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TUBE A RAYONS ELECTRONIQUES MUNI D'UN ECRAN LUMINESCENT.
L'invention concerne un tube à rayons électroniques muni d'un écran luminescent.
Les matières luminescentes de l'écran varient suivant le but visé. L'un des facteurs déterminants dans la composition de ces matières est la couleur désirée pour la lumière. Ceci s'applique tout particuliè- rement aux tubes à rayons cathodiques utilisés en télévision. En général, on utilise alors un mélange de matières luminescentes dont chacune émet, après excitation par des électrons., une partie déterminée du spectre.
Pour donner une idée de la portée de l'invention les remarques suivantes s'imposent :
En général, la quantité de lumière émise par une matière lumi- nescente augmente avec la quantité d'énergie absorbée par unité de volume.
Cependant, l'augmentation de la quantité de lumière est moindre que propor- tionnelle à l'augmentation de l'énergie. La courbe qui donne la relation entre ces deux grandeurs sera appelée par la suite "caractéristique de lu- minescence".
En général, les caractéristiques de luminescence des matières luminescentes diffèrent. Cependant, entre les caractéristiques de deux ma- tières peut exister une relation telle qu'une même variation de l'énergie absorbée entraîne une même variation relative de la quantité de lumière émise. Dans la suite du mémoire, de telles caractéristiques seront appe- lées "caractéristiques semblables". L'emploi de matières luminescentes à caractéristiques semblables, offre un sérieux avantage: une variation @ de l'intensité du faisceau électronique incident, dans un tube de télévi- sion par exemple, n'entraîne pas une variation de la répartition spectrale de la lumière émise par l'écran luminescent.
La couleur de la lumière res-
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te donc toujours la même, c'est-à-dire telle qu'elle était fixée d'avance par le rapport du mélange des divers composants. En particulier, en télé- vision, où les composants sont tels que la lumière totale émise laisse à l'observateur l'impression du blanc, il importe que la couleur de l'image ne change pas.
Pour atteindre ce but, on peut choisir parmi les matières lumines- centes connues, celles qui ont-des caractéristiques semblables. Cette pos- sibilité est mentionnée dans le brevet américain Noo 2.203.770. L'écran luminescent du tube à rayons cathodiques décrit dans ce brevet comporte un mélange, activé à l'aide de cuivre, de sulfure de calcium à luminescence bleue, et de silicate de zinc, glucinium et manganèse à luminescence jaune, tel qu'une variation de l'intensité du courant du pinceau cathodique n'al- tère pas la couleur.
Bien que les matières connues doivent pouvoir fournir un certain nombre de combinaisons'non sujettes à altération'des couleurs, cette métho- de n'est pas indiquée pour réaliser un écran dont la couleur ne change pas.
En effet, ce procédé nécessiterait souvent l'emploi de matières qui ne sa- tisfont pas, à tout point de vue, aux conditions imposées à un écran lumi- nescent. Parmi ces conditions, la plus importante est probablement une grande efficacité lumineuse. La conversion de l'énergie absorbée en lu- mière doit évidemment s'effectuer avec un rendement élevé. Des matières particulièrement appropriées sont les sulfures, les séléniures ou sulfo- séléniures de zinc et/ou de cadmium, éventuellement activés à l'aide d'éléments tels que, le cuivre, l'argent, l'or ou le phosphore. En géné- ral, les caractéristiques de luminescence de ces sulfures ne sont pas sem- blables. On ne peut donc pas utiliser sans plus un mélange de ces sulfu- res, car il en résulterait une modification de la couleur.
Suivant l'invention, un écran luminescent d'un tube à rayons électroniques comporte un mélange d'au moins deux composés de soufre et/ou de sélénium avec du zinc et/ou du cadmium, composés,-qui sont préparés de façon à présenter des caractéristiques de luminescence semblables, de sor- te qu'une variation de la quantité d'énergie absorbée par unité de volume n'affecte pratiquement pas la couleur de la.lumière émise.
Les matières utilisées pour un tel écran peuvent être activées à l'aide d'un ou plusieurs des éléments suivants :cuivre, argent, or et phosphore.
Il est déjà connu d'utiliser, pour les tubes à rayons électro- niques, des écrans luminescents comportant un mélange des matières préci- tées, mais ces matières n'ont pas des caractéristiques de.luminescence sem- blables ; cependant dans les tubes utilisés jusqu'à présent, la charge ad- mise est si faible qu'une variation de cette charge n'affecte pas la cou- leur de la lumière émise. Si l'on augmente la charge de ces écrans, ce qui s'effectue très facilement en augmentant l'intensité de courant du pin- ceau électronique, on perçoit une nette altération de la couleur.
La forme de la caractéristique de luminescence d'une matière dé- pend de la concentration des centres luminescents et de celle des centres d'extinction. La caractéristique est d'autant plus incurvée que les cen- tres de luminescence et les centres d'extinction sont moins concentrés; inversement, une augmentation de la concentration des centres luminescents et des centres d'extinction provoque un redressement de la caractéristique.
On peut agir sur les deux concentrations. Voici comment on peut modifier la concentration des centres luminescents. Il faut distinguer les centres luminescents résultant de l'emploi d'activants et ceux résul- tant de l'auto-acitivation La concentration des centres luminescents for- més dans la matière luminescente peut se régler en premier lieu, par la
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quantité d'activant de départ et en second lieu, par le mode de préparation.
Comme on le sait, de bons résultats s'obtiennent lorsque les sul- fures, séléniures et sulfoséléniures de zinc et/ou de cadmium activé ou non, sont préparés en présence de chlore, de brome ou d'iode. La demanderesse a déjà fait remarquer en outre que l'halogène peut être remplacé entière- ment ou partiellement par de l'aluminium.
Lorsqu'on utilise l'aluminium en combinaison avec les activants cuivre, argent ou or, la concentration des centres activants est déterminée par celle de l'aluminium, pour autant que celle-ci soit inférieure ou éga le à la première. Lorsque la concentration d'aluminium est plus grande que celle des centres activants, on relève aussi des centres résultant de l'auto-activation.
Ces considérations sont aussi valables dans le cas d'emploi d'ha- logènes. Le dosage direct n'est possible que lorsque la préparation s'ef- fectue dans un récipient fermé contenant une assez faible quantité de gaz.
Ces conditions étant très difficiles à réaliser, on préfèrera faire passer des gaz, contenant un halogène, dans ou sur le récipient ser- vant à la préparation. On peut aussi avantageusement faire usage de fon- dants contenant un halogène. Le dosage s'obtient alors par une composi- tion appropriée du fondant. On utilisera, par exemple des mélanges de chlorures, de bromures ou d'iodures des métaux alcalins ou alcalino-terreux, et de fluorures correspondants. Comme atmosphère contenant un halogène, on utilisera par exemple, un mélange de composés d'hydrogène, de soufre ou de sélénium avec des composés d'hydrogène et de l'un des halogènes men- tionnés.
On peut régler la quantité de centres d'extinction par l'addi- tion d'éléments ou de composés d'éléments exerçant un effet extincteur sur les matières luminescentes, par exemple du nickel, du cobalt, du fer, ou des composés de ces éléments.
Dans certains cas, le nombre des centres d'extinction est plus grand que ne le ferait supposer la quantité de produit extincteur utilisée.
Dans ce cas, on peut admettre que, pendant la préparation, une partie de l'activant se transforme en extincteur. Ce phénomène se produit par exem- ple, dans le cas de sulfure de zinc activé à l'aide de cuivre.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif,fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu partie de ladite invention.
Des essais ont été tentés pour adapter, l'une à l'autre les ca- ractéristiques d'un composant jaune et d'un composant bleu d'un mélange de matières luminescentes de façon que, sous l'effet du bombardement élec- tronique, le mélange émette de la lumière blanche. Pour faciliter les es- sais, on s'est contenté de modifier la caractéristique de luminescence de l'un des composants pour l'adapter à celle de l'autre: cependant l'adapta- tion, peut aussi s'obtenir par une modification simultanée des deux ca- ractéristiques.
Pour se rapprocher autant que possible des conditions d'utili- sation normales d'un écran comportant un mélange de telles matières, on a déterminé la caractéristique de luminescence en mesurant la lumière four- nie par un tel écran lorsqu'un rectangle de cet écran est excité par un pinceau électronique, tout comme dans le cas d'une image de télévision.
Pendant les essais, la tension de la dernière électrode accélératrice a été
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de 10 kV, la hauteur de l'image de 5 cm, la largeur de l'image de 1 cm, la fréquence de ligne de 8000 c/s, la fréquence d'image de 50 c./s et le diamètre du spot de 0,3 mm environ.
Pour toutes les matières utilisées, on a déterminé la caracté- ristique de luminescence en modifiant l'intensité de courant du pinceau cathodique de 0 à 20 a Il y a lieu de noter que l'intensité de courant maximum utilisée provoque, pour la matière luminescente, une charge prati- quement égale à celle obtenue en télévision dans un tube de projection.
La quantité de lumière, portée en ordonnées, a été mesurée à l'aide d'une cellule photo-électrique.
L'adaptation des caractéristiques n'implique pas-que ces carac- téristiques sont identiques mais uniquement qu'elles sont semblables.
Pour permettre de constater plus facilement que les caractéristiques sont semblables ou non, les figures sont tracées de façon que le début de tou- tes les courbes ait la même pente. Dans ce cas, des caractéristiques semblables coïncident.
Sur la fig. 1, a est la caractéristique de luminescence du sul- fure de zinc et de camdimum activé à l'aide d'argent et à fluorescence jaune. Le composant bleu dont la caractéristique doit être adaptée à la caractéristique a),est constitué par du sulfure de zinc activé à l'aide d'argent. On peut agir sur la caractéristique de luminescence du compo- sant bleu en modifiant sa teneur en argent. Ces divers composés se pré- parent de la manière suivante.
On humecte du ZnS avec des quantités dif- férentes d'une solution de AgN03, de manière à obtenir, après séchage, des produits contenant respectivement 10-54,10-5 5,10-5 et 6.10-5 atome-gramme de Ag par molécule-gramme de ZnS, que l'on chauffe dans un creuset de quartz pendant une heure, à 1250 C dans une atmosphère conte- nant 80 de H2S et de 20% de HC1. Les caractéristiques de luminescence sont représentées sur la fig. 1 par les courbes bl, b2 b3 et b4: les caractéristiques varient systématiquement avec la concentration d'argent.
La caractéristique du produit contenant 4.10-5 atome-gramme d'argent coin- cide pratiquement avec la caractéristique a; la caractéristique b2 est donc adaptée à a. La couleur de la lumière émise par un mélange constitué par le composant jaune à caractéristique a et par le composant bleu à ca- ractéristique b2 ne sera donc pas affectée par une variation de l'intensi- té de courant du faisceau.
Sur la fig 2, a1 est la caractéristique de luminescence de la matière dont la caractéristique est indiquée par -4 sur la fig. 1. Les courbes b-, b2, b3 et b4 sont les caractéristiques de composants bleus différents contenant du ZnS et comportant, par molécule-gramme de ZnS, le premier: 105 atome-gramme de Ag et 10-5atome-gramme de A1 le second: 4.10-5 atome-gramme de Ag et 4,10-5 atome-gramme de Al, le troisième: 6.10-5 atome-gramme de Ag et 6.10-5 atome-gramme de Al et le dernier: 10-4 atome-gramme de Ag et 10-4 atome-gramme de Al.
Les matières dont les caractéristiques sont b1-b2 s'obtiennent en ajoutant au ZnS, outre du Ag NO3 un nombre égal de molécules-grammes de A1 (N03). Après séchage, on chauffe ce mélange dans un creuset de quartz pendant une heure, à en- viron 1200 G dans une atmosphère de H2S
La caractéristique du composant comportant par molécule-gramme
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de ZnS, 4.10 -5 atome-gramme de Ag et 4.10 -5 atome-gramme de Al est prati- quement la même que celle du composant jaune.
, Sur-la fig 2, a2 est la caractéristique d'un sulfoséléniure de zinc, activé par du cuivre, à fluorescence jaune. Cette caractéristique se trouve entre celles des composants bleus b2 et b3 L'adaptation à ce composant jaune peut donc s'obtenir à l'aide d'un composant bleu constitué par du ZnS additionné par molécule-gramme, de 5.10-5 atome-gramme de Ag et 5.10-5 atome-gramme de Al.
Sur la fig. 3, la courbe a est la caractéristique d'un composant à fluorescence jaune, constitué par du sulfure de zinc et cadmium activé par de l'argent. Comme matière fournissant une luminescence bleue, dont la caractéristique doit être adaptée, on a choisi le sulfure de zinc à auto-activation.
Des composants différents s'obtiennent en humectant une même quantité de ZnS avec des quantités différentes d'une solution aqueuse de Al(No3)3 ce qui, après séchage, donne des produits contenant, par molé- cule-gramme de ZnS, respectivement 3.10-5 10-4 et 4.10-4 atome-gramme de Al Pendant une heure, on chauffe les mélanges séchés, dans un creuset en quartz à 1200 G, dans une atmosphère de H2S Sur la figure, les caracté- ristiques de luminescence des produits obtenus sont indiquées respectivement par b1 b2 et b3 Le produit contenant 4,10-4 atome-gramme de Al se rapproche du composant de bax à fluorescence jaune. En cas de besoin une meilleure adaptation encore peut s'obtenir par l'incorporation d'extinc- teurs, comme décrit à l'aide de la fig. 4.
Sur la fig. 4 est la caractéristique de luminescence d'un composant déterminé à fluorescence bleue, à savoir le ZnS - 10 Ag - 10-4 Al.
Un composant jaune déterminé, constitué par du sulfure de zinc et de cadmium activé par de l'argent, avait la caractéristique a1 L'incorporation de nickel dans ce produit redresse cette caractéristique qui vient alors en (a2) L'adaptation est pratiquement atteinte après l'addition d'environ 5,10-5atome-gramme de Ni par molécule-gramme de ZnS - CdS - Ag. L'addi- tion de la quantité de nickel requise s'effectue tout en chauffant le pro- duit précité pendant une heure à une température de 650 C. On peut donc parler ici d'un réglage de la caractéristique. Cependant, on peut aussi ajouter le nickel pendant la préparation du sulfure de zinc et de cadmium activé par de l'argent.