EP0425653A1 - Tube electronique a indexation de faisceau a ecran cathodoluminescent - Google Patents
Tube electronique a indexation de faisceau a ecran cathodoluminescentInfo
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- EP0425653A1 EP0425653A1 EP19900908536 EP90908536A EP0425653A1 EP 0425653 A1 EP0425653 A1 EP 0425653A1 EP 19900908536 EP19900908536 EP 19900908536 EP 90908536 A EP90908536 A EP 90908536A EP 0425653 A1 EP0425653 A1 EP 0425653A1
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Definitions
- the invention relates to the manufacture of so-called beam indexing electronic tube screens.
- Color image viewing tubes are particularly concerned.
- An electronic display tube includes a display screen on which phosphors (in English "phosphors") are deposited which have the property of emitting light when struck by an electron beam, the light intensity being all the more important that the intensity of the beam is important.
- the emission color of the phosphor depends on the material from which it is made. In general, triads of phosphors are used, comprising a red phosphor, a green and a blue.
- An electron gun emits a beam of electrons which scans the surface of the screen and which is modulated in intensity by a video signal so that each point on the screen lights up with a desired intensity.
- the screen is subdivided into image points which are defined by zones of phosphors placed at these points. These areas of imaging phosphors can be distributed in several ways. In beam indexing tubes, the elementary zones are normally parallel strips of phosphors each extending over the entire height of the screen perpendicular to the scanning lines of the electron beam. The phosphor strips are separated from each other by opaque areas. This is what makes it possible to differentiate colors and maintain their purity when luminophores emitting in different colors are juxtaposed on the screen.
- Beam indexing tubes are tubes in which the electron beam passes during its scanning over indexing bands which are bands of phosphors which do not participate in the formation of the image; these phosphors only emit light (usually ultraviolet) to a detector which thus locates the passage of the beam at well determined points so that one can know at any time where the beam is and define accordingly the video signal to be applied.
- the beam indexing tubes are used in particular for producing a color display with a single electron gun.
- Figure 1 shows the simplest construction of a beam indexing viewing tube.
- the envelope 10 of the tube the electron gun 12, the display screen 14 which is a flat glass plate covered with a layer of phosphors 16 (bands of phosphors of alternating colors separated by opaque bands 17 ).
- the phosphor layer is covered with a layer of aluminum 18 which has several functions, including the application of a high voltage to accelerate the electron beam, the evacuation of the charges which accumulate in the phosphors , the return to the observer of the light which can be emitted towards the interior of the tube by the phosphors.
- the aluminum layer 18 also has a function of supporting the beam indexing bands 20.
- These bands are bands of phosphors preferably emitting in the ultraviolet and distributed with a pitch which is linked that of the strips of phosphors; one can have for example an indexing band every two or three or four bands of phosphors.
- the indexing strips are carried by the reflective layer of aluminum, they emit only towards the inside of the tube.
- the inner surface of the envelope 10 is preferably covered with a reflective layer, with the exception of transparent zones allowing the exit of the light coming from the indexing strips. Behind these zones are placed detectors 22 which thus collect as large a proportion as possible of the radiation emitted by the indexing strips. It should be mentioned here that the amplitude of this radiation is very low because the intensity of the electron beam is quite low when it passes over the indexing phosphors.
- the indexing bands cannot be wider than the opaque bands 17 because they must not mask the bands of image-forming phosphors 16.
- the indexing bands are defined by photolithography on an aluminum surface that is both reflective and highly diffusing, which harms the quality of photolithography and requires very large safety margins. This results in either too narrow indexing phosphor bands providing too weak light pulses, or an overall resolution deteriorated if the width of the opaque bands 17 and of the indexing bands is increased.
- One of the aims of the invention is to improve the detection of the indexing signal so as not to be hampered by these limitations.
- Beam indexing tubes have already been proposed in which the indexing bands are arranged next to the bands of image-forming phosphors, under the aluminum film and not on this film.
- the indexing phosphors therefore emit towards the observer.
- the advantage is that you can have wider indexing bands (the same width as the imaging phosphor bands) without losing much on the resolution.
- the detected indexing signal is more important.
- Figure 2 shows this structure.
- the indexing signal detectors must be placed in front of the screen, on the side of the observer, and even strongly in front to receive the indexing signals emitted from all points in a homogeneous manner. of the screen.
- the size of the viewing tube can become very large.
- Another drawback is the low photodetection efficiency resulting from the distance of the detectors: in the case where the detectors are placed in front of the screen, there are no reflectors which bring most of the emitted radiation back to the detectors ( whereas in the case of FIG. 1, the interior of the envelope can be metallized to recover a large proportion of the light emitted).
- An object of the invention is to avoid the drawbacks of the devices of the prior art. We seek in particular to reduce the overall size of the tube, to improve the collection efficiency of the indexing signal, to keep a simple technology, a good spatial resolution of the image, even for very small screens.
- the invention provides an electron tube with beam indexing, comprising luminophore zones for forming light images, deposited on a transparent substrate, and separated from one another by opaque zones also deposited on the screen, characterized in that the substrate is cathodoluminescent.
- certain areas of the substrate, in a useful image-forming region, will not be covered either by phosphors or by the opaque layer, the electron beam of the electron gun therefore being able to directly illuminate the substrate at these places .
- the substrate will then emit radiation constituting an indexing signal at the time of the passage of the beam at these locations.
- one or more detectors will be placed at the periphery of the substrate to perform a collection of light radiation by the edge of the substrate.
- the material constituting the transparent substrate will preferably be a monocrystalline material doped with a substance which makes it cathodoluminescent.
- This substance can be cerium, which has the property of having a very rapid reaction time, which is very important for the establishment of an indexing signal.
- the material can be a garnet (yttrium aluminum aluminate for example or yttrium alumino-gallate) doped with cerium.
- the edge of the substrate should preferably be polished and coated with a reflective substance, except where the detector will be placed. About 85% of the light rays emitted by the substrate will be trapped between the polished faces of the substrate and will be recovered by the detector (s), as a result of the phenomena of total reflection that occur inside a monocrystalline screen, and this d 'especially since its optical refractive index is higher compared to that of air.
- FIG. 3 shows a section of the screen of a tube according to the invention
- FIG. 4 shows a front view of the screen showing the lateral position of the detectors.
- the screen is formed at the base by a slab of monocrystalline cathodoluminescent material 14. It is for example a garnet (yttrium aluminate (Y perennialA1_.0 ... intuition) doped with cerium (cerium acting as a cathodoluminescent dopant with a very fast reaction time).
- the aluminum can be partially replaced by gallium to form an yttrium alumino gallate Y-, (A1, Ga) r .0 1 classroom.
- Other materials can be envisaged, provided that they can be produced in an essentially monocrystalline manner and that they are cathodoluminescent or can be doped with a substance which makes them cathodoluminescent.
- a criterion to be taken into account is also the adaptation of their coefficient of thermal expansion with the material (in principle glass) of the envelope of the tube.
- the slab 14 is polished on all its faces; its edge is covered with a reflective substance 24 (which may be aluminum) with the exception of the locations where the light radiation emitted by the substrate must exit. At these locations detectors 22 are placed which will provide the indexing signal.
- Figure 4 shows how one can for example place two detectors 22, respectively on each side of the screen, all the rest of the edge of the monocrystalline panel 14 being covered with aluminum 24.
- the fact that the detectors are placed in the plan of the slab minimizes the bulk of the tube, especially in the direction of the length, which is important.
- the monocrystalline daEe 14 is first covered with opaque bands 17 intended to separate the phosphors 16 used for image formation.
- the opaque bands 17 are for example made of chrome; they are deposited by vacuum evaporation and photo-etched.
- the phosphors of a color are then deposited and engraved; then those of the second color and the third color are successively deposited and engraved.
- the phosphors are conventionally covered with the aluminum layer 18 used for the application of high voltage, for the evacuation of electrical charges, and for the reflection of light from the phosphors towards the observer.
- the electron beam from the electron gun scans the surface of the screen and passes through the thin layer of aluminum 18. When it encounters a phosphor, it emits in proportion to the modulation applied to the electron beam at this instant. When the beam meets a free band I, it strikes the cathodoluminescent substrate 14 which emits a pulse of light.
- the transparent planar slab may be entirely made of cathodoluminescent material or be formed of a transparent substrate covered with a cathodoluminescent monocrystalline layer.
- the invention can be used even if the cathodoluminescent substrate emits in a visible color, which is not the case in the tubes of the type of FIG. 2.
- the light emitted by the substrate is at low dose and relatively uniform over the entire surface of the screen, and most of it is trapped and does not come out towards the observer.
- all the light from the indexing bands exits towards the observer and it is therefore imperative to have indexing bands emitting non-visible light (ultra violet).
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Abstract
L'invention concerne les tubes électroniques, et tout spécialement les tubes de visualisation à indexation de faisceau. Selon l'invention, l'écran (14) du tube est constitué par une dalle monocristalline cathodoluminescente, par exemple un cristal d'oxyde d'yttrium aluminium dopé au cérium. L'écran est recouvert de bandes de luminophores de couleurs alternées. A intervalles réguliers des bandes d'indexation (I) sont laissées libres, non recouvertes de luminophores (16) ni de bandes de séparation opaques (17). Lorsque le faisceau électronique frappe ces bandes, un signal lumineux (ultraviolet ou non) d'indexation est émis. Cette lumière est piégée dans le cristal et sort par la tranche où un détecteur (22) la recueille et fournit le signal électrique d'indexation. On peut ainsi réaliser des écrans de particulièrement petite dimension sans détériorer leur résolution.
Description
TUBE ELECTRONIQUE A INDEXATION DE FAISCEAU A ECEAN CATHODOLUMINESCENT
L'invention concerne la fabrication des écrans de tubes électroniques dits à indexation de faisceau. Les tubes de visualisation d'images en couleurs sont particulièrement concernés . Un tube électronique de visualisation comprend un écran de visualisation sur lequel sont déposés des luminophores (en anglais "phosphors") qui ont la propriété d'émettre de la lumière lorsqu'ils sont frappés par un faisceau d'électrons, l'intensité lumineuse étant d'autant plus importante que l'intensité du faisceau est importante. La couleur d'émission du luminophore dépend du matériau qui le constitue . On utilise en général des triades de luminophores comprenant un luminophore rouge, un vert et un bleu. Un canon à électrons émet un faisceau d'électrons qui balaye la surface de l'écran et qui est modulé en intensité par un signal vidéo de manière que chaque point de l'écran s'illumine avec une intensité désirée .
L'écran est subdivisé en points d'image qui sont définis par des zones de luminophores placés à ces points . Ces zones de luminophores de formation d'image peuvent être réparties de plusieurs manières. Dans les tubes à indexation de faisceau les zones élémentaires sont normalement des bandes parallèles de luminophores s'étendant chacune sur toute la hauteur de l'écran perpendiculairement aux lignes de balayage du faisceau électronique . Les bandes de luminophores sont séparées les unes des autres par des zones opaques. C'est ce qui permet de différencier les couleurs et de conserver leur pureté lorsque des luminophores émettant dans des couleurs différentes sont juxtaposés sur l'écran.
Les tubes à indexation de faisceau sont des tubes dans lesquels le faisceau d'électrons passe au cours de son balayage sur des bandes d'indexation qui sont des bandes de luminophores ne participant pas à la formation de l'image ; ces luminophores émettent seulement de la lumière (en général en ultraviolet) vers
un détecteur qui repère ainsi le passage du faisceau à des points bien déterminés de sorte qu'on peut savoir à tout moment où est le faisceau et définir en conséquence le signal vidéo à appliquer. Les tubes à indexation de faisceau servent notamment à la réalisation d'un affichage en couleurs avec un seul canon à électrons .
La figure 1 représente la constitution la plus simple d'un tube de visualisation à indexation de faisceau. On y reconnaît l'enveloppe 10 du tube, le canon à électrons 12, l'écran de visualisation 14 qui est une plaque de verre plane recouverte d'une couche de luminophores 16 (bandes de luminophores de couleurs alternées séparées par des bandes opaques 17) . La couche de luminophores est recouverte d'une couche d'aluminium 18 qui a plusieurs fonctions, parmi lesquelles l'application d'une haute tension d'accélération du faisceau d'électrons, l'évacuation des charges qui s'accumulent dans les luminophores, le renvoi vers l'observateur de la lumière qui peut être émise vers l'intérieur du tube par les luminophores .
Dans cette réalisation la plus classique, la couche d'aluminium 18 a aussi une fonction de support des bandes d'indexation de faisceau 20. Ces bandes sont des bandes de luminophores émettant de préférence dans l'ultraviolet et réparties avec un pas qui est lié à celui des bandes de luminophores; on peut avoir par exemple une bandé d'indexation toutes les deux ou trois ou quatre bandes de luminophores .
Comme les bandes d'indexation sont portées par la couche réfléchissante d'aluminium, elles n'émettent que vers l'intérieur du tube. La surface intérieure de l'enveloppe 10 est de préférence recouverte d'une couche réfléchissante à l'exception de zones transparentes permettant la sortie de la lumière issue des bandes d'indexation. Derrière ces zones sont placées des détecteurs 22 qui collectent ainsi une proportion aussi grande que possible du rayonnement émis par les bandes d'indexation. Il faut mentionner ici que l'amplitude de ce rayonnement est très faible car l'intensité du faisceau électronique est assez faible
lorsqu'il passe sur les luminophores d'indexation.
C'est en effet un des problèmes importants des tubes à indexation de faisceau que de pouvoir détecter correctement les impulsions lumineuses d'indexation qui servent à la synchronisation des signaux vidéo.
Une des limitations qu'on rencontre avec la structure de la figure 1 est la suivante : les bandes d'indexation ne peuvent être plus larges que les bandes opaques 17 car elles ne doivent pas masquer les bandes de luminophores 16 de formation d'image . De plus, les bandes d'indexation sont définies par photolithographie sur une surface d'aluminium à la fois réfléchissante et fortement diffusante, ce qui nuit à la qualité de la photolithographie et oblige à prendre des marges de sécurité très importantes . Il en résulte soit des bandes de luminophores d'indexation trop étroites fournissant de trop faibles impulsions lumineuses, soit une résolution globale détériorée si on augmente la largeur des bandes opaques 17 et des bandes d'indexation.
Cette limitation de résolution est particulièrement gênante pour des écrans de très petite taille . Pourtant, dans
.certaines applications (viseurs de casque, viseurs de caméras) on cherche à avoir des écrans couleur de l'ordre de quelques centimètres de côté (un pouce de côté par exemple) .
Un des buts de l'invention est d'améliorer la 'détection du signal d'indexation pour ne pas être gêné par ces limitations .
On a déjà proposé des tubes à indexation de faisceau dans lesquels les bandes d'indexation sont disposées à côté des bandes de luminophores de formation d'image, sous le film d'aluminium et non sur ce film. Les luminophores d'indexation émettent donc vers l'observateur. L'avantage est qu'on peut avoir des bandes d'indexation plus larges (de même largeur que les bandes de luminophores de formation d'image) sans beaucoup perdre sur la résolution. Le signal d'indexation détecté est plus important. La figure 2 représente cette structure. Les mêmes références qu'à la figure 1 sont utilisées .
Mais l'inconvénient est que les détecteurs de signaux d'indexation doivent être placés en avant de l'écran, du côté de l'observateur, et même fortement en avant pour recevoir de façon homogène les signaux d'indexation émis de tous les points de l'écran. L'encombrement du tube de visualisation peut devenir très important.
Un autre inconvénient est le rendement de photodétection faible résultant de l'éloignement des détecteurs : dans le cas où les détecteurs sont placés devant l'écran, il n'y a pas de réflecteurs qui ramènent vers les détecteurs la majeure partie du rayonnement émis (alors que dans le cas de la figure 1 on peut métalliser l'intérieur de l'enveloppe pour récupérer une grande proportion de la lumière émise) .
Un but de l'invention est d'éviter les inconvénients des dispositifs de la technique antérieure . On cherche notamment à réduire l'encombrement global du tube, à améliorer le rendement de collection du signal d'indexation, à conserver une technologie simple, une bonne résolution spatiale de l'image, et cela même pour des écrans de très petite dimension. Pour atteindre ces buts, l'invention propose un tube électronique à indexation de faisceau, comportant des zones de luminophores de formation d'images lumineuses, déposées sur un substrat transparent, et séparées les unes des autres par des zones opaques également déposées sur l'écran, caractérisé en ce que le substrat est cathodoluminescent .
C'est le substrat lui-même qui va servir à établir les signaux d'indexation.
Dans une réalisation préférentielle, certaines zones du substrat, dans une région de formation d'image utile, ne seront recouvertes ni par des luminophores ni par la couche opaque, le faisceau d'électrons du canon à électrons pouvant donc illuminer directement le substrat à ces endroits . Le substrat émettra alors un rayonnement constituant un signal d'indexation au moment du passage du faisceau à ces endroits . De préférence un ou plusieurs détecteurs seront placés à
la périphérie du substrat pour effectuer une collection de rayonnement lumineux par la tranche du substrat.
Le matériau constituant le substrat transparent sera de préférence un matériau monocristallin dopé avec une substance qui le rend cathodoluminescent. Cette substance peut être du cérium, qui a la propriété d'avoir un temps de réaction très rapide, ce qui est très important pour l'établissement d'un signal d'indexation .
Le matériau peut être un grenat (aluminate d'yttrium aluminium par exemple ou alumino-gallate d'yttrium) dopé au cérium .
La tranche du substrat sera de préférence polie et revêtue d'une substance réfléchissante, sauf aux endroits où sera placé le détecteur. Environ 85% des rayons lumineux émis par le substrat seront piégés entre les faces polies du substrat et seront récupérés par le ou les détecteurs, par suite des phénomènes de réflexion totale qui se produisent à l'intérieur d'un écran monocristallin, et ceci d'autant plus que son indice de réfraction optique est plus élevé par rapport à celui de l'air .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 et la figure 2, déjà décrites, représentent des structures de tubes de visualisation à indexation de faisceau selon l'art antérieur .
- la figure 3 représente une coupe de l'écran d'un tube selon l'invention; - la figure 4 représente une vue de face de l'écran montrant la position latérale des détecteurs .
L'écran est constitué à la base par une dalle de matériau monocristallin cathodoluminescent 14. C'est par exemple un grenat (aluminate d'yttrium (Y„A1_.0.. „) dopé au cérium (le cérium
agissant comme dopant cathodoluminescent à temps de réaction très rapide) . L'aluminium peut être remplacé partiellement par du gallium pour former un alumino-gallate d'yttrium Y-, (A1, Ga)r.01 „ . D'autres matériaux peuvent être envisagés, pourvu qu'ils puissent être réalisés de manière essentiellement monocristalline et qu'ils soient cathodoluminescents ou puissent être dopés avec une substance qui les rend cathodoluminescents . Un critère à prendre en compte est également l'adaptation de leur coefficient de dilatation thermique avec la matière (en principe du verre) de l'enveloppe du tube .
La dalle 14 est polie sur toutes ses faces; sa tranche est recouverte d'une substance réfléchissante 24 (qui peut être de l'aluminium) à l'exception des emplacements où doit sortir le rayonnement lumineux émis par le substrat. A ces emplacements on place des détecteurs 22 qui fourniront le signal d'indexation.
La figure 4 montre comment on peut par exemple placer deux détecteurs 22, respectivement de chaque côté de l'écran, tout le reste de la tranche de la dalle monocristalline 14 étant recouvert d'aluminium 24. Le fait que les détecteurs soient placés dans le plan de la dalle minimise l'encombrement du tube, surtout dans le sens de la longueur, ce qui est important.
La daEe monocristalline 14 est recouverte d'abord de bandes opaques 17 destinées à séparer les luminophores 16 servant à la formation d'image. Les bandes opaques 17 sont par exemple en chrome; elles sont déposées par évaporation sous vide et photogravées .
Les luminophores d'une couleur sont ensuite déposés et gravés; puis ceux de la deuxième couleur et de la troisième couleur sont successivement déposés et gravés .
Aux emplacements I qui définissent les positions de bande d'indexation, on ne laisse pas subsister du tout de luminophore de formation d'image . Ces emplacements I sont situés entre deux bandes opaques adjacentes ; ils ne sont donc recouverts ni par des luminophores ni par des bandes opaques .
On aboutit donc à une structure de bandes successives comprenant des bandes opaques alternant avec des bandes de luminophores, et, à intervalles réguliers, des bandes libres non recouvertes de luminophores, entre deux bandes opaques adjacentes . Il peut y avoir une bande libre après chaque bande de luminophore, ou bien une bande libre toutes les deux ou trois ou quatre bandes de luminophores . L'électronique de gestion des signaux vidéo tient compte bien entendu de la relation entre la périodicité des bandes de luminophores et la périodicité des bandes d'indexation.
Les luminophores sont recouverts classiquement de la couche d'aluminium 18 servant à l'application de la haute tension, à l'évacuation des charges électriques, et à la réflexion de la lumière des luminophores vers l'observateur. Le faisceau d'électrons issu du canon à électrons balaye la surface de l'écran et traverse la mince couche d'aluminium 18. Lorsqu'il rencontre un luminophore, celui-ci émet proportionnellement à la modulation appliquée au faisceau électronique à cet instant. Lorsque le faisceau rencontre une bande libre I, il frappe le substrat cathodoluminescent 14 qui émet une impulsion de lumière.
Les faces polies de la dalle 14 et les tranches recouvertes d'une couche réfléchissante 24 piègent cette impulsion de lumière; elle sera ainsi récupérée à ^80% par les détecteurs . Cet effet de piégeage de la lumière dans une lame monocristalline transparente est bien connu et est d'ailleurs un inconvénient majeur dans d'autres applications . Il est ici mis à profit d'une manière astucieuse.
La dalle plane transparente peut être entièrement constituée d'un matériau cathodoluminescent ou être formée d'un substrat transparent recouvert d'une couche monocristalline cathodoluminescente .
On notera que l'invention est utilisable même si le substrat cathodoluminescent émet dans une couleur visible, ce qui n'est pas le cas dans les tubes du type de la figure 2. Dans le
cas de l'invention, la lumière émise par le substrat est à faible dose et relativement uniforme sur toute la surface de l'écran, et la majeure partie est piégée et ne sort pas vers l'observateur. Dans le cas de la figure 2, toute la lumière des bandes d'indexation sort vers l'observateur et il est donc impératif d'avoir des bandes d'indexation émettant une lumière non visible (ultra violet) .
Claims
1. Tube électronique à indexation de faisceau, comportant des zones de luminophores (16) de formation d'images lumineuses, déposées sur un substrat transparent (14) , et séparées les unes des. autres par des zones opaques (17) également déposées sur l'écran, caractérisé en ce que le substrat est cathodoluminescent.
2. Tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des bandes libres (I) non recouvertes de luminophores sont ménagées à intervalles réguliers entre des bandes opaques .
3. Tube électronique selon l'une des revendications 1 et
2, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs détecteurs (22) sont placés à la périphérie du substrat pour effectuer une collection de rayonnement lumineux par la tranche du substrat.
4. Tube électronique selon l'une des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que le matériau constituant le substrat transparent est un matériau monocristallin dopé avec une substance cathodoluminescente .
5. Tube électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la substance de dopage est du cérium.
6 , Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est constitué à partir d'un aluminate d'yttrium ou un alumino-gallate d'yttrium.
7. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tranche du substrat est revêtue d'une substance réfléchissante, sauf aux endroits où sera placé un détecteur.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR8906573 | 1989-05-19 | ||
| FR8906573A FR2647261B1 (fr) | 1989-05-19 | 1989-05-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP0425653A1 true EP0425653A1 (fr) | 1991-05-08 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP19900908536 Ceased EP0425653A1 (fr) | 1989-05-19 | 1990-05-17 | Tube electronique a indexation de faisceau a ecran cathodoluminescent |
Country Status (3)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP0425653A1 (fr) |
| FR (1) | FR2647261B1 (fr) |
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Family Cites Families (2)
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| EP0232586A3 (fr) * | 1986-02-10 | 1988-10-05 | AT&T Corp. | Tube à rayon cathodique à surface d'écran monocristalline |
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-
1990
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