trace varie avec la tension d'accélération du
faisceau d'électrons.
[0003] Ces écrans cathodoluminescents comprennent deux luminophores de fluorescences différentes,
vert et rouge dans la suite. On les représente schématiquement sous forme de deux
couches homogènes, constituées chacune de l'un des luminophores, séparées ou non
par une couche d'un matériau inerte on non luminescent, n'émettant aucune lumière
sous l'effet d'un bombardement d'électrons.
[0004] Suivant la valeur de la tension d'accélération V du faisceau, c'est-à-dire suivant
l'énergie des électrons du faisceau, seule la première de ces couches, que l'on supposera
être la couche à fluorescence rouge dans ce qui suit, subit l'excitation du faisceau,
ou bien, si cette tension est suffisante, cette couche et tout ou partie de la seconde,
faite d'un luminophore à fluorescence verte subissent l'excitation du faisceau. La
fluorescence verte ne commence à être excitée qu'à partir d'une certaine valeur de
cette tension, celle suffisante pour que l'énergie des électrons leur permette de
pénétrer dans l'écran - d'où l'expression d'écrans à pénétration précédente - jusqu'à
la couche du luminophore vert, après traversée de la couche de luminophore rouge et,
éventuellement, de la couche inerte ; cette valeur de la tension sera désignée dans
la suite par V₀, la fluorescence verte prédomine et la trace prend la couleur verte.
Entre les deux valeurs V₀ et V₁ on obtient, suivant la valeur de V, des couleurs intermédiaires
entre le vert et le rouge suivant les proportions dans la trace des deux fluorescences
excitées.
[0005] On connaît diverses structures d'écran à pénétration de l'art antérieur.
[0006] L'une d'elle comporte des couches de luminophores rouge et verte séparées par une
couche d'un matériau inerte, obtenues toutes par évaporation sous vide sous forme
de films minces. (Voir le brevet au nom de Feldman délivré aux Etats-Unis d'Amérique
sous le N⁰ 3 225 238). Ce genre d'écran a l'inconvénient de présenter une luminance
extrêmement faible sous le bombardement d'électrons à cause de l'impossibilité pour
les rayonnements émis au sein de ces films d'émerger de ceux-ci par suite des réflexions
multiples qu'ils y subissent.
[0007] Une autre de ces structures comporte un mélange de cristaux des deux luminophores
rouge et vert, les cristaux de ce dernier ayant été enrobés préalablement à l'opération
de mélange d'une pellicule de matériau inerte. On obtient généralement avec de tels
mélanges une luminance sensiblement supérieure à celle de la structure précédente.
[0008] Dans une troisième structure de l'art antérieur (voir le brevet délivré aux Etats-Unis
d'Amérique sous le N⁰ 3 714 490), le luminophore rouge est intégré à la structure
sous forme de grains de petite taille entourant la couche inerte recouvrant des grains
plus gros du luminophore vert. On améliore ainsi sensiblement la luminance du luminophore
rouge, mais le problème à résoudre est en réalité celui de l'augmentation de la luminance
globale de l'écran, c'est-à-dire celle de toutes les traces et pas seulement celle
donnée par le luminophore rouge. En même temps que l'on augmente cette dernière, on
doit augmenter, dans les mêmes proportions, celle du luminophore vert, car c'est cette
proportion qui fixe l'étendue de la gamme des teintes obtenues entre le rouge et le
vert à partir du moment où la tension d'accélération de la fluorescence verte, c'est-à-dire
la valeur V₀ précédente. On désire généralement disposer de toute cette gamme pour
la visualisation de l'ensemble des informations. Cette gamme se trouve rétrécie si
l'augmentation de luminance du luminophore rouge n'est pas accompagnée de celle du
luminophore vert.
[0009] Dans une quatrième structure de l'art antérieur telle que représentée sur la figure
1, l'écran est constitué de couches superposées et comme cela est détaillé ci-après,
il comporte les éléments suivants :
- un support 1 transparent, en verre, constituant l'écran proprement dit ;
- une couche 2 d'un luminophore vert constituée de cristaux 20, cette couche étant
déposée suivant une technique bien connue de sédimentation ;
- une couche barrière 3 comprenant un matériau inerte transparent. Cette couche est
constituée classiquement soit par du sulfure de zinc (ZnS), soit par de l'oxyde de
silicium (SiO₂).
- une couche 4 d'un luminophore rouge constituée de cristaux 40, cette couche étant
déposée soit par centrifugation, le support 1 tournant autour d'une axe parallèle
à son plan, ou en fixant l'écran sur une tournette dont l'axe est confondu avec celui
de l'écran. L'épaisseur déposée dépend des tensions de fonctionnement du tube. Les
cristaux sont soit du vanadate d'yttrium, soit un oxysulfure d'yttrium ou un oxyde
de gadolinium, dopés à l'europium ;
- et enfin une couche conductrice mince généralement en aluminium. Cette couche est
portée à la haute tension du tube et permet d'éliminer les charges électrostatiques.
Elle sert également de réflécteur afin d'obtenir un rayonnement unidirectionnel.
[0010] La couche barrière 3 est déposée après le dépôt du premier luminophore 2 de la manière
suivante :
- on réalise par des moyens connus un film organique, sur la couche de luminophore
vert, ce film servant de support provisoire au matériau inerte constituant la couche
barrière 3. On utilise généralement un polymère, le métacrylate de butyle, et sa
formation se fait par un dépôt humide sur l'écran d'une solution contenant ce produit.
Après évaporation de l'eau, le film est collé sur la couche de luminophore vert. Une
autre solution consiste à utiliser un film de nitrocellulose réalisé d'une façon classique
suivant l'art connu ;
- on procède ensuite au dépôt du matériau inerte par évaporation sous vide soit par
effet Joule, soit au canon à électrons. La mesure et le réglage de l'épaisseur déposée
est faite par des moyens connus afin d'atteindre l'épaisseur voulue qui permet d'obtenir
la tension de seuil désirée constituant une barrière pour les électrons qui ont une
énergie trop faible.
[0011] Le film organique provisoire est éliminé au cours des traitements thermiques ultérieurs
appliqués au tube cathodique.
[0012] Le dépôt de ce film support provisoire est indispensable pour que la couche inerte
présente une surface plane et une épaisseur aussi constante que possible dans toute
son étendue afin d'obtenir un bon fonctionnement des écrans.
[0013] Or, à la suite de fabrications d'écrans ayant cette dernière structure, on a constaté
que les caractéristiques de ces écrans ne sont pas aussi bonnes que prévues. En effet,
après observation de la structure, on s'est aperçu en fait que la couche barrière
subissait des détériorations lors de sa fabrication, ces détériorations se traduisant
par des fissures dans le matériau inerte.
[0014] En effet, lors de l'évaporation sous vide, le matériau inerte lorsqu'il s'agit d'oxyde
de silicium subit des contraintes en extension qui provoquent des fissures et qui
provoquent également un arrachement du film organique.
[0015] Lorsqu'il s'agit de sulfure de zinc, les contraintes subies par cette couche sont
en compression, et la couche ne présente pas de fissures. Ce matériau, sensible à
l'eau, ne présente plus une bonne transmission optique après avoir subi l'ensemble
des opérations de finition de l'écran.
[0016] De plus, l'indice élevé de sulfure de zinc n = 2,3, limite la transmission optique
en particulier du rayonnement rouge en provenance du luminophore rouge.
[0017] La présente invention permet de remédier à tous ces inconvénients. Elle a pour objet
un écran de couleur à haute luminance pour tube à rayons cathodiques, dans lequel
la couche barrière présente l'ensemble des caractéristiques suivantes: une bonne transparence
optique, une épaisseur uniforme adaptée à l'arrêt des électrons, une bonne solidité
mécanique, une stabilité chimique sous vide, sous bombardement électronique et en
présence de produits divers tels que l'eau ou des solvants organiques.
[0018] L'invention concerne donc un écran de couleur à haute luminance pour tube cathodique
comprenant deux luminophores de fluorescence de couleurs différentes, dont la trace
visible sous l'effet du bombardement d'électrons a une couleur réglable par la tension
d'accélération du faisceau desdits électrons, variable, en fonctionnement, entre deux
valeurs extrêmes V₀ et V₁, dans lequel les deux luminophores sont disposés sur le
support transparent dudit écran en couches superposées faites de poudres de cristaux
de chacun desdits luminophores, séparées entre-elles par une barrière à faces planes,
caractérisé en ce que la barrière à faces planes comprend une première couche de dioxyde
de silicium, une couche de sulfure de zinc et une deuxième couche de dioxyde de silicium,
la couche de sulfure de zinc étant comprise entre les deux couches de diozyde de silicium.
[0019] Un autre objet de l'invention consiste à réaliser une barrière dans laquelle les
couches de dioxyde de silicium ont une épaisseur sensiblement égale à 0,1 µm afin
de minimiser l'indice de réfraction global de la barrière, d'augmenter la transmission
optique, d'assurer une protection du sulfure de zinc et de maintenir les contraintes
internes de cette barrière en compression.
[0020] Un autre objet de l'invention consiste à réaliser un écran dans lequel la poudre
constitutive de la couche de luminophore la plus profonde de l'écran, dite première
couche, c'est-à-dire celle en contact avec le support, est faite du phosphore P₁ de
la spécification J.E.D.E.C. et présente une granulométrie de 6 micromètres ou moins,
et en ce que la poudre constitutive de l'autre couche de luminophore, dite deuxième
couche, est faite de vanadate d'yttrium dopé à l'europium et présente une granulométrie
de 0,6 micromètre, et en ce que ces couches ont des épaisseurs correspondant sensiblement
à des poids respectifs de 1 à 3mg et 0,15 milligrammes par centimètre carré.
[0021] L'invention a également pour objet un écran des lequel la tension minimale de fonctionnement
est de 7 à 10kV et la tension maximale de 12 à 17 kV.
[0022] L'invention a aussi pour objet un écran dans lequel les traces présentent la couleur
verte (550 nm) à la tension maximale et la couleur rouge (610 nm) à la tension minimale.
[0023] L'invention consiste en outre en un procédé de réalisation d'un écran de couleur
à haute luminance pour tube à rayons cathodiques caractérisé en ce qu'il consiste
à réaliser successivement les étapes suivantes :
- dépôt de la première couche de luminophore sur l'écran transparent ;
- dépôt d'un film organique sur cette première couche de luminophore ;
- dépôt de la première couche d'oxyde de silicium ;
- dépôt de la couche de sulfure de zinc sur la couche d'oxyde de silicium ;
- dépôt de la deuxième couche d'oxyde de silicium sur la couche de sulfure de zinc,
ces trois dernières couches formant un matériau inerte constituant une barrière aux
électrons qui ont une tension d'accélération inférieure au seuil de tension que constitue
cette barrière ;
- dépôt de la deuxième couche de luminophore sur la deuxième couche de dioxyde de
silicium ;
- dépôt d'une couche conductrice électriquement ;
- suppression de la couche organique par traitement thermique de la structure.
[0024] D'autres particularités et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description
détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple
non limitatif et dans lesquels :
- la figure 1 représente le schéma d'une structure d'écran selon l'art antérieur,
déjà décrite ;
- la figure 2 représente le schéma d'une structure d'écran selon l'invention.
[0025] Sur les figures 1 et 2, les mêmes références désignent les mêmes éléments. Ces figures
montrent un fragment d'écran à pénétration et plus particulièrement la structure constitutive
de ces écrans. On retrouve sur la figure 2, un support en verre épais 1,une couche
constituée d'une poudre de luminophore vert, une barrière 3 en matérieu inerte 3,
une couche constituée d'une poudre de luminophore rouge 4, et une couche mince conductrice
5.
[0026] La réalisation de l'écran représenté sur cette figure 2 a lieu, comme il va être
exposé ci-dessous :
sur le support de verre épais 1, on dépose la couche 2, de poudre de luminophore vert
de type P1 de la spécification J.E.D.E.C., publication de "Electronic Industrie Association",
Engineering Department, suivant l'une des techniques connues, la sédimentation par
exemple. La poudre en question présente une granulométrie de 6 micromètres environ
; la quantité déposée est de 3 milligrammes par centimètres carré.
[0027] On procède ensuite au dépôt des différentes couches constituant la barrière 3.
[0028] Tout d'abord on procède au dépôt d'un support provisoire constitué d'un film organique
35. Ce support 35 permet d'obtenir une surface plane pour la barrière, sans ce support
provisoire, il y aurait lors de la constitution de la barrière, des infiltrations
à travers les cristaux 20 du luminophore vert.
[0029] Pour constituer le film organique 35, on utilise un polymère, le métacrylate de butyle
en solution qui se colle sur la couche de luminophore 2 après évaporation de l'eau.
[0030] Ce film organique provisoire 35 est éliminé au cours des traitements thermiques ultérieurs
appliqués au tube cathodique.
[0031] On dépose donc sur ce film 35 une première couche 31 constituée d'un matériau inerte,
ce matériau étant du dioxyde de silicium (SiO₂). Le dépôt est réalisé par une technique
classique d'évaporation sous vide du dioxyde de silicium à l'aide d'un canon à électrons.
Cette technique permet en outre de contrôler l'uniformité du dépôt et d'obtenir l'épaisseur
désirée.
[0032] On dépose ensuite une couche 32 constituée d'un matériau inerte de nature différente,
ce matériau étant du sulfure de zinc. Le dépôt est également réalisé par évaporation
sous vide du sulfure de zinc par effet Joule au moyen d'un creuset en molybdène contenant
le sulfure de zinc. L'épaisseur est également contrôlée de façon automatique par des
moyens classiques. C'est cette épaisseur qui fixe le seuil de barrage pour les électrons.
En contrôlant cette épaisseur on obtient le seuil V₀ désiré. Les électrons qui ont
une tension d'accélérations inférieure à la tension V₀ sont arrêtés et les électrons
qui ont une tension supérieure à V₀ traversent la barrière. On dépose ensuite sur
cette couche de sulfure de zinc 32 une deuxième couche de dioxyde de silicium 33.
Ce dépôt est effectué de la même façon que la première couche 31, c'est-à-dire par
évaporation sous vide du dioxyde de silicium à l'aide d'un canon à électrons.
[0033] Au dessus de cette deuxième couche de dioxyde de silicium 33, on procède au dépôt
de la couche du deuxième luminophore. Il s'agit d'une poudre de luminophore rouge
ayant une granulométrie sensiblement plus fine que celle de la couche 2, soit 0,6
µm environ. Cette poudre est constituée soit par du vanadate d'yttrium, ou un oxysulfure
d'yttrium, ou un oxyde de gadolinium, dopés à l'europium.
[0034] Le dépôt a lieu par centrifugation, le support 1 tournant autour d'un axe parallèle
à son plan, ou en fixant l'écran support sur une tournette dont l'axe est confondu
avec celui de l'écran. L'épaisseur déposée dépend des tensions de fonctionnement
du tube. Pour une tension V₀ de 10 kV et une barrière de matériaux inerte 3 de 1,2
µm d'épaisseur, la couche de luminophore rouge 4 est de 0,15 mg/cm².
[0035] On dépose ensuite la couche conductrice formant un film d'aluminium que l'on porte
en fonctionnement à la haute tension du tube. L'écran ainsi constitué fonctionne avec
une haute tension V1 de 17 kV. A ces tensions de 10kV et 17kV correspondent des couleurs
des traces rouge et verte de 610 nanomètres et 550 nanomètres respectivement.
[0036] Lorsque le tube est achevé, la structure de l'écran à pénétration selon l'invention
se présente donc sous forme de couches polycristallines superposées entre lesquelles
est placée une barrière. Cette barrière est constituée de matériau inerte sous forme
de trois couches, une couche de sulfure de zinc et deux couches de dioxyde de silicium,
la couche de sulfure de zinc étant prise entre les couches de dioxyde de silicium.
Les épaisseurs des couches de dioxyde de silicium sont pratiquement indépendantes
des tensions de fonctionnement V₀ et V₁, et sont choisies afin d'améliorer la transmission
optique de la couche de sulfure de zinc qui présente un indice de réfraction élevé.
En choisissant une épaisseur de 1000 Å ± 50 on réduit l'indice global de réfraction
de la barrière et on améliore par conséquent la transmission optique.
1. Ecran de couleur à haute luminance pour tube cathodique comprenant deux luminophores
de fluorescence de couleurs différentes, dont la trace visible sous l'effet du bombardement
d'électrons a une couleur régable par la tension d'accélération du faisceau desdits
électrons, variable, en fonctionnement, entre deux valeurs extrêmes V₀ et V₁, dans
lequel les deux luminophores (2, 4) sont disposés sur le support transparent (1) dudit
écran en couches superposées faites de poudres de cristaux de chacun desdits luminophores
séparées entre-elles par une barrière à faces planes (3), caractérisé en ce que la
barrière à faces planes (3) comprend une première couche de dioxyde de silicium (31),
une couche de sulfure de zinc (32) et une deuxième couche de dioxyde de silicium (33),
la couche de sulfure de zinc étant comprise entre les deux couches de dioxyde de silicium.
2. Ecran de couleur à haute luminance selon la revendication 1, caractérisé en ce
que la poudre constitutive de la couche de luminophore (2) la plus profonde de l'écran,
dite première couche, c'est-à-dire celle en contact avec le support (1), est faite
du phosphore P₁ de la spécification J.E.D.E.C. et présente une granulométrie de 6
micromètres ou moins, et en ce que celle constitutive de l'autre couche de luminophore
(4), dite deuxième couche, est faite de vanadate d'yttrium dopé à l'europium et présente
une granulométrie de 0,6 micromètre et en ce que ces couches ont des épaisseurs correspondant
sensiblement à des poids respectifs de 1 à 3 mg et 0,15 milligrammes par centimètre
carré.
3. Ecran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque couche de dioxyde
de silicium (31, 33) de la barrière (3), a une épaisseur sensiblement égale à 0,1
micromètre, tendant à améliorer l'indice de réfraction de cette barrière (3).
4. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la
tension minimale de fonctionnement est comprise entre 7 et 10 kV et la tension maximale
est comprise entre 12 et 17 kV.
5. Procédé de réalisation de l'écran de tube cathodique selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- dépôt de la première couche de luminophore sur l'écran transparent ;
- dépôt d'un film organique sur cette première couche de luminophore ;
- dépôt de la première couche d'oxyde de silicium ;
- dépôt de la couche de sulfure de zinc sur la couche d'oxyde de silicium ;
- dépôt de la deuxième couche d'oxyde de silicium sur la couche de sulfure de zinc,
ces trois dernières couches formant un matériau inerte constituant une barrière ;
- dépôt de la deuxième couche de luminophore sur la deuxième couche de dioxyde de
silicium ;
- dépôt d'une couche conductrice électriquement ;
- suppression de la couche organique par traitement thermique de la structure.